RU2793624C1 - Switchable two-band filter on surface acoustic waves - Google Patents

Switchable two-band filter on surface acoustic waves Download PDF

Info

Publication number
RU2793624C1
RU2793624C1 RU2022131305A RU2022131305A RU2793624C1 RU 2793624 C1 RU2793624 C1 RU 2793624C1 RU 2022131305 A RU2022131305 A RU 2022131305A RU 2022131305 A RU2022131305 A RU 2022131305A RU 2793624 C1 RU2793624 C1 RU 2793624C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
idt
mpno
saw
input
acoustic
Prior art date
Application number
RU2022131305A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геворк Яковлевич Карапетьян
Евгений Михайлович Кайдашев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2793624C1 publication Critical patent/RU2793624C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: communication systems.
SUBSTANCE: adjustable frequency filtering of signals for communication systems. Invention is related in particular to switchable filters based on surface acoustic waves (SAW), with operating frequency in the range of 10-2500 MHz regulated by voltage. The switchable two-band filter contains four parallel acoustic channels formed by two input interdigital converters (IDTs), two microstrip directional couplers (MSDCs), and two output IDTs with the ability to switch each pair of acoustic channels with its independent vanadium dioxide film switch. The width of the vanadium dioxide film is no more than two periods of the input IDT, and the thickness of the vanadium dioxide film is 200 nm.
EFFECT: increase of the difference in attenuation values between the acoustic channels up to 70 dB, lowering of control voltage to 0.1 V and reduction of attenuation due to SAW propagation with increasing frequency.
5 cl, 6 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Изобретение относится к акустоэлектронике, а именно, к настраиваемой фильтрации частоты сигналов для систем связи, в частности, к переключаемым фильтрам на поверхностных акустических волнах, рабочая частота которых в диапазоне 10 МГц – 2500 МГц регулируется напряжением. The invention relates to acoustoelectronics, namely to adjustable signal frequency filtering for communication systems, in particular, to switchable filters on surface acoustic waves, the operating frequency of which in the range of 10 MHz - 2500 MHz is regulated by voltage.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

В настоящее время в системах сотовой связи используются частотные фильтры поверхностных акустических волн (ПАВ) с фиксированной центральной частотой. Такие фильтры используются в сотовых телефонах, телевизионных передатчиках и приемниках. Однако, эти фильтры, как правило, представляют собой фильтры с фиксированной частотой без возможности настройки. Для практического применения необходимы миниатюрные узкополосные фильтры с центральной частотой, настраиваемой по напряжению. Основная проблема заключается в том, что добавление диапазонов к мобильным устройствам стало сложным и экономически неэффективным. Для достижения этой характеристики фильтрации для мобильных устройств требуется 20-процентный диапазон настройки с вносимыми потерями менее 3 дБ для приложений напряжения от 3,5 В до 30 В, Чтобы удовлетворить спрос на постоянно растущий трафик данных в беспроводной связи требуются многополосные беспроводные интерфейсные модули, которые могут охватывать множество частотных диапазонов. В настоящее время эти интерфейсные модули построены с использованием коммутируемых блоков фильтров на основе большого количества дискретных фильтров и мультиплексирующих переключателей на входе и выходе, что приводит к увеличению размера модуля, стоимости и энергопотребления. Существует потребность в адаптивной конструкция фильтрации, при которой частотные каналы могут быть добавлены или удалены при сохранении наименьшего количества требуемых элементов.Currently, cellular communication systems use surface acoustic wave (SAW) frequency filters with a fixed center frequency. Such filters are used in cell phones, television transmitters and receivers. However, these filters are usually fixed frequency filters with no tuning. For practical applications, miniature narrow-band filters with a voltage-adjustable center frequency are needed. The main problem is that adding bands to mobile devices has become complicated and not cost effective. Achieving this filtering performance for mobile devices requires a 20 percent tuning range with less than 3 dB insertion loss for voltage applications from 3.5V to 30V. can cover many frequency ranges. Currently, these interface modules are built using switched filter banks based on a large number of discrete filters and multiplexing switches at the input and output, which leads to an increase in module size, cost and power consumption. There is a need for an adaptive filtering design where frequency channels can be added or removed while maintaining the fewest required elements.

Для современных мобильных систем связи необходимым требованием является поддержка работы в нескольких частотных диапазонах, достигаемая за счет реализации перестраиваемых входных каскадов. Для создания таких каскадов требуется разработка высокочастотных (ВЧ) перестраиваемых и переключаемых фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ), способных изменять ширину полосы пропускания и центральную частоту, обладая высокой избирательностью и малыми вносимыми потерями. Кроме того, такой фильтр должен обладать малыми габаритными размерами и низкой потребляемой мощностью. For modern mobile communication systems, a necessary requirement is the support of operation in several frequency bands, achieved through the implementation of tunable input stages. To create such cascades, it is necessary to develop high-frequency (HF) tunable and switchable filters based on surface acoustic waves (SAWs) capable of changing the bandwidth and center frequency, having high selectivity and low insertion loss. In addition, such a filter should have small overall dimensions and low power consumption.

Известны переключаемые фильтры на ПАВ. Так, например, в патенте (US 6459345 - 2002-10-01, МПК H03H 9/64) [1] представлен перестраиваемый фильтр на ПАВ, характеристики которого могут программироваться. Он содержит пьезоэлектрическую подложку, на поверхности которой расположены входной и выходной однонаправленные трехфазные встречно штыревые преобразователи (ВШП), причем группы электродов каждой из фаз соединены с генератором (или приемником) через управляемые фазовращатели и усилители. Это позволяет менять фазовые и амплитудные характеристики фильтра, изменяя фазу и коэффициент усиления усилителей и программировать заранее необходимые характеристики.Switchable SAW filters are known. For example, in the patent (US 6459345 - 2002-10-01, IPC H03H 9/64) [1] a tunable surfactant filter is presented, the characteristics of which can be programmed. It contains a piezoelectric substrate, on the surface of which there are input and output unidirectional three-phase interdigital transducers (IDT), and the groups of electrodes of each of the phases are connected to the generator (or receiver) through controlled phase shifters and amplifiers. This allows you to change the phase and amplitude characteristics of the filter by changing the phase and gain of the amplifiers and program the necessary characteristics in advance.

Известен перестраиваемый фильтр основе частотно-избирательных матриц (RU 2121214, МПК H03H 9/72, опубл. 1998-10-27) [2]. Эти матрицы представляют собой n - канальный ПАВ фильтр, в котором различные каналы переключатся с помощью коммутаторов. При этом входные ВШП каждого канала имеют малую апертуру, а выходные ВШП являются общими для всех каналов и имеют апертуру как минимум в n раз большую. Это приводит к значительному росту вносимых потерь, так как ПАВ, излученные передающим ВШП, падают только на небольшую часть приемного ВШП, что приводит к переизлучению ПАВ этим ВШП в тех местах, где нет ПАВ от передающего ВШП, что является недостатком такого перестраиваемого фильтра. A tunable filter based on frequency selective matrices is known (RU 2121214, IPC H03H 9/72, publ. 1998-10-27) [2]. These matrices represent an n-channel SAW filter in which different channels are switched using switches. In this case, the input IDTs of each channel have a small aperture, and the output IDTs are common to all channels and have an aperture at least n times larger. This leads to a significant increase in insertion loss, since the SAW emitted by the transmitting IDT fall only on a small part of the receiving IDT, which leads to SAW reradiation by this IDT in places where there is no SAW from the transmitting IDT, which is a disadvantage of such a tunable filter.

Известны перестраиваемые резонаторы на поверхностных акустических волнах и фильтры на ПАВ с цифро-аналоговыми преобразователями (Tunable surface acoustic wave resonators and SAW filters with digital to analog converters. Патент US 10666227, МПКH01L41/107; H03H9/02; H03H9/145; H03H9/25; H03H9/64; H03M1/66, опубл. 26.05.2020) [3], в которых исключены внешние элементы для перестройки фильтра. На электроды ВШП, расположенные на полупроводниковом слое подают постоянное напряжение смещения, что приводит к смещению центральной частоты ВШП, а, следовательно, и к смещению частоты ПАВ резонатора. В этом случае в перестраиваемом фильтре нет усилителей, фазовращателей и коммутаторов. Однако, для изготовления таких фильтров требуется многослойные структуры, чтобы сформировать под каждым электродом ВШП области, где скорость ПАВ будет изменяться под действием приложенного к электродам напряжения, что усложняет технологию изготовления таких фильтров, так как требует точного совмещения полупроводниковых слоев с электродами ВШП, размеры которых могут быть менее 1 мкм.Tunable surface acoustic wave resonators and SAW filters with digital to analog converters are known. ; H03H9/64; H03M1/66, publ. 05/26/2020) [3], where external elements for filter restructuring are excluded. A constant bias voltage is applied to the IDT electrodes located on the semiconductor layer, which leads to a shift in the central frequency of the IDT, and, consequently, to a shift in the frequency of the SAW resonator. In this case, there are no amplifiers, phase shifters and switches in the tunable filter. However, for the manufacture of such filters, multilayer structures are required in order to form regions under each IDT electrode, where the SAW speed will change under the action of the voltage applied to the electrodes, which complicates the technology for manufacturing such filters, since it requires precise alignment of semiconductor layers with IDT electrodes, the dimensions of which may be less than 1 µm.

Известен многоканальный фильтр на поверхностных акустических волнах с настраиваемой частотой, управляемой напряжением (Multi-channel surface acoustic wave filter device with voltage controlled tunable frequency response, патент US 7821360, МПК H03H 9/64, опубл. 26.10. 2010) [4], в котором входной и выходной ВШП представляют собой несколько соединенных параллельно парциальных ВШП с разными периодами, рассчитанными таким образом, что АЧХ такого фильтра является гребенчатой. Парциальные ВШП расположены на полупроводниковом слое. На донной поверхности подложки имеется донный электрод. Подавая напряжение между донным электродом и одной из гребенок ВШП можно менять скорость ПАВ в слое, изменяя тем самым центральную частоту парциальных ВШП. Причем напряжения, подаваемое на входной и выходной ВШП могут быть различны. Это приводит к тому, что центральные частоты парциальных ВШП, находящихся в одном акустическом канале могут различаться, что приводит к изменению затухания в амплитудно-частотой характеристике в этом акустическом канале. Здесь слой, в котором меняется скорость ПАВ под действием напряжения, находится не под каждым электродом ВШП, а ВШП наносится непосредственно на этот слой. В этом фильтре можно изменять затухание между различными каналами до 50-55 дБ. усложняет технологию изготовления таких фильтров, так как требует Точное совмещение полупроводниковых слоев с электродами ВШП, размеры которых могут быть менее 1 мкм, усложняет технологию изготовления таких фильтровKnown multi-channel surface acoustic wave filter device with voltage controlled tunable frequency response, patent US 7821360, IPC H03H 9/64, publ. 26.10. 2010) [4], in in which the input and output IDTs are several partial IDTs connected in parallel with different periods, calculated in such a way that the frequency response of such a filter is comb. Partial IDTs are located on the semiconductor layer. There is a bottom electrode on the bottom surface of the substrate. By applying a voltage between the bottom electrode and one of the IDT combs, it is possible to change the SAW velocity in the layer, thereby changing the central frequency of the partial IDTs. Moreover, the voltage applied to the input and output IDT can be different. This leads to the fact that the central frequencies of partial IDTs located in one acoustic channel may differ, which leads to a change in the attenuation in the amplitude-frequency characteristic in this acoustic channel. Here, the layer in which the SAW velocity changes under the action of voltage is not located under each IDT electrode, but the IDT is deposited directly on this layer. In this filter, you can change the attenuation between different channels up to 50-55 dB. complicates the manufacturing technology of such filters, since it requires precise alignment of semiconductor layers with IDT electrodes, the dimensions of which can be less than 1 μm, complicates the manufacturing technology of such filters

Еще одним подходом для получения перестраиваемых фильтров является использование резонаторных ПАВ фильтров, в которых используются дополнительные емкости, меняя которые можно изменять амплитудно-частотные характеристики фильтра (В. А. Аржанов, И. В. Веремеев. Основные подходы к разработке современных перестраиваемых и переключаемых высокочастотных пав-фильтров, ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014) [5]. Основная структура перестраиваемого фильтра точно такая же, как и у обычного фильтра лестничного типа. Варикапы подключаются к ПАВ-резонаторам в последовательных и параллельных ветвях фильтра. Варикапы, подключенные параллельно с ПАВ-резонаторами, смещают их антирезонансные частоты, в то время как варикапы, подключенные последовательно, смещают их резонансные частоты. Таким образом, независимо корректируется положение верхней и нижней границы полосы пропускания фильтра. Для достижения большого диапазона перестройки в данном типе фильтра необходимо создание широкополосного ПАВ-резонатора. Таким образом удается получить разницы затухания в перестраиваемых каналах всего на 7-10 дБ. Another approach for obtaining tunable filters is the use of resonator SAW filters, which use additional capacitances, by changing which you can change the amplitude-frequency characteristics of the filter (V. A. Arzhanov, I. V. Veremeev. Basic approaches to the development of modern tunable and switchable high-frequency SAW filters, OMSK SCIENTIFIC VESTNIK No. 1 (127) 2014) [5]. The basic structure of a tunable filter is exactly the same as that of a regular ladder filter. Varicaps are connected to SAW resonators in series and parallel branches of the filter. Varicaps connected in parallel with SAW resonators shift their antiresonant frequencies, while varicaps connected in series shift their resonant frequencies. Thus, the position of the upper and lower limits of the filter bandwidth is adjusted independently. To achieve a large tuning range in this type of filter, it is necessary to create a broadband SAW resonator. Thus, it is possible to obtain attenuation differences in the tunable channels by only 7-10 dB.

Для дальнейшей миниатюризации таких фильтров в работе (Arash Fouladi Azarnaminy, Junwen Jiang, Raafat R. Mansour, Switched Dual-Band SAW Filter Using Vanadium Oxide Switches. Published 7 June 2021, Physics 2021 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS) [6] для перестройки фильтра на ПАВ резонаторах используются не переменные емкости, управляемые напряжением (варикапы), а пленки оксида ванадия, сопротивление которых резко меняется при температурах выше температуры фазового перехода. Это сопротивление меняется от 235 Ом до 0,8 Ом. Переключение происходит путем нагревания пленки специальным миниатюрным нагревателем, через который пропускают ток. Основное преимущество использования переключателей VO2 по сравнению с МЭМС или полупроводниковыми переключателями заключается в том, что переключатели VO2 поддаются монолитной интеграции с фильтрами на ПАВ на одном кристалле. К достоинствам вышеописанных фильтров на ПАВ резонаторах являются их малые потери, а недостатком то, что удается получить разницу затуханий в перестраиваемых каналах не более 7 - 10 дБ.For further miniaturization of such filters, see (Arash Fouladi Azarnaminy, Junwen Jiang, Raafat R. Mansour, Switched Dual-Band SAW Filter Using Vanadium Oxide Switches. Published 7 June 2021, Physics 2021 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS) [6 ] for filter tuning on SAW resonators, not variable voltage-controlled capacitances (varicaps) are used, but vanadium oxide films, the resistance of which changes sharply at temperatures above the phase transition temperature.This resistance varies from 235 ohms to 0.8 ohms. Switching occurs by heating The main advantage of using VO2 switches over MEMS or solid state switches is that VO2 switches can be monolithically integrated with SAW filters on a single chip. losses, and the disadvantage is that it is possible to obtain a attenuation difference in tunable channels of no more than 7 - 10 dB.

Устранить этот недостаток можно путем создания между ВШП периодической структуры в виде направленного ответвителя, период которой отличается от длины ПАВ, чтобы полоса отражения ПАВ от такой периодической структуры была бы вне полосы пропускания фильтра.This drawback can be eliminated by creating a periodic structure between the IDTs in the form of a directional coupler, the period of which differs from the SAW length, so that the SAW reflection band from such a periodic structure would be outside the filter bandwidth.

Так, например, двухканальный перестраиваемый фильтр на поверхностных акустических волнах (SU 915225, МПК H03H 9/64, опубл. 23.03.1982) [7], принимаемый за прототип настоящего изобретения, как наиболее близкий по технической сущности, содержит пьезоэлектрический звукопровод с нанесенными на него одним входным и двумя выходными встречно-штыревыми преобразователями, образующими два параллельных акустических канала, и многополосковый направленный ответвитель, расположенный между входным и выходными преобразователями. С целью упрощения конструкции и повышения надежности, по обе стороны многополоскового направленного ответвителя расположены управляющие электроды, подключенные к источнику напряжения, а на поверхность многополоскового направленного ответвителя и управляющих электродов нанесена полупроводниковая пленка. Выходные ВШП имеют разные центральные частоты, причем суммарная полоса пропускания выходных ВШП не превышает полосу пропускания входного ВШП. ПАВ возбуждается входным преобразователем и, распространяясь по пьезоэлектрическому звукопроводу, попадает на многополосковый направленный ответвитель. Шаг и количество штырей многополоскового направленного ответвителя выбраны таким образом, что при отсутствии управляющего напряжения вся энергия, излученная входным преобразователем, переизлучается на выходной преобразователь. Напряжение, прикладываемое к управляющим электродам, создает дрейф носителей заряда в направлении распространения акустической волны, при этом эффективный коэффициент электромеханической связи является функцией напряженности электрического поля в полупроводниковой пленке. Использование в качестве пьезоэлектрического звукопровода ниобата лития и полупроводниковой пленки антимонида индия с подвижностью носителей заряда 1250 см2/В·с и толщиной 0,5 мкм позволяет получать полное переключение сигнала между каналами при изменении управляющего напряжения от 0 до 60 В. So, for example, a two-channel tunable filter on surface acoustic waves (SU 915225, IPC H03H 9/64, publ. 03/23/1982) [7], taken as a prototype of the present invention, as the closest in technical essence, contains a piezoelectric It has one input and two output interdigital transducers forming two parallel acoustic channels, and a multi-strip directional coupler located between the input and output transducers. In order to simplify the design and improve reliability, control electrodes connected to a voltage source are located on both sides of the multistrip directional coupler, and a semiconductor film is applied to the surface of the multistrip directional coupler and control electrodes. The output IDTs have different center frequencies, and the total bandwidth of the output IDTs does not exceed the bandwidth of the input IDT. The SAW is excited by the input transducer and, propagating along the piezoelectric sound duct, enters the multi-strip directional coupler. The pitch and the number of pins of the multistrip directional coupler are chosen in such a way that in the absence of a control voltage, all the energy emitted by the input converter is reradiated to the output converter. The voltage applied to the control electrodes creates a drift of charge carriers in the direction of propagation of the acoustic wave, while the effective electromechanical coupling coefficient is a function of the electric field strength in the semiconductor film. The use of lithium niobate and an indium antimonide semiconductor film with a charge carrier mobility of 1250 cm2/V s and a thickness of 0.5 μm as a piezoelectric acoustic conductor makes it possible to obtain complete signal switching between channels when the control voltage changes from 0 to 60 V.

Недостатком такой конструкции является достаточно высокое напряжение (до 60 В), которое приходится подавать на управляющие электроды. Кроме того, разница в затухании в разных акустических каналах не превышает и 20 дБ, даже если эффективный коэффициент электромеханической связи изменится в 10 раз. При этом полное переключение происходит только в одном акустическом канале, а в другом акустическом канале - в полосе частот, меньшей ширины полосы пропускания фильтра, в этом случае в обоих полосах могут быть сигналы с одинаковыми амплитудами. Кроме того, поскольку полупроводниковая пленка имеет толщину 0,5 мкм, то она может вносить значительное затухание на распространение ПАВ при повышении частоты, что означает ограничение рабочих частот такого перестраиваемого фильтра. The disadvantage of this design is a rather high voltage (up to 60 V), which must be applied to the control electrodes. In addition, the difference in attenuation in different acoustic channels does not exceed 20 dB, even if the effective electromechanical coupling coefficient changes by a factor of 10. In this case, complete switching occurs only in one acoustic channel, and in the other acoustic channel - in a frequency band smaller than the filter bandwidth, in this case, signals with the same amplitudes can be in both bands. In addition, since the semiconductor film is 0.5 µm thick, it can introduce significant SAW propagation attenuation with increasing frequency, which means that the operating frequencies of such a tunable filter are limited.

Задачей настоящего изобретения является создание переключаемого двухполосного фильтра на поверхностных акустических волнах, исключающего указанные недостатки за счет достижения новых технических результатов.The objective of the present invention is to create a switchable two-band filter on surface acoustic waves that eliminates these disadvantages by achieving new technical results.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение разницы величин затухания между акустическими каналами до 70 дБ, понижение управляющего напряжения до 0,1 В и уменьшение затухания на распространение ПАВ при повышении частоты.The technical result of the present invention is to increase the difference in attenuation values between the acoustic channels up to 70 dB, lower the control voltage to 0.1 V and reduce the attenuation due to SAW propagation with increasing frequency.

Указанный технический результат достигается тем, что переключаемый двухполосный фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ) содержит пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены первый входной и два выходных встречно-штыревых преобразователя (ВШП) с разными центральными частотами и между ними первый многополосковый направленный ответвитель (МПНО), взаимодействующий с пленочным переключателем акустических каналов, образующие первый и второй параллельные акустические каналы.The specified technical result is achieved by the fact that the switchable two-band filter on surface acoustic waves (SAW) contains a piezoelectric sound duct, on the working surface of which there are the first input and two output interdigital transducers (IDT) with different central frequencies and between them the first multistrip directional coupler ( MPNO) interacting with the film switch of acoustic channels, forming the first and second parallel acoustic channels.

Согласно изобретению фильтр содержит дополнительно второй входной ВШП, последовательно соединенный с первым входным ВШП, и второй МПНО, при этом первый МПНО и второй МПНО расположены на одной оси перпендикулярной по отношению к направлению распространения ПАВ, образующие дополнительные третий и четвертый параллельные акустические каналы, при этом каждый МПНО выполнен в виде встречно-штыревой системы (ВШС) и имеет в средней части электрический контакт с переключателем акустических каналов, выполненным в виде поперечной полоски из пленки диоксида ванадия с подслоем диоксида титана, сформированной на рабочей поверхности звукопровода, шины каждой ВШС подключены через ограничительный резистор к источнику управляющего напряжения, шина первого входного ВШП соединена со входом фильтра через согласующую индуктивность, все ВШП выполнены однонаправленными с внутренними отражателями, период первого входного ВШП равен периоду первого выходного ВШП, а период второго входного ВШП равен периоду второго выходного ВШП и периоды указанных пар ВШП соответствуют центральным частотам нижней и верхней полос пропускания переключаемого фильтра. According to the invention, the filter additionally contains a second input IDT connected in series with the first input IDT, and a second MPNO, while the first MPNO and the second MPNO are located on the same axis perpendicular to the SAW propagation direction, forming additional third and fourth parallel acoustic channels, while each MPNO is made in the form of an interdigital system (IAS) and has an electrical contact in the middle part with an acoustic channel switch made in the form of a transverse strip of a vanadium dioxide film with a sublayer of titanium dioxide formed on the working surface of the sound duct, the tires of each IAAS are connected through a restrictive resistor to the control voltage source, the bus of the first input IDT is connected to the filter input through a matching inductance, all IDTs are made unidirectional with internal reflectors, the period of the first input IDT is equal to the period of the first output IDT, and the period of the second input IDT is equal to the period of the second output IDT and the periods of these pairs The IDTs correspond to the center frequencies of the lower and upper passbands of the switchable filter.

В предпочтительных вариантах выполнения фильтра:In the preferred embodiments of the filter:

- первого ВШС МПНО составляет от 0,5 до 1,5 периодов входного ВШП первого акустического канала; - the first VSS MPNO is from 0.5 to 1.5 periods of the input IDT of the first acoustic channel;

- период второго ВШС МПНО составляет от 0,5 до 1,5 периодов входного ВШП третьего акустического канала; - the period of the second IDT MPNO is from 0.5 to 1.5 periods of the input IDT of the third acoustic channel;

- ширина пленки диоксида ванадия составляет не более двух периодов входных ВШП;- the width of the vanadium dioxide film is no more than two periods of the input IDT;

- толщина пленки диоксида ванадия составляет 200 нм.- the thickness of the vanadium dioxide film is 200 nm.

Выполнение четырех параллельных акустических каналов, образованных двумя входными ВШП, двумя МПНО и двумя выходными ВШП с возможностью переключения каждой пары акустических каналов своим независимым пленочным переключателем из диоксида ванадия обеспечивает затухание между каналами не менее 70 дБ. The implementation of four parallel acoustic channels formed by two input IDTs, two MPNOs and two output IDTs with the ability to switch each pair of acoustic channels with its independent vanadium dioxide film switch ensures attenuation between channels of at least 70 dB.

Так как первого ВШС МПНО составляет от 0,5 до 1,5 периодов входного ВШП первого акустического канала, что обеспечивает отсутствие отражений ПАВ от ответвителя в полосе пропускания первого входного ВШП и первого выходного ВШП. Since the first IDT, the IDT is from 0.5 to 1.5 periods of the input IDT of the first acoustic channel, which ensures that there are no SAW reflections from the coupler in the passband of the first input IDT and the first output IDT.

Так как период второго ВШС МПНО составляет от 0,5 до 1,5 периодов входного ВШП третьего акустического канала, что обеспечивает отсутствие отражений ПАВ от ответвителя в полосе пропускания второго входного ВШП и второго выходного ВШП . Since the period of the second IDT MPNO is from 0.5 to 1.5 periods of the input IDT of the third acoustic channel, which ensures the absence of SAW reflections from the coupler in the passband of the second input IDT and the second output IDT .

Использование переключателей акустических каналов из пленки диоксида ванадия обеспечивает понижение управляющего напряжения до 0,1 В. Так как пленка диоксида ванадия изготовлена в виде узкой полоски шириной не более двух периодов входных ВШП, то ПАВ практически не пересекают ее, что исключает увеличение затухания ПАВ при повышении рабочих частот фильтра. Толщина пленки диоксида ванадия составляет 200 нм и выбрана экспериментально из условия исключения замыкания электродов ВШС МПНО для обеспечения прохождения ПАВ из одного акустического канала в другой при отсутствии напряжения на шинах ВШС МПНО. The use of acoustic channel switches made of a vanadium dioxide film provides a decrease in the control voltage to 0.1 V. Since the vanadium dioxide film is made in the form of a narrow strip with a width of no more than two periods of the input IDT, the SAWs practically do not cross it, which eliminates the increase in SAW attenuation with increasing operating frequencies of the filter. The thickness of the vanadium dioxide film is 200 nm and was chosen experimentally in order to exclude the short circuit of the electrodes of the HSS MPNO to ensure the passage of SAW from one acoustic channel to another in the absence of voltage on the buses of the HSS MPNO.

ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯLIST OF GRAPHIC FIGURES

Заявляемое изобретение поясняется фигурами чертежей.The claimed invention is illustrated by the figures of the drawings.

Фиг. 1 – Переключаемый двухполосный фильтр на поверхностных акустических волнах, вид сверху. Fig. 1 - Switchable two-band filter on surface acoustic waves, top view.

Фиг. 2 – Переключаемый двухполосный фильтр на поверхностных акустических волнах, вид сверху, где горизонтальными линиями показаны акустические каналы 1, 2, 3, 4. Fig. 2 - Switchable two-band filter on surface acoustic waves, top view, where horizontal lines show acoustic channels 1, 2, 3, 4.

Фиг 3 – Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) переключаемого двухполосного фильтра на ПАВ, измеренные при отсутствии управляющего напряжения на МПНО, где обозначено 1 – АЧХ фильтра в низкочастотной полосе, 2 - АЧХ фильтра в высокочастотной полосе, 3 - АЧХ МПНО во втором или в четвертом акустических каналах, 4 – АЧХ МПНО в первом или третьем акустических каналах. Fig. 3 - Frequency response (AFC) of a switchable two-band SAW filter, measured in the absence of a control voltage on the MPNO, where 1 is the frequency response of the filter in the low-frequency band, 2 is the frequency response of the filter in the high-frequency band, 3 is the frequency response of the MPNO in the second or in fourth acoustic channels, 4 - frequency response of MPNO in the first or third acoustic channels.

Фиг. 4 – Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) переключаемого двухполосного фильтра на ПАВ, измеренные при следующих условиях: ответвитель в низкочастотной полосе закрыт (на шинах ВШС4 управляющее напряжение U=0,1 В) , а ответвитель в высокочастотной полосе открыт (на шинах ВШС 5 управляющее напряжение U=0 В), где обозначено 1 – АЧХ фильтра в низкочастотной полосе, 2 - АЧХ фильтра в высокочастотной полосе, 3 - АЧХ МПНО во втором акустическом канале, 4 – АЧХ МПНО в первом акустическом канале. Fig. 4 - Frequency response (AFC) of a switchable two-band SAW filter, measured under the following conditions: the coupler in the low-frequency band is closed (on the VShS4 buses, the control voltage is U = 0.1 V), and the coupler in the high-frequency band is open (on the VShS 5 buses control voltage U=0 V), where 1 is the AFC of the filter in the low-frequency band, 2 is the AFC of the filter in the high-frequency band, 3 is the AFC of the MPNO in the second acoustic channel, 4 is the AFC of the MPNO in the first acoustic channel.

Фиг. 5. Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) переключаемого двухполосного фильтра на ПАВ, измеренные при следующих условиях: ответвитель в высокочастотной полосе закрыт (на шинах ВШС МПНО 5 управляющее напряжение U=0.1 В) , ответвитель в низкочастотной полосе открыт (на шинах ВШС МПНО 4 управляющее напряжение U=0 В), где обозначено 1 – АЧХ фильтра в более низкочастотной полосе, 2 - АЧХ фильтра в высокочастотной полосе, 3 - АЧХ МПНО в первом акустическом канале, 4 – АЧХ МПНО во втором акустическом каналеFig. Fig. 5. Frequency response (AFC) of a switchable two-band SAW filter, measured under the following conditions: the coupler in the high-frequency band is closed (on the VShS MPNO 5 buses, the control voltage is U = 0.1 V), the coupler in the low-frequency band is open (on the VShS MPNO 4 buses control voltage U=0 V), where 1 is the frequency response of the filter in a lower frequency band, 2 is the frequency response of the filter in the high frequency band, 3 is the frequency response of the MPNO in the first acoustic channel, 4 is the frequency response of the MPNO in the second acoustic channel

. Фиг. 6. Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) переключаемого двухполосного фильтра на ПАВ, измеренные при следующих условиях: ответвитель в низкочастотной полосе закрыт (на шинах ВШС МПНО 4 управляющее напряжение U=0.1 В) , а ответвитель в высокочастотно полосе закрыт (на шинах ВШС МПНО 5 управляющее напряжение U=0.1 В)., где обозначено 1 – АЧХ фильтра в более низкочастотной полосе, 2 - АЧХ фильтра в высокочастотной полосе, 3 - АЧХ МПНО в первом или в третьем акустических каналах, 4 – АЧХ МПНО во втором и четвертом акустических каналах. . Fig. Fig. 6. The amplitude-frequency characteristics (AFC) of a switchable two-band SAW filter, measured under the following conditions: the coupler in the low-frequency band is closed (on the VShS MPNO 4 buses, the control voltage is U = 0.1 V), and the coupler in the high-frequency band is closed (on the VShS MPNO 4 buses 5 control voltage U = 0.1 V), where 1 is the frequency response of the filter in a lower frequency band, 2 is the frequency response of the filter in the high frequency band, 3 is the frequency response of the MPNO in the first or third acoustic channels, 4 is the frequency response of the MPNO in the second and fourth acoustic channels.

Переключаемый двухполосный фильтр на поверхностных акустических волнах (фиг.1) содержит пьезоэлектрический звукопровод 1 прямоугольной формы, на рабочей поверхности которого на одной стороне сформированы последовательно соединенные первый входной ВШП 2 и второй входной ВШП 3, имеющие одинаковый период, два многополосковых направленных ответвителей МПНО 4 и МПНО 5 в виде встречно-штыревых структур (ВШС), расположенные на одной оси, перпендикулярной по отношению к направлению распространения ПАВ. ВШС МПНО 4 имеет в средней части электрический контакт с переключателем акустических каналов, выполненным в виде поперечной полоски из пленки диоксида ванадия 6 с подслоем диоксида титана, сформированной на рабочей поверхности звукопровода 1. ВШС МПНО 5 имеет в средней части электрический контакт с другим переключателем акустических каналов, выполненным в виде поперечной полоски из пленки диоксида ванадия 7 с подслоем диоксида титана, сформированной на рабочей поверхности звукопровода 1. На звукопроводе 1 также сформированы два выходных встречно-штыревых преобразователя ВШП 8 и ВШП 9 с разными центральными частотами. ВШС МПНО 4 и ВШС МПНО 5 расположены между входными ВШП 2, ВШП 3 и выходными ВШП 8, ВШП 9. Шины ВШС МПНО 4 подключены через ограничительный резистор 10 к источнику управляющего напряжения 11, а шины ВШС МПНО 5 подключены через ограничительный резистор 12 к источнику управляющего напряжения 13. Первый ВШС МПНО 4, взаимодействующий с пленочным переключателем 6 акустических каналов, образует первый и второй параллельные акустические каналы. Первый акустический канал содержит ВШП 2 и ВШС МПНО 4, второй акустический канал - ВШП 8 и ВШС МПНО 4. Второй ВШС МПНО 5, взаимодействующий с пленочным переключателем 7 акустических каналов, образует второй и третий параллельные акустические каналы. Третий акустический канал содержит ВШП 3 и ВШС МПНО 5, а четвертый акустический канал - ВШП 8 и ВШС МПНО 5 (фиг.2). Шина первого входного ВШП 2 соединена со входом фильтра через согласующую индуктивность 14, все ВШП выполнены однонаправленными с внутренними отражателями, первый входной ВШП 2 и первый выходной ВШП 8 имеют одинаковый период встречно-штыревой структуры. Период встречно-штыревой структуры первого ВШС МПНО 4 составляет от 0,5 до 1,5 периодов ВШП 2 первого акустического канала, период второго ВШС МПНО 5 составляет от 0,5 до 1,5 периодов входного ВШП 3 третьего акустического канала. Ширина пленки диоксида ванадия 4, 7 составляет не более двух периодов входных ВШП 2 и ВШП 3, а толщина пленки диоксида ванадия составляет 200 нм и подбирается таким образом, чтобы обеспечить прохождение ПАВ из одного акустического канала в другой при отсутствии напряжения на шинах ВШС МПНО.The switchable two-band filter on surface acoustic waves (figure 1) contains a piezoelectric sound guide 1 of a rectangular shape, on the working surface of which on one side there are formed connected in series the first input IDT 2 and the second input IDT 3 having the same period, two multi-strip directional couplers MPNO 4 and MPNO 5 in the form of interdigital structures (ISWs), located on the same axis, perpendicular to the direction of propagation of the surfactant. VShS MPNO 4 has an electrical contact in the middle part with an acoustic channel switch made in the form of a transverse strip of a film of vanadium dioxide 6 with a sublayer of titanium dioxide formed on the working surface of the sound duct 1. VSHS MPNO 5 has an electrical contact in the middle part with another switch of acoustic channels , made in the form of a transverse strip of vanadium dioxide film 7 with a sublayer of titanium dioxide, formed on the working surface of the sound duct 1. On the sound duct 1, two output interdigital transducers VDT 8 and VDT 9 with different center frequencies are also formed. VShS MPNO 4 and VShS MPNO 5 are located between the input VShP 2, VShP 3 and the output VShP 8, VSW 9. Buses VShS MPNO 4 are connected through a limiting resistor 10 to the control voltage source 11, and the bus VSHS MPNO 5 is connected through a limiting resistor 12 to the source control voltage 13. The first VSS MPNO 4, interacting with the film switch 6 acoustic channels, forms the first and second parallel acoustic channels. The first acoustic channel contains VST 2 and VSS MPNO 4, the second acoustic channel - VST 8 and VSS MPNO 4. The second VSS MPNO 5, interacting with the film switch 7 acoustic channels, forms the second and third parallel acoustic channels. The third acoustic channel contains the IDT 3 and VSS MPNO 5, and the fourth acoustic channel - IDT 8 and VSS MPNO 5 (figure 2). The bus of the first input IDT 2 is connected to the filter input through a matching inductance 14, all IDTs are made unidirectional with internal reflectors, the first input IDT 2 and the first output IDT 8 have the same period of the interdigital structure. The period of the interdigital structure of the first IDT MPNO 4 is from 0.5 to 1.5 periods of the IDT 2 of the first acoustic channel, the period of the second IDS MPNO 5 is from 0.5 to 1.5 periods of the input IDT 3 of the third acoustic channel. The width of the vanadium dioxide film 4, 7 is no more than two periods of the input IDT 2 and IDT 3, and the thickness of the vanadium dioxide film is 200 nm and is selected in such a way as to ensure the passage of the SAW from one acoustic channel to another in the absence of voltage on the buses of the IDT MPNO.

Период первого входного ВШП 2 одинаков с периодом первого входного ВШП 8 и отличается от одинаковых периодов второго входного ВШП 3 и второго выходного ВШП 9. Эти периоды определяются центральными частотами нижней и верхней полос пропускания переключаемого фильтра. The period of the first input IDT 2 is the same as the period of the first input IDT 8 and differs from the same periods of the second input IDT 3 and the second output IDT 9. These periods are determined by the center frequencies of the lower and upper passbands of the switchable filter.

Переключаемый двухполосный фильтр на поверхностных акустических волнах работает следующим образом. Сигнал подаваемый на вход фильтра поступает на входные ВШП 2 и ВШП 3, соединенные последовательно через индуктивность 14 с входом фильтра для компенсации влияния импеданса ВШП 2 или ВШП 3, если входной сигнал находится в одной из полос фильтра, что приводит к уменьшению вносимого затухания, так как падение напряжения на емкостной составляющей ВШП, у которого рабочие частоты находятся вне полосы частот входного сигнала и импеданс которого имеет емкостный характер. Это падение напряжения будет частично скомпенсировано падением напряжения на индуктивности, что увеличит напряжение на ВШП, рабочие частоты которого находятся в полосе частот входного сигнала. Далее ПАВ, возбужденные входными ВШП 2 и ВШП 3, поступают в акустические каналы 1 и 3 и поступают на ВШС МПНО 4 и 5 (фиг.1, 2), которые переводят ПАВ в акустические каналы 2 и 4. Если на шины ВШС МПНО 4, 5 не подано напряжение, необходимое для того, чтобы эти ВШС не переводили ПАВ из одного акустического канала в другой, они переводят ПАВ в другой акустический канал и ПАВ поступают на выходные ВШВ 8 и ВШП 9 и на выходах фильтра появляются сигналы (фиг 3, графики 1, 2 ). Switchable two-band filter on surface acoustic waves works as follows. The signal applied to the filter input is fed to the input IDT 2 and IDT 3, connected in series through the inductance 14 to the filter input to compensate for the influence of the impedance of the IDT 2 or IDT 3, if the input signal is in one of the filter bands, which leads to a decrease in insertion attenuation, so as the voltage drop across the capacitive component of the IDT, whose operating frequencies are outside the frequency band of the input signal and whose impedance has a capacitive character. This voltage drop will be partially compensated by the voltage drop across the inductance, which will increase the voltage across the IDT, whose operating frequencies are in the input signal bandwidth. Next, the SAW, excited by the input IDT 2 and IDT 3, enter the acoustic channels 1 and 3 and enter the VSS MPNO 4 and 5 (figure 1, 2), which transfer the SAW to the acoustic channels 2 and 4. If the bus VSS MPNO 4 , 5, the voltage is not applied, necessary to ensure that these VSSs do not transfer SAWs from one acoustic channel to another, they transfer SAWs to another acoustic channel and SAWs enter the output VSHV 8 and VSHP 9 and signals appear at the filter outputs (Fig. 3, graphs 1, 2).

Если управляющее напряжение от источника напряжения 11 подано на ВШС МПНО 4, то пленка диоксида ванадия 6 разогревается и при фазовом переходе ее сопротивление резко падает и ВШС МПНО 4 не переводит ПАВ из акустического канала 1 в акустический канал 2 и на выходе ВШП 8 уровень сигнала падает на 70 дБ. При этом пленка на ВШС МПНО 7 не разогревается, так как источник напряжения 13 не подает на шины ВШС МПНО 5 необходимого напряжения и ВШС МПНО 5 переводит ПАВ из акустического канала 3 в акустический канал 4 и на выходе ВШП 9 появляется сигнал (фиг.4, график 2). На фиг. 4 обозначено: график 3 - АЧХ МПНО во втором акустическом канале, график 4 – АЧХ МПНО в первом акустическом канале, АЧХ МПНО в третьем и четвертом акустических каналах аналогичны АЧХ ВШС МПНО во втором и первом акустических каналах, если напряжение U=0,1 В подано на ВШС МПНО 5, а на шинах ВШС МПНО 4 напряжение отсутствует.If the control voltage from the voltage source 11 is applied to the VSS MPNO 4, then the vanadium dioxide film 6 heats up and during the phase transition its resistance drops sharply and the VSS MPNO 4 does not transfer the SAW from the acoustic channel 1 to the acoustic channel 2 and the signal level drops at the output of the VDT 8 by 70 dB. At the same time, the film on the VSS MPNO 7 does not heat up, since the voltage source 13 does not supply the required voltage to the tires of the VSS MPNO 5 and the VSS MPNO 5 transfers the SAW from the acoustic channel 3 to the acoustic channel 4 and a signal appears at the output of the VSHS MPNO 9 (Fig.4, graph 2). In FIG. 4 marked: graph 3 - frequency response of the MPNO in the second acoustic channel, graph 4 - frequency response of the MPNO in the first acoustic channel, the frequency response of the MPNO in the third and fourth acoustic channels are similar to the frequency response of the VSS MPNO in the second and first acoustic channels, if the voltage is U = 0.1 V applied to the VSS MPNO 5, and there is no voltage on the buses of the VSS MPNO 4.

Если напряжение необходимое для того, чтобы ВШС МПНО переводил ПАВ из одного акустического канала в другой подано от источника напряжения 13 на ВШС МПНО 5, то он не будет переводить ПАВ из акустического канала 3 в акустический канал 4. При этом на шины ВШС МПНО 4 не подано необходимое напряжение от источника 11 и сигнал появляется на выходе ВШП 8, а на выходе ВШП 9 сигнал подавлен на 70 дБ. Это происходит также, как и в предыдущем случае за счет того, что из-за разогрева сопротивление пленки диоксида ванадия 6 резко падает и ВШС МПНО 4 не переводит ПАВ из акустического канала 3 в акустический канал 4 (фиг. 5, график 1). На фиг.5 график 3 - АЧХ МПНО во втором акустическом канале, 4 – АЧХ МПНО в первом акустическом канале. АЧХ МПНО в третьем и четвертом акустических каналах аналогичны АЧХ МПНО во втором и первом акустических каналах, если напряжение U=0,1 В подано на ВШС МПНО 4, а на шинах ВШС МПНО 5 напряжение отсутствует. Если управляющие напряжения от источников 11 и 13 поступают на шины ВШС МПНО, то ВШС МПНО 4 и ВШС МПНО 5 не переводят ПАВ из одного акустического канала в другой и сигналы на выходе ВШП 8 и 9 падают на 70 дБ (фиг .6, графики 1, 2). В отличие от прототипа управление ответвителем осуществляется не на основе изменения коэффициента электромеханической связи за счет прикладываемого управляющего напряжения, а за счет того, что пленка диоксида ванадия меняет свое сопротивление в районе фазового перехода, что приводит к замыканию электродов ответвителя, который при некотором сопротивлении пленки перестает переводить ПАВ из одного акустического канала в другой и переводит почти полностью ПАВ в другой акустический канал, если сопротивление пленки больше определенной величине. Управление напряжением источников 11 и 13 производится оператором, либо специальным управляющим устройством по заданному алгоритму в зависимости от решаемой задачи, при которой частотные каналы могут быть добавлены. If the voltage necessary for the VSS MPNO to transfer the SAW from one acoustic channel to another is supplied from the voltage source 13 to the VSS MPNO 5, then it will not transfer the SAW from the acoustic channel 3 to the acoustic channel 4. the required voltage is applied from the source 11 and the signal appears at the output of the IDT 8, and at the output of the IDT 9 the signal is suppressed by 70 dB. This happens in the same way as in the previous case due to the fact that, due to heating, the resistance of the vanadium dioxide film 6 drops sharply and the HSS MPNO 4 does not transfer the surfactant from acoustic channel 3 to acoustic channel 4 (Fig. 5, graph 1). Figure 5 graph 3 - frequency response MPNO in the second acoustic channel, 4 - frequency response MPNO in the first acoustic channel. The frequency response of the MPNO in the third and fourth acoustic channels are similar to the frequency response of the MPNO in the second and first acoustic channels, if the voltage U=0.1 V is applied to the VSS MPNO 4, and there is no voltage on the buses of the VSS MPNO 5. If the control voltages from the sources 11 and 13 are supplied to the VShS MPNO bus, then the VShS MPNO 4 and the VSS MPNO 5 do not transfer SAW from one acoustic channel to another and the signals at the output of the VShP 8 and 9 fall by 70 dB (Fig.6, graphs 1 , 2). Unlike the prototype, the coupler is controlled not on the basis of a change in the electromechanical coupling coefficient due to the applied control voltage, but due to the fact that the vanadium dioxide film changes its resistance in the region of the phase transition, which leads to the short circuit of the coupler electrodes, which, at a certain resistance of the film, stops transfer SAW from one acoustic channel to another and transfers almost completely SAW to another acoustic channel if the film resistance is greater than a certain value. The voltage control of sources 11 and 13 is performed by the operator, or by a special control device according to a given algorithm, depending on the problem being solved, in which frequency channels can be added.

Покажем, что ПАВ, переходящая из одного акустического канала в другой с помощью ВШС МПНО, зависит от сопротивления пленки диоксида ванадия. ПАВ, падающую на такой ответвитель, можно представить в виде симметричной и асимметричных мод [8, 9]. При этом асимметричная мода не взаимодействует с ним, так как наводит в них равные по величине противоположные токи, которые взаимно компенсируются. Симметричная мода воспринимает эти ВШС как последовательность парциальных ВШП с апертурой равной сумме апертур ВШП в разных акустических каналах. В этом случае на выходе этого ВШП ПАВ испытывает дополнительный сдвиг фаз, который можно определить из коэффициента прохождения ПАВ под ВШП. Тогда на выходе парциального ВШП ПАВ получает дополнительный сдвиг фаз, при условии Ga, Ва<< ωC T , Let us show that the SAW passing from one acoustic channel to another with the help of the ISS MPNO depends on the resistance of the vanadium dioxide film. The SAW incident on such a coupler can be represented as symmetric and asymmetric modes [8, 9]. In this case, the asymmetric mode does not interact with it, since it induces opposite currents of equal magnitude in them, which are mutually compensated. The symmetric mode perceives these IDTs as a sequence of partial IDTs with an aperture equal to the sum of IDT apertures in different acoustic channels. In this case, at the output of this IDT, the SAW experiences an additional phase shift, which can be determined from the SAW transmission coefficient under the IDT. Then, at the output of the partial IDT, the SAW receives an additional phase shift, provided that Ga, Ва<< ωC T ,

Figure 00000001
Figure 00000001

где Ga – активная составляющая проводимости ВШП, where Ga is the active component of the IDT conductivity,

Figure 00000002
Figure 00000002

f0 − центральная частота ВШП (частота акустического синхронизма), СТ – емкость парциального ВШП, N – число пар электродов парциального ВШП,f 0 is the central frequency of the IDT (acoustic synchronism frequency), C T is the capacitance of the partial IDT, N is the number of pairs of electrodes of the partial IDT,

k2 - квадрат коэффициента электромеханической связи, ω=2πf . k 2 is the square of the electromechanical coupling coefficient, ω=2πf .

Если имеется М таких парциальных ВШП, то общий сдвиг фаз симметричной моды на ВШС составит: If there are M such partial IDTs, then the total phase shift of the symmetric mode on the IDT will be:

Figure 00000003
Figure 00000003

Тогда частотная характеристика такого ответвителя имеет на выходе канала, где нет входного ВШП вид: Then the frequency response of such a coupler at the output of the channel, where there is no input IDT, looks like:

Figure 00000004
Figure 00000004

А на выходе канала, где находится входной ВШП ПАВ, сдвинуты на 90о относительно другого канала и частотная характеристика ответвителя имеет вид [10]:And at the output of the channel, where the input IDT SAW is located, they are shifted by 90 ° relative to the other channel, and the frequency response of the coupler has the form [10]:

Figure 00000005
Figure 00000005

Очевидно, что при φ общ симметричная и асимметричная моды будут находиться в противофазе и ПАВ полностью перейдет из одного акустического канала в другой, так как sin(π/2)=1. На центральной частоте ВШП Х=0, а функция (sinX)/X=1. Тогда для 100% перехода ПАВ из одного акустического канала в другой NM=π 2/(4k 2)=N 0 M 0. В этом случае на центральной частоте в канале, где находится входной ВШП ПАВ не будет проходить на приемный ВШП, а в другом акустическом канале ПАВ, излученные входным ВШП, попадут на приемный ВШП. Если теперь к одному парциальному ВШП подсоединить нагрузку в виде проводимости Y, то сдвиг фаз симметричной моды на ней будет иметь вид:Obviously, at φtot = π, the symmetric and asymmetric modes will be in antiphase and the SAW will completely transfer from one acoustic channel to another, since sin (π/2) = 1. At the central frequency of the IDT X = 0, and the function ( sin X)/X=1. Then for 100% SAW transition from one acoustic channel to another NM=π 2 /(4 k 2 )= N 0 M 0 . In this case, at the center frequency in the channel where the input IDT is located, the SAW will not pass to the receiving IDT, and in another acoustic channel, the SAW emitted by the input IDT will fall on the receiving IDT. If now a load in the form of conductivity Y is connected to one partial IDT, then the phase shift of the symmetric mode on it will have the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Из этого выражения следует, что сдвиг фаз будет зависеть от величины нагрузки и будет тем меньше, чем больше эта нагрузка емкостной проводимости парциального ВШП (

Figure 00000007
). Тогда при фиксированном числе парциальных ВШП (M), когда имеется 100% переход ПАВ из одного акустического канала в другой при нулевой нагрузке (Y=0) может получится так , что ПАВ почти не будет переходить в другой акустический канал, если Y>>
Figure 00000007
. При условии, что Y<<
Figure 00000007
, нагрузка Y не будет влиять на фазу φ и ответвитель будет переводить ПАВ из одного акустического канала в другой. В этом случае:It follows from this expression that the phase shift will depend on the magnitude of the load and will be the smaller, the greater this load is the capacitive conductance of the partial IDT (
Figure 00000007
). Then, for a fixed number of partial IDTs ( M ), when there is a 100% SAW transition from one acoustic channel to another at zero load ( Y = 0), it can turn out that the SAW will almost not go to another acoustic channel if Y>>
Figure 00000007
. Provided that Y<<
Figure 00000007
, the load Y will not affect the phase φ and the coupler will transfer the SAW from one acoustic channel to another. In this case:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Where

Figure 00000009
Figure 00000009

Из этих выражений следует, что при Y>>

Figure 00000007
φ≈0 и ПАВ проходят через ответвитель, не переходя в параллельный акустический канал, так как в этом случае H(f) ≈0, а H1(f) ≈1, а при Y<<
Figure 00000007
H1(f) ≈0, а H(f) ≈1 и ПАВ переходят в другой акустически канал, при условии NM=π2/(4k2). Очевидно, что при изменении Y от Y<
Figure 00000007
до Y>>
Figure 00000007
будет происходит плавный переход ПАВ из одного акустического канала в другой. Если положить N=1/2, то парциальный ВШП будет иметь всего 2 электрода и его относительная полоса пропускания будет более 100%. Это позволит выбрать период ВШС таким образом, чтобы длина ПАВ достаточно сильно отличалась бы от периода ВШС МПНО. Тогда ПАВ, не будет отражаться от такого ответвителя, так как его период будет отличаться от длины ПАВ. Вместе с тем из-за того, что относительная полоса пропускания парциального ВШП более 100%, частота ПАВ будет всегда находиться в его полосе пропускания и при определенном числе секций M будет происходить переход ПАВ из одного акустического канала в другой. Таким образом, каждый парциальный ВШП ответвителя в виде ВШС будет состоять и двух электродов. При этом получается, что у каждого такого ВШП соседние электроды можно заменить одним общим той же ширины, что и остальные. Тогда последовательность парциальных ВШП будет представлять собой последовательность полосков с периодом, который отличается от периода ПАВ, чтобы ПАВ не отражались от ответвителя в рабочей полосе частот переключаемого фильтра. Если теперь через один полоски соединить с шинами, которые будут располагаться как сверху, так и снизу последовательности полосков мы получим ВШС (ВШС 6 или ВШС 7 на фиг.1), которая как и ВШП будет иметь рабочие частоты, находящиеся вне рабочих частот входных и выходных ВШП перестраиваемого фильтра, как показано на фиг.1, так как период ВШС МПНО 4 и ВШС МПНО 5 составляет 0,5 – 1,5 периодов входных ВШП 2 и 3. При этом электрические сигналы, наводимые ПАВ в электродах ВШС будут складываться на шинах ВШС не синфазно, что приведет к тому, что напряжение между шинами ВШС будет близко к нулю. Это будет означать, что при подсоединении к шинам ВШС нагрузки она не будет оказывать никакого влияния на распространение ПАВ в акустических каналах. From these expressions, it follows thatY>>
Figure 00000007
φ≈0 and SAW pass through the coupler without passing into a parallel acoustic channel, since in this caseH(f) ≈0, AH1(f) ≈1, and whenY<<
Figure 00000007
H1(f) ≈0, AH(f) ≈1 and surfactants go to another acoustic channel, provided NM=π2/(4k2). Obviously, when changingY fromY<
Figure 00000007
beforeY>>
Figure 00000007
there will be a smooth transition of SAW from one acoustic channel to another. If we putN=1/2, then the partial IDT will have only 2 electrodes and its relative bandwidth will be more than 100%. This will allow one to choose the period of the SSW in such a way that the length of the SAW would be sufficiently different from the period of the VSW of the MONO. Then the SAW will not be reflected from such a coupler, since its period will differ from the length of the SAW. At the same time, due to the fact that the relative bandwidth of the partial IDT is more than 100%, the SAW frequency will always be in its bandwidth even for a certain number of sectionsM there will be a transition of SAW from one acoustic channel to another. Thus, each partial IDT coupler in the form of an IDT will also consist of two electrodes. It turns out that for each such IDT, adjacent electrodes can be replaced by one common electrode of the same width as the others. Then the sequence of partial IDTs will be a sequence of strips with a period that differs from the SAW period so that the SAWs are not reflected from the coupler in the operating frequency band of the switched filter. If we now connect through one strip to the buses, which will be located both above and below the sequence of strips, we will get the VSS (VSS 6 or VSS 7 in Fig.1), which, like the IDT, will have operating frequencies that are outside the operating frequencies of the input and output IDT of the tunable filter, as shown in Fig. 1, since the period of the IDT DNA 4 and the IDT DNA 5 is0.5 - 1.5 periods of the input IDTs 2 and 3. In this case, the electrical signals induced by the SAW in the electrodes of the IDT will be added out of phase on the IDT buses, which will lead to the fact that the voltage between the IDT buses will be close to zero. This will mean that when a load is connected to the busbars, it will not have any effect on the propagation of surfactants in acoustic channels.

Если теперь под ВШС МПНО 4 или ВШС МПНО 5 посередине нанести пленки 8 и 9 диоксида ванадия в виде узкой полоски шириной 1-2 периодов ВШП 3, то она будет подсоединена к каждому электроду и параметры прохода ПАВ через ответвитель в виде ВШС 4 и ВШС 5 с пленкой 6 и 7 будут определяться выражениями 7 – 9, где нагрузка Y =1/R, R – сопротивление пленки между соседними электродами ВШС. При этом постоянное управляющее напряжение, приложенное к шинам ВШС МПНО 4 или ВШС МПНО 5 будет подаваться к нагрузкам Y, изменяя их сопротивление, что и приведет к изменению распределения ПАВ между каналами. Прохождение тока через пленку между электродами ВШС вызовет ее разогрев, что приведет к изменению ее сопротивления из-за фазового перехода [11], который происходит в пленках диоксида ванадия в районе 50оС – 70оС и согласно выражениям 7-9 произойдет перераспределение ПАВ между акустическими каналами (фиг.4, 5, графики 1 и 2). При разогреве до температуры фазового перехода сопротивление пленки начнет резко падать и может уменьшиться на три порядка по сравнению с сопротивлением при комнатной температуре, что приведет к резкому увеличению тока, что может привести к перегреву и разрушению пленки. Чтобы этого не произошло источник управляющего напряжения 11 или 13 подсоединены к пленке через ограничительные резисторы 10 или 12, которые ограничивает ток через пленку, когда ее сопротивление резко падает и сохраняет ее от разрушения. Так как пленка подсоединена ко всем электродам ВШС, то даже при сопротивлении пленки между электродами в 1000 Ом сопротивление между шинами ВШС МПНО будет в M раз меньше, что не превышает и 10 Ом. Такое сопротивление пленки достигается соответствующим подбором ее толщины, поскольку ширина пленки не может быть более двух периодов входного ВШП 2 или входного ВШП 3. Тогда, чтобы вызвать разогрев пленки до температур выше фазового перехода, напряжения в доли вольта будет достаточно, что намного меньше, чем управляющие напряжение, применяемые в прототипе.If now, under the VSS MPNO 4 or VSS MPNO 5, films 8 and 9 of vanadium dioxide are applied in the middle in the form of a narrow strip with a width of 1-2 periods of the IDT 3, then it will be connected to each electrode and the parameters of the SAW passage through the coupler in the form of VSS 4 and VSS 5 with a film 6 and 7 will be determined by expressions 7 – 9, where the load Y = 1/R, R is the resistance of the film between adjacent electrodes of the VSS. In this case, a constant control voltage applied to the VShS MPNO 4 or VShS MPNO 5 buses will be applied to the loads Y, changing their resistance, which will lead to a change in the SAW distribution between the channels. The passage of current through the film between the electrodes of the IHS will cause its heating, which will lead to a change in its resistance due to the phase transition [11], which occurs in films of vanadium dioxide in the region of 50 ° C - 70 ° C and, according to expressions 7-9, the surfactant will be redistributed between the acoustic channels (figure 4, 5, graphs 1 and 2). When heated to the phase transition temperature, the film resistance will begin to drop sharply and may decrease by three orders of magnitude compared to the resistance at room temperature, which will lead to a sharp increase in current, which can lead to overheating and destruction of the film. To prevent this from happening, the control voltage source 11 or 13 is connected to the film through limiting resistors 10 or 12, which limits the current through the film when its resistance drops sharply and keeps it from destruction. Since the film is connected to all the VSS electrodes, even if the film resistance between the electrodes is 1000 Ω, the resistance between the VSS MPNO buses will be M times less, which does not exceed 10 Ω. Such resistance of the film is achieved by appropriate selection of its thickness, since the width of the film cannot be more than two periods of the input IDT 2 or input IDT 3. Then, in order to cause the film to heat up to temperatures above the phase transition, a voltage of fractions of a volt will be sufficient, which is much less than control voltage used in the prototype.

Поскольку период ВШС МПНО отличается от периода ВШП в 0,5–1,5 раза, то центральная частота ВШС МПНО будет отличаться от центральной частоты ВШП в 0,67 – 2 раза. Этот означает, что при переходе ПАВ из канала в канал, когда число электродов ВШС МПНО равно числу электродов для 100% передачи на центральной частоте в акустический канал, где расположен выходной ВШП, ВШС МПНО вносит затухание всего около 10 дБ (см. формулу (8) и фиг. 3, 5, графики 3, 4), что нельзя признать удовлетворительным. В то же время при падении сопротивления нагрузки при фазовом переходе на три порядка ВШС МПНО вносит в параллельном акустическом канале затухание более 70 дБ. Поэтому было предложено ввести еще пару акустических каналов (акустические каналы 3 и 4 на фиг. 2) на поверхности пьезоэлектрического звукопровода 1, содержащего входной ВШП 2 и выходной ВШП 8, имеющие одинаковый период (одинаковую центральную частоту) и находящиеся в 1 и 2 акустических каналах (фиг.2). При этом входной ВШП 3 и выходной ВШП 9, находящиеся в 3 и 4 акустических каналах имеют также одинаковый период, который отличается от периодов ВШП 3 и 8, находящихся в 1 и 2 акустических каналах. Между ВШП 3 и ВШП 9 расположен ВШС МПНО 5, который перекрывает 3 и 4 акустические каналы (фиг.2). ВШП 2 и ВШП 8 вместе с ВШС МПНО 4 образуют более низкочастотную полосу фильтра, а ВШП 3 и ВШП 9 вместе с ВШС МПНО 5 образуют высокочастотную полосу фильтра.Since the period of the IDS MPNO differs from the period of the IDT by 0.5–1.5 times, the central frequency of the VSS MPNO will differ from the central frequency of the IDT by 0.67–2 times . This means that when the SAW passes from channel to channel, when the number of electrodes of the IDT MPNO is equal to the number of electrodes for 100% transmission at the center frequency to the acoustic channel where the output IDT is located, the IDT of the MPNO introduces attenuation of only about 10 dB (see formula (8 ) and Fig. 3, 5, graphs 3, 4), which cannot be considered satisfactory. At the same time, when the load resistance drops during the phase transition by three orders of magnitude, the VSW of the MPNO introduces an attenuation of more than 70 dB in the parallel acoustic channel. Therefore, it was proposed to introduce another pair of acoustic channels (acoustic channels 3 and 4 in Fig. 2) on the surface of the piezoelectric sound duct 1, containing the input IDT 2 and the output IDT 8, having the same period (the same center frequency) and located in 1 and 2 acoustic channels (figure 2). While the input IDT 3 and output IDT 9, located in the 3 and 4 acoustic channels also have the same period, which differs from the periods of the IDT 3 and 8, located in the 1 and 2 acoustic channels. Between the IDT 3 and the IDT 9 is the VSS MPNO 5, which covers 3 and 4 acoustic channels (figure 2). IDT 2 and IDT 8, together with the IDT MPNO 4, form a lower-frequency filter band, and IDT 3 and IDT 9, together with the INR MPNO 5, form a high-frequency filter band.

В этом случае можно получить развязку между полосами более 70 дБ, а также увеличивать затухание фильтра более чем 70 дБ (фиг.4, 6, графики 1 и 2). Чтобы уменьшить потери ВШП на двунаправленность [11] в фильтре было предложено использовать однонаправленные ВШП с внутренними отражателями.In this case, it is possible to obtain an isolation between the bands of more than 70 dB, as well as to increase the attenuation of the filter by more than 70 dB (Fig.4, 6, graphs 1 and 2). To reduce the IDT loss due to bidirectionality [11], it was proposed to use unidirectional IDTs with internal reflectors in the filter.

На фиг. 3-6 показаны АЧХ переключаемого фильтра при различных управляющих напряжениях, где: In FIG. 3-6 show the frequency response of the switched filter at various control voltages, where:

АЧХ фильтра при управляющем напряжении 0 В на ВШС МПНО 4 и 0 В на ВШС МПНО 5 (фиг.3, графики 1 и 2);The frequency response of the filter at a control voltage of 0 V on the VSS MPNO 4 and 0 V on the VSS MPNO 5 (figure 3, graphs 1 and 2);

АЧХ фильтра при управляющем напряжении 0,1 В на ВШС МПНО 4 и 0 В на ВШС МПНО 5 (фиг.4, графики 1 и 2);The frequency response of the filter at a control voltage of 0.1 V on the VSS MPNO 4 and 0 V on the VSS MPNO 5 (figure 4, graphs 1 and 2);

АЧХ фильтра при управляющем напряжении 0 В на ВШС МПНО 4 и 0,1 В на ВШС МПНО 5 (фиг.5, графики 1 и 2);The frequency response of the filter at a control voltage of 0 V on the VSS MPNO 4 and 0.1 V on the VSS MPNO 5 (figure 5, graphs 1 and 2);

АЧХ фильтра при управляющем напряжении 0,1 В на ВШС МПНО 4 и 0,1 В на ВШС МПНО 5 (фиг. 6, графики 1 и 2).The frequency response of the filter at a control voltage of 0.1 V on the VSS MPNO 4 and 0.1 V on the VSS MPNO 5 (Fig. 6, graphs 1 and 2).

Ширина пленки диоксида ванадия составляет 1-2 периода входного ВШП, что много меньше ширины луча ПАВ, равного апертуре ВШП, который составляет десятки его периодов. Так как ширина пленок диоксида ванадия 6, 7 в десятки раз меньше ширины акустического луча, то акустический луч практически не пересекает ее, вследствие этого пленка не может увеличивать затухание ПАВ при повышении рабочих частот фильтра. Толщина пленки диоксида ванадия равная 200 нм и выбрана экспериментально из условия предотвращения замыкания электродов ВШС для того, чтобы обеспечить прохождение ПАВ из одного акустического канала в другой, когда на шины ВШС не подается напряжение. The width of the vanadium dioxide film is 1–2 periods of the input IDT, which is much less than the SAW beam width equal to the IDT aperture, which is tens of its periods. Since the width of the vanadium dioxide films 6, 7 is tens of times smaller than the width of the acoustic beam, the acoustic beam practically does not cross it; as a result, the film cannot increase the attenuation of the SAW with an increase in the operating frequencies of the filter. The thickness of the vanadium dioxide film is equal to 200 nm and was chosen experimentally from the condition of preventing the short circuit of the electrodes of the VSS in order to ensure the passage of the SAW from one acoustic channel to another when voltage is not applied to the VSS busbars.

Пример выполнения.Execution example.

Переключаемый ПАВ фильтр был изготовлен на пьезоэлектрическом звукопроводе 1 из YX/127o среза ниобата лития. Входные ВШП 2 и ВШП 3, соединенные последовательно имеют по 13 пар электродов, величину перекрытия электродов равной 1000 мкм, период ВШП 2 - 6,61 мкм, а период ВШП 3 – 4,97 мкм и центральные частоты 600 и 800 МГц соответственно. The switchable SAW filter was made on a piezoelectric sound conductor 1 from a YX/127 o cut of lithium niobate. The input IDT 2 and IDT 3, connected in series, have 13 pairs of electrodes, the electrode overlap is 1000 µm, the IDT 2 period is 6.61 µm, and the IDT 3 period is 4.97 µm, and the center frequencies are 600 and 800 MHz, respectively.

Выходные ВШП 8 и ВШП 9 имеют такую же апертуру, периоды 6,61 мкм и 4,97 мкм, центральные частоты 600 и 800 МГц соответственно. Число периодов в выходных ВШП 8 и ВШП 9 равно 15. ВШС МПНО 4 и ВШС МПНО 5 имеют период 4,4 мкм, что соответствует центральной частоте 900 МГц и отношение периодов ВШП и ВШС равно 1,3. Число электродов ВШС равно 100. Все ВШП и ВШС изготовлены из алюминиевой пленки 200 нм. Пленки диоксида ванадия в виде полосок толщиной 200 нм и шириной 4,4 мкм с адгезионным подслоем оксида титана были нанесены на поверхность пьезоэлектрического звукопровода 1 методом импульсного лазерного напыления через маску, сформированную на поверхности звукопровода. Плотность энергии лазерного импульса на поверхности мишени составляла 2 Дж/см2 для обоих слоёв. Плёнка TiO2 была осаждена за 2000 (~65 нм) импульсов при T=640 oС и Р(O2)=3*10-2 мбар. Плёнка VO2 была осаждена за 4000 (~130 нм) импульсов при T=560 oС и Р(O2)=2*10-2 мбар, после чего маска удалялась и изготавливались ВШП и ВШС. В этом случае сопротивление ВШС МПНО, измеренное на шинах ВШС при комнатной температуре равно 10 Ом, что соответствует сопротивлению R=1000 Ом и Y=0,001 См, т.е. пленка при отсутствии напряжения на шинах ВШС как следует из формулы (7) обеспечивает 100% переход ПАВ из одного акустического канала в другой. При пропускании тока через пленку происходит ее разогрев до температуры выше температуры фазового перехода. При этом сопротивление на шинах ВШС МПНО падает до 0,1 Ом, что соответствует R=10 Ом и Y=0,1 См. Для разогрева пленки от управляющих источников 11 и 13 напряжения на шины ВШС МПНО через ограничительные резисторы (см. фиг.1) подается напряжение 0,1 В, что значительно меньше, чем управляющие напряжения, применяемые в прототипе. Ограничительные сопротивления равны 1 Ом. Тогда ток через пленку равен 0,0091 А. При таком токе происходит разогрев пленки и в ней происходит фазовый переход при температуре 60оС. В этом случае все падение напряжения оказывается приложенным к ограничительным сопротивлениям 10 или 12, которые в 10 раз больше сопротивления ВШС МПНО, и ток ограничивается и становится равным 0,091 А. При таком токе происходит быстрый разогрев пленки, так как она не успевает отдать тепло подложке, на которой она находится, и в ней происходит фазовый переход при температуре 60оС. В этом случае все падение напряжения оказывается приложенным к ограничительным сопротивлениям 10 или 12, которые в 10 раз больше сопротивления ВШС, и ток ограничивается и становится равным 0,091 А, т. е. выделение тепла увеличивается в 100 раз (ток увеличивается в 10 раз), что оказывается достаточным для поддержания температуры пленки выше температуры фазового перехода. В этом случае как следует из формул (7) и (8) ВШС МПНО не может переводить ПАВ из одного акустического канала в другой и затухание в полосе частот, которую обеспечивают входной и выходной ВШП и ВШС МПНО, к шинам которой приложено напряжение, составляет более 70 дБ. Возможности современной технологии изготовления периодических ВШС ограничивают частотный диапазон фильтра на ПАВ не выше 2500 МГц.Output IDT 8 and IDT 9 have the same aperture, periods of 6.61 μm and 4.97 μm, center frequencies of 600 and 800 MHz, respectively. The number of periods in the output IDT 8 and IDT 9 is equal to 15. The IDS MPNO 4 and the IDS MPNO 5 have a period of 4.4 μm, which corresponds to a center frequency of 900 MHz and the ratio of the periods of the IDT and the IDS is 1.3. The number of IDS electrodes is 100. All IDTs and IDSs are made of 200 nm aluminum film. Films of vanadium dioxide in the form of strips 200 nm thick and 4.4 μm wide with an adhesive sublayer of titanium oxide were deposited on the surface of the piezoelectric acoustic conductor 1 by pulsed laser deposition through a mask formed on the surface of the acoustic conductor. The laser pulse energy density on the target surface was 2 J/ cm2 for both layers. The TiO 2 film was deposited in 2000 (~65 nm) pulses at T=640 o C and P(O 2 )=3*10 -2 mbar. The VO 2 film was deposited in 4000 (~130 nm) pulses at T=560 o C and P(O 2 )=2*10 -2 mbar, after which the mask was removed and IDT and IDT were fabricated. In this case, the resistance of the VSS MPNO measured on the tires of the VSS at room temperature is 10 Ohm, which corresponds to the resistance R = 1000 Ohm and Y = 0.001 cm, i.e. As follows from formula (7), the film, in the absence of voltage on the VSS busbars, provides 100% SAW transition from one acoustic channel to another. When current is passed through the film, it is heated to a temperature above the phase transition temperature. In this case, the resistance on the VShS MPNO buses drops to 0.1 Ohm, which corresponds to R=10 Ohms and Y=0.1 cm. 1) a voltage of 0.1 V is applied, which is much less than the control voltages used in the prototype. Limiting resistances are equal to 1 Ohm. Then the current through the film is 0.0091 A. At this current, the film is heated and a phase transition occurs in it at a temperature of 60 ° C. In this case, the entire voltage drop is applied to the limiting resistances 10 or 12, which are 10 times greater than the resistance of the VSS MPNO, and the current is limited and becomes equal to 0.091 A. At this current, the film rapidly heats up, since it does not have time to give off heat to the substrate on which it is located, and a phase transition occurs in it at a temperature of 60 ° C. In this case, the entire drop voltage is applied to limiting resistances 10 or 12, which are 10 times greater than the resistance of the VSS, and the current is limited and becomes equal to 0.091 A, i.e. heat generation increases 100 times (current increases 10 times), which is sufficient to maintain film temperature is higher than the phase transition temperature. In this case, as follows from formulas (7) and (8), the VSS MPNO cannot transfer SAW from one acoustic channel to another, and the attenuation in the frequency band provided by the input and output IDT and the VSS MPNO, to the buses of which the voltage is applied, is more than 70 dB. The capabilities of modern technology for manufacturing periodic VSSs limit the frequency range of the SAW filter to no more than 2500 MHz.

Таким образом, были получены следующие технические характеристики переключаемого фильтра на ПАВ:Thus, the following technical characteristics of the switchable SAW filter were obtained:

Центральная частота низкочастотной полосы - 600 МГц.The center frequency of the low-frequency band is 600 MHz.

Ширина низкочастотной полосы - 50 МГцLow Bandwidth - 50 MHz

Центральная частота высокочастотной полосы - 800 МГцHigh band center frequency - 800 MHz

Ширина высокочастотной полосы - 60 МГцHigh frequency bandwidth - 60 MHz

Вносимые потери - 4 дБInsertion loss - 4 dB

Развязка между каналами при включении одной полосы - 70 дБIsolation between channels when one band is turned on - 70 dB

Динамический диапазон - 70 дБDynamic range - 70 dB

Управляющее напряжение – 0.1 ВControl voltage - 0.1 V

Разработанные переключаемые устройства на ПАВ могут успешно использоваться в качестве преселектора УКВ связного радиоприемного устройства, широкодиапазонного сканирующего приемника, многоканального приемника в системах радиомониторинга.The developed switchable SAW devices can be successfully used as a preselector for a VHF communication radio receiver, a wide-range scanning receiver, and a multichannel receiver in radio monitoring systems.

Источники информации:Information sources:

1. US 6459345, МПК7 H03H 9/64, опубл. 01.10.2002.1. US 6459345, IPC 7 H03H 9/64, publ. 01.10.2002.

2. RU 2121214, МПК H03H 9/64 опубл. 27.07.1996.2. RU 2121214, IPC H03H 9/64 publ. 07/27/1996.

3. US 10666227, МПК H03H 9/64, H01L 41/107, H03H 9/105, опубл. 30.01.2020.3. US 10666227, IPC H03H 9/64, H01L 41/107, H03H 9/105, publ. 01/30/2020.

4. US 7821360, МПК H03H 9/64, опубл. 04.03.2010.4. US 7821360, IPC H03H 9/64, publ. 03/04/2010.

5. В. А. Аржанов, И. В. Веремеев Основные подходы к разработке современных перестраиваемых и переключаемых высокочастотных пав-фильтров, ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 20145. V. A. Arzhanov, I. V. Veremeev Basic approaches to the development of modern tunable and switchable high-frequency SAF filters, OMSK SCIENTIFIC VESTNIK No. 1 (127) 2014

6. Arash Fouladi Azarnaminy, Junwen Jiang, Raafat R. Mansour, Switched Dual-Band SAW Filter Using Vanadium Oxide Switches. Published 7 June 2021, Physics 2021 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS).6. Arash Fouladi Azarnaminy, Junwen Jiang, Raafat R. Mansour, Switched Dual-Band SAW Filter Using Vanadium Oxide Switches. Published 7 June 2021, Physics 2021 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS).

7. Авторское свидетельство СССР 915225, МПК H03H 9/64, опубл. 23.03.1982 – прототип.7. USSR author's certificate 915225, IPC H03H 9/64, publ. 03/23/1982 - prototype.

8. G. Marshall and E. G. S. Paige, "Novel acoustic-surface-wave directional coupler with diverse applications". // Electronics Lett. − V.7. −1971. P. 460-464.8. G. Marshall and E. G. S. Paige, "Novel acoustic-surface-wave directional coupler with diverse applications". // Electronics Lett. − V.7. −1971. P. 460-464.

9. А.С. Багдасарян, Г.Я. Карапетьян, Встречно-штыревые направленные ответвители ПАВ и фильтры на их основе / // Средства связи. − Вып.4. − 1988. − стр. 21.9. A.S. Bagdasaryan, G.Ya. Karapetyan, Interdigital SAW directional couplers and filters based on them / // Communications. − Issue 4. - 1988. - p. 21.

10. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах, М. «Радио и связь». 1991., формула 5.34 на стр. 123.10. Morgan D. Devices for processing signals on surface acoustic waves, M. "Radio and communication". 1991., formula 5.34 on page 123.

11. M. E. Kutepov, G. Ya. Karapetyan, T. A. Minasyan, V. E. Kaydashev, I. V. Lisnevskaya, K. G. Abdulvakhidov, A. A. Kozmin and E. M. Kaidashev Embedding epitaxial VO2 film with quality metal-insulator transition to SAW devices//J. Adv. Dielect. 12, 2250018 (2022).11. M. E. Kutepov, G. Ya. Karapetyan, T. A. Minasyan, V. E. Kaydashev, I. V. Lisnevskaya, K. G. Abdulvakhidov, A. A. Kozmin and E. M. Kaidashev Embedding epitaxial VO2 film with quality metal-insulator transition to SAW devices//J. Adv. Dielect. 12, 2250018 (2022).

Claims (5)

1. Переключаемый двухполосный фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены первый входной и два выходных встречно-штыревых преобразователя (ВШП) с разными центральными частотами и между ними первый многополосковый направленный ответвитель (МПНО), взаимодействующий с пленочным переключателем акустических каналов, образующие первый и второй параллельные акустические каналы, отличающийся тем, что фильтр содержит дополнительно второй входной ВШП, последовательно соединенный с первым входным ВШП, и второй МПНО, при этом первый МПНО и второй МПНО расположены на одной оси, перпендикулярной по отношению к направлению распространения ПАВ, образующие дополнительные третий и четвертый параллельные акустические каналы, при этом каждый МПНО выполнен в виде встречно-штыревой системы (ВШС) и имеет в средней части электрический контакт с переключателем акустических каналов, выполненным в виде поперечной полоски из пленки диоксида ванадия с подслоем диоксида титана, сформированной на рабочей поверхности звукопровода, шины каждой ВШС подключены через ограничительный резистор к источнику управляющего напряжения, шина первого входного ВШП соединена со входом фильтра через согласующую индуктивность, все ВШП выполнены однонаправленными с внутренними отражателями, период первого входного ВШП равен периоду первого выходного ВШП, а период второго входного ВШП равен периоду второго выходного ВШП и периоды указанных пар ВШП соответствуют центральным частотам нижней и верхней полос пропускания переключаемого фильтра. 1. A switchable two-band filter based on surface acoustic waves (SAW), containing a piezoelectric sound duct, on the working surface of which there are the first input and two output interdigital transducers (IDTs) with different central frequencies and between them the first multistrip directional coupler (MSCO), interacting with a film switch of acoustic channels, forming the first and second parallel acoustic channels, characterized in that the filter additionally contains a second input IDT connected in series with the first input IDT, and a second MPNO, while the first MPNO and the second MPNO are located on the same axis perpendicular to with respect to the direction of SAW propagation, forming additional third and fourth parallel acoustic channels, each MPNO is made in the form of an interdigital system (ISS) and has an electrical contact in the middle part with an acoustic channel switch made in the form of a transverse strip of vanadium dioxide film with a titanium dioxide sublayer formed on the working surface of the sound duct, the buses of each IDT are connected through a limiting resistor to a control voltage source, the bus of the first input IDT is connected to the filter input through a matching inductance, all IDTs are made unidirectional with internal reflectors, the period of the first input IDT is equal to the period of the first output IDT, and the period of the second input IDT is equal to the period of the second output IDT, and the periods of said pairs of IDTs correspond to the center frequencies of the lower and upper passbands of the switchable filter. 2. Переключаемый двухполосный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что период встречно-штыревой структуры первого МПНО составляет от 0,5 до 1,5 периодов входного ВШП первого акустического канала.2. Switchable two-band filter according to claim 1, characterized in that the period of the interdigital structure of the first MPNO is from 0.5 to 1.5 periods of the input IDT of the first acoustic channel. 3. Переключаемый двухполосный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что период второго МПНО составляет от 0,5 до 1,5 периодов входного ВШП третьего акустического канала.3. A switchable two-band filter according to claim 1, characterized in that the period of the second MPNO is from 0.5 to 1.5 periods of the input IDT of the third acoustic channel. 4. Переключаемый двухполосный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что ширина пленки диоксида ванадия составляет не более двух периодов входных ВШП.4. Switchable two-band filter according to claim 1, characterized in that the width of the vanadium dioxide film is no more than two periods of the input IDT. 5. Переключаемый двухполосный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что толщина пленки диоксида ванадия составляет 200 нм.5. Switchable two-band filter according to claim 1, characterized in that the thickness of the vanadium dioxide film is 200 nm.
RU2022131305A 2022-12-01 Switchable two-band filter on surface acoustic waves RU2793624C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793624C1 true RU2793624C1 (en) 2023-04-04

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4236156A (en) * 1979-04-23 1980-11-25 Vought Corporation Switching of thermochromic and pressure sensitive films with surface acoustic waves
SU915225A1 (en) * 1980-06-13 1982-03-23 Mi Radiotekh Inst Retunable saw-filter
SU1737704A1 (en) * 1988-07-06 1992-05-30 Институт Физики Полупроводников Со Ан Ссср Attenuator based on surface acoustic waves
RU2242838C2 (en) * 2002-05-15 2004-12-20 Ооо "Бутис-М" Surface-acoustic-wave filter
US8709306B2 (en) * 2008-06-30 2014-04-29 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Thermochromic microparticles, dispersions thereof, and manufacturing method thereof, as well as light-modulating coatings, light-modulating films and light-modulating inks
CN109735816A (en) * 2019-02-26 2019-05-10 中国科学院半导体研究所 Vanadium dioxide fexible film and preparation method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4236156A (en) * 1979-04-23 1980-11-25 Vought Corporation Switching of thermochromic and pressure sensitive films with surface acoustic waves
SU915225A1 (en) * 1980-06-13 1982-03-23 Mi Radiotekh Inst Retunable saw-filter
SU1737704A1 (en) * 1988-07-06 1992-05-30 Институт Физики Полупроводников Со Ан Ссср Attenuator based on surface acoustic waves
RU2242838C2 (en) * 2002-05-15 2004-12-20 Ооо "Бутис-М" Surface-acoustic-wave filter
US8709306B2 (en) * 2008-06-30 2014-04-29 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Thermochromic microparticles, dispersions thereof, and manufacturing method thereof, as well as light-modulating coatings, light-modulating films and light-modulating inks
CN109735816A (en) * 2019-02-26 2019-05-10 中国科学院半导体研究所 Vanadium dioxide fexible film and preparation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Arash Fouladi Azarnaminy "High-Performance Reconfigurable Piezoelectric Resonators and Filters for RF Frontend Applications", Waterloo, Ontario, 2022, стр. 179. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6720844B1 (en) Coupled resonator bulk acoustic wave filter
CN100571030C (en) Piezoelectric resonant filter and duplexer
KR101288190B1 (en) Bulk acoustic wave resonator device
US4910839A (en) Method of making a single phase unidirectional surface acoustic wave transducer
JP5121298B2 (en) Electric field control of surface acoustic wave velocity
KR102025982B1 (en) Tunable resonator element, filter circuit and method
KR100541895B1 (en) High frequency filter
WO2019197086A1 (en) Thin film surface acoustic wave transducer with improved characteristics, electroacoustic filter and rf filter
JP3854212B2 (en) High frequency filter
JP6760480B2 (en) Extractor
JP2004503975A (en) Bulk acoustic filter
US11394368B2 (en) Acoustic wave filter, multiplexer, radio frequency front-end circuit, and communication device
JP3882205B2 (en) Vertical multimode SAW filter
JPH0766676A (en) Surface acoustic wave filter
US4028648A (en) Tunable surface wave device resonator
JPH09130204A (en) Acoustic wave filter and its manufacture
US4060777A (en) Guided elastic surface wave filter
Lee et al. Intrinsically switchable frequency reconfigurable barium strontium titanate resonators and filters
CN115913167A (en) Surface acoustic wave filter with multiple transmission zeros and signal processing circuit
RU2793624C1 (en) Switchable two-band filter on surface acoustic waves
KR100308220B1 (en) Acoustic wave resonator and filter with double reflective gratings
US4575696A (en) Method for using interdigital surface wave transducer to generate unidirectionally propagating surface wave
US5332983A (en) Filterbank using surface acoustic wave technology
Lee et al. Intrinsically switchable ferroelectric contour mode resonators
JP3889343B2 (en) Variable filter