Введение к работе
Актуальность темы. Обзор состояния вопросов реализации микроэлсктронных фильтров (МЭФ) показал, что наибольшие"трудности при разработке селективных устройств, удовлетворяющих требованиям комплексной микроминиатюризации, возможностям варьироппппя rcnonnwx параметров (резонансная частота, полоса пропускания, форма ЛЧХ И др.) и широких пределах, возникают в дп^чазоис часшт 10...300 МГц.
На более низких частотах приоритет занимают фильтры на основе операционных усилителей (ОУ) и поторптелях напряжения (ПН), которые в полной мере удовлетворяют вышеизложенным требованиям. Большой вклад в это чанраплеиие внесли отечественные исследователи, особенно коллективы иод руководством Е.И. Куфлепского и Л.А Ланнэ, а также зарубежные специалисты, такие как Хейнлсйи В., Холмс В., Хьюлсман Л., Моїниц Г., Хори П. Примером последнего достижения и этой области может служить аналоговый полосовой фильтр с центральной частотой- 12,5 МГц н полосой пропускания по уровню -3 дБ всего 250 кГц, разработанный фирмой AT&TVTC на основе ОУ, выполненного по комплементарной биполярной технологии, где транзисторы имеют іраннчнуга частоту 4,5 ГГц. Эти результаты говорят о большом технологическом прорыве, осуществленном рядом зарубежных фирм, однако сфера применения таких ОУ долгое время будет оставаться весьма ограниченной, так как получены пока ' .лишь единичные экземпляр!,!, стоимость которых из-за уникальности тсхі голої нчсскі їх процессов их изготовления огромна н говорить о аироком внедрении таких ОУ в различные радио технические устройства, в том числе л в активные фильтры (АФ), пока рано.
Таким образом, на сегодняшний день верхний частотный предел реализации голосовых АФ на основе ОУ составляет 10...20 МГц (при высокой пх стоимости). Очевидно, что в ближайшие годы можно ожидать появление АФ на ОУ на ' істоти до 10...40 МГц, однако ич широкое внедрение но многих радиотехнических устройствах іудег крайне оіраііпчено по причинам, изложенным вьчне.
И диапазоне частот от 300 Ml и. и выше н настоящее время существует множество азличных эффективных способов селекции, которые во многом уДОІПСПіОрЯІОТ ребоваїшям микроминиатюризации. Это прежде всего связано с тем, что ча отих астотах электрическая, длина резонирующих элементов имеет сравнительно
)
небольшие размеры, что позволяет изіотовіггь как объемные резонаторы, тек и поверхностные, т.е. помыленные структуры в пиле законченного функционального учла, совместимого с гсхііслопієі; ішоіов.ієния гибридных микросхем. Кроме этого, в рассматриваемом дипгазопе часі от находят применение фильтры на основе одиночных пли лііііепіюкасклдіїропаїших обобщенных преобразователей иммиганса (ОНИ), для которых ii настоящее время разработаны соответствующие методы анализа и синтеза определенных сіру;;гур, созданы практические схемы, реализующие различные по добротности и избирательности ЛЧХ (Работы И.Л.Фндипюка, B.C. Осадчук).
В диапазоне частот 10....$00 МГц нз всех типов фильтров, имеющих потенциалы!} ю возможность микрозлектрошют исполнения, используются селективные устроіістм па поверхностных акустических иолмах (ГІЛВ) (фундаментальные работы d этом направлении доктора технических наук С.С. Карийского) или на обвемных акустических волнах (ОЛБ). а также на основе р-п-р-п структур или их эквивалентов (негатронов). В ближайшие годы ожидаются дальнейшее совершенствование акустоэлекгронных фильтров, разработка их на более высокие частоты н широкое внедрение в современную радиоэлектронную аппаратуру (РЭА). Однако при этом вряд ли удастся избежать тех недостатков,; которые вытекают из самого принципа построения данного класса фильтров, а именно: невозможность изменения в широких пределах основных характеристик (полосы пропускания, резонансной частоты), что необходимо, при построении адаптивных радиотехнических систем; большое затухание в полосе пропускання; емкостный характер входного и выходного нмпедансов, что приводит к необходимости в согласующих [індуктивностях при пост роении широкополосных фильтров.
В связи с утіш в диапазоне частот от 10 до 300 МГц актуальна проблема разрабоїкн ЛФ, которые были бы в значительной, мере свободны от недостатков, присущих фильтрам на ПАВ и негатронах и пригодных для интегрального исполнения.
Цель рпоогы - разработка высокосгабильных и серийно-способных АФ различного назначения для диапазона частот 10...300 МГц. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать концепцию построения АФ ВЧ диапазона па основе нереіулярпого
(кОЛЬЦеИОЮ) -Ч1ЄД111ІЄ1ШЯ ОПИ.
2.. Ha основе разработанной іазтщсішни создать каталог ЛФ различного назначения.
-
Исследовать вопросы )стоГічиі;огпі разрабоїашшх ВЧ ЛФ, возможности перестройки резонансной часіош, регулировки полссы пропускания, оффекта амплитудпо-ф.'.зовоП конверсии.
-
Пронес пі статистические испытании раїрр.боглпшлх ЛФ с пелео выявления возможности UN применения а серііі'шо-('піч-о5"'ой аппаратуре.
5. Исследовать возможность каскадирования звеньев ЛФ длл получения
требуемой формы ЛЧХн повышения іьбираіедьностн.
-
Исследовал, вопросы температурной стабильности разработанных ЛФ.
-
Разработать методику расчета ВЧ ЛФ па основе нерегулярного (ь-одык'ною) соединения ОНИ, сос'ізшпь проіраммм машинного ргсчгта их основных пг.рамеїров.
-
Произвести сравниiC'ibiiNio оценку разработанных ВЧ ЛФ и дан, рекомендации по пх прлкти .некому применению.
іМсгодм нсслетнпаннп. В диссертации приведены результаты теореіичесюи и экспериментальных исследования, полеченные с использованием меюдои теории тлдиоте.чническнх целей и анналов, матричною метода анализа радиоэлектронных :хем, теории обобщенных преобразователен пммитапса, теории функции комплексного іерсмснного, теории вероятности и случайных процессов, математической статистки. Нпучііяя mwiniiii. Пошлмії являю'ся следующие результаты диссертационной >аботы:
! ' !. Определена возможность использования. ОПТ! на тр;..,зпстора\ для создания ысокостаби.п.ны.ч и ссрнйпо-способних ЛФ для диапазона час юг 10. ...100 МГц и нтегралыюм исполнении.
2. Полуїсньї вырал.тпня для входной и выходной проводимое і ей OJII! па нно.тяршл.ч и полевых транзисторах [схемы включения общая база (0*>). общий зллсктор (ОК), общий эмиттер (ОЭ), общин негок (ОИ), обіш'іі с;оч' (ОС), общий it вер (03)] при различном характере (активном, емкосгпоч, пндули.шом) пмнтаьсов наїрузкп и генератора. Приведены і рафики, оірлжаюіцпе поведение годной и выходной нроводнмоетсн в диапазоне чзеог (0,01...1) fr при цоюпеннп :жима работы по постоянному току и величины преобразуемою н.ммитанса. Ih новации полученных данных составлена таблица преобразований, позволяющая
достаточно просто и качествсшю оценить велігчину и характер преобразованного иммігганса.
3. Впервые рассмотрен вопрос применения местных обраыых связей в ОПИ по
схеме с ОК. Получены выражения .для действительной и мнимой части выходной
проводимости такого ОПИ при различном характере проводимости цепи обратной
связи. Показана гажпость данного преобразования для процесса управления
основными характеристиками АФ на основе ОНИ.
4. Впервые разработаны и всесторонне исследованы ВЧ АФ на основе
нерегулярного (кольцевого) соединения ОПИ на биполярных транзисторах, в том
числе:
. взаимные ВЧ АФ;
высокодобротпые невзаимпыг ВЧ АФ;
- широкополосные ВЧ АФ с высокой избирательностью,
4. Разработана методика расчета АФ на основе кольцевых структур ОПИ.
ТТрактическря ценность диссертационной работы заключается в следующем:
1, Составлены многоуровневые таблицы преобразований разнообразных входных
и выходных иммнтаисов, с помощью которых возможен быстрый синтез АФ на основе
ОПИ.
2. С учетом теоретических результатов разработаны АФ на основе кольцевой
структуры ОПИ различного класса и назначения: взаимные и невзаимные
высокодобротные АФ с возможностью перестройки резонансной частоты в широком
диапазоне частот; широкополосные ВЧ АФ с высокой избирательностью и
линейностью ФЧХ в полосе пррпускаиия, с возможностью регулировки формы АЧХ и
полосы пропускания. Всесторонние экспериментальные исследования данных АФ, з
том числе и статистические, показали, ч о они могут найти широкое применение в
РЭА различного назначения.
Реализации и внедрение резулыаюв исследований. '
1. В РТИ АН им. академика А.Л. Минца (П/я Г-4097) результаты диссертационной работы внедрены в ІПКЖР при разработке макетного образца аналогово"! части блока квадратурного разложения сигнала с высокой межкаиалыюй идентичностью параметров.
2. В Департаменте информатизации и связи МИС при разработке методов и средств периодической калибровки мобильного измерительного комплекса «МИКЛР».
Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на следующих семинарах и конференциях:
1.XYI Всесоюзная научно-техническая конференция, Лсншнуїад, 1988.
2. Всесоюзная научно-техническая конференция «Развитие и внедрение новой
техники радиоприемных устройств», Горький, 1989 г.
3. ВсссоїОіная научно-техническая конференция «Современные проблемы
фазоизмерител.ьной техники н ее применение», Красноярск, 1989 г.
4. XII регноналыю-реагубликаискли семинар «Элементы приємно усилительных
устройств», Таганрог, 1989 г.
5. Реыопалыш научно-техническая конференция «Системы и устройства
радиолокации, связи и управления», Свердловск, 1990 г.
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 печатная работа, в том- числе 5 авторских свидетельств СССР и 1 патент Российской Федерации,
Структура н обт.см дисеертянни. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, бнблиоірафический список из 75 наименований. Работа содержит 239 е., в том числе 145 с. основного текста с 97 рисунками и 34 таблицами, 29 с. приложений.
Основные положения. пмногиМыеиа защиту;
1. Возможности использования ОПИ на полевых и биполярных транзисторах в
АФ в днзпазоис частот 10... 300 МГц.
-
Способ эффективного управления процессом преобразования л ОПИ с помощью цепи впеншей обратной связи.
-
Метод реализации взаимных н невзанмиых ВЧ АФ с высокими характеристиками па основе кольцевых структур ОПИ.
