Монолитные фильтры

Давно было известно, что при разделении электродов кварцевого резонатора толщинных колебаний (для создания четырехэлектродного варианта) возможна реализация характеристики полосового фильтра. Однако оказалось, что реализация даже простого двухрезонаторного фильтра связана с большими затруднениями, поскольку не было ясных представлений о работе такого фильтра, влиянии геометрических размеров ПЭ, электродов, межэлектродного зазора и других факторов на характеристики передачи.

При сближении пары изолированных резонаторов, частоты которых одинаковы или близки, между ними возникает механическая связь, величина которой зависит от расстояния между электродами резонаторов и некоторых других факторов. Подавая напряжение к электродам одного резонатора, на второй паре электродов можно наблюдать АЧХ, характерную для связанных электрических контуров. При согласованных электрических нагрузках реализуется ачх, характерная для дифференциально-мостового кварцевого фильтра. Такие фильтры были названы монолитными или интегральными.Характеристика передачи монолитного ПФ достаточно точно описывается эквивалентной электрической схемой в виде двух связанных электрических контуров. Связь между контурами может быть индуктивной или емкостной. Схемы с индуктивной и емкостной связью адекватны и одинаково описывают характеристики передачи монолитного фильтра (МФ). Монолитные фильтры впервые были описаны в 1967 г. Р. Сайксом (США) и Оное (Япония). Ими же были разработаны основы расчета МФ, позволяющие определять геометрические параметры пьезоподложки и электродов отдельных резонаторов, составляющих фильтр, а также расстояния между ними, определяющие величину связи. Число механически связанных резонаторов может быть больше двух и достигать 8... 12.

Из сказанного выше ясно, что МФ — это интегральные твердотельные устройства, представляющие разновидность волноводных электромеханических фильтров с пьезоэлектрическими преобразователями на входе и выходе, являющимися одновременно и резонаторами. Увеличение числа связанных резонаторов позволяет существенно повышать избирательность МФ. Однако их реализация в условиях производства существенно затруднена, поскольку с увеличением числа резонаторов соответственно возрастает и число электрических параметров с достаточно жесткими допусками, которые нужно реализовать для достижения заданных характеристик МФ. Так, для формирования характеристики полосы пропускания МФ необходимо реализовать п частот резонаторов и п— 1 значений коэффициентов межрезонаторных связей. При большом числе резонаторов реализация этих параметров, достигаемая последовательной настройкой каждого резонатора и межрезонаторной связки, представляет сложную, кропотливую операцию. Кроме того, в многорезонаторном МФ часто возникают побочные полосы пропускания, устранение которых затруднительно, а иногда и невозможно.

Задача облегчения производства МФ высокой избирательности решается посредством последовательного электрического соединения нескольких простых, обычно двухрезонаторных, звеньев. Такие фильтры называют полилитными. в некоторых случаях двухрезонаторные секции МФ заключают в отдельные корпуса и потребитель формирует фильтр, соединяя две или более таких секций.

Потребителю необходимо иметь в виду, что требуемая характеристика передачи достигается только при согласованных межзвенных, входной и выходной на-грузках МФ. Изготовление и настройка МФ обычно осуществляется при нагрузках, равных или близких значениям, которые обычно указываются в его паспорте. Кроме полилитных фильтров известны так называемые тандемные МФ; особенностью которых является расположение всех резонаторов на общей пье-заподложке, но с разделением их на две или три группы (звена), изолированные друг от друга в механическом отношении. Связи между группами электрические. Каждое звено представляет монолитный двух- или трехрезонаторный фильтр. Изготовление и настройка тандемных фильтров более проста, и, кроме того, в них ослабляются нежелательные механические связи между входом и выходом, характерные для МФ с большим числом связанных резонаторов.