ФИЛЬТРЫ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ ДЛЯ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ GLONASS, GPS, GALILEO 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Список использованных сокращений

1. Назначение фильтров на ПАВ для аппаратуры навигационных систем

2. Фильтры на ПАВ для аппаратуры GLONASS-GPS коммерческого назначения с информационной полосой BW1=13-16 МГц

2.1. Фильтры на ПАВ для промежуточных частот аппаратуры GLONASS-GPS с информационной полосой BW1=13-16 МГц

2.2. Фильтры на ПАВ для несущих частот аппаратуры GLONASS-GPS с информационной полосой BW1=13-16 МГц

3. Фильтры на ПАВ для профессиональной аппаратуры GLONASS-GPS-GALILEO с информационной полосой BW1=20 МГц

3.1. Фильтры на ПАВ для промежуточных частот аппаратуры GLONASS-GPS с информационной полосой BW1=20 МГц

3.2. Фильтры на ПАВ для несущих частот аппаратуры GLONASS-GPS-GALILEO с информационной полосой BW1=20 МГц; . Фильтры в миниатюрных корпусах с монтажом кристаллов по технологии Flip-Chip

4. Условия эксплуатации фильтров на ПАВ

5. Применение фильтров на ПАВ в аппаратуре ЗАО «КБ НАВИС»

Литература

Список использованных сокращений

F0 - номинальная частота (МГц);

BW - полоса пропускания (МГц);

BWP - полоса пропускания по заданному уровню (обычно -1 или -3 дБ);

BWR - полоса заграждения по заданному уровню (обычно - 40 дБ);

AR - пульсации амплитуды (дБ);

GDR - пульсации группового времени запаздывания (нсек);

IL - вносимые потери (дБ);

UR - гарантированное затухание в полосе заграждения (дБ);

TCF - температурный коэффициент частоты (ppm/°C).

1. НАЗНАЧЕНИЕ ФИЛЬТРОВ НА ПАВ ДЛЯ АППАРАТУРЫ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Представленные здесь фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) разработаны сотрудниками Московского НИИ Радиосвязи (МНИИРС) и Московского Технического Университета Связи и Информатики (МТУСИ) для различных российских потребителей в 2005-2011 г.г.

Фильтры на ПАВ предназначены для частотной селекции сигналов в наземных радиоприемных устройствах совмещенных навигационных систем ГЛОНАСС (GLONASS), GPS , GALILEO : для аппаратуры коммерческого назначения с информационной полосой BW=13-16 МГц и для профессиональной аппаратуры с информационной полосой BW=20 МГц.

По своему функциональному назначению разработанные фильтры на ПАВ можно разделить на три группы:

Границы диапазонов несущих частот для навигационных систем GLONASS , GPS , GALILEO определены международными соглашениями. Распределение диапазонов и информационных полос для систем GLONASS , GPS , GALILEO приведено на рис. 1.

Распределение диапазонов несущих частот систем GLONASS, GPS, GALILEO

Рис.1. Распределение диапазонов несущих частот навигационных систем GLONASS (GLN L1- GLN L5) , GPS (GPS L1 –GPS L2) , GALILEO

Распределение частот и полос пропускания канальных и охватывающих СВЧ фильтров на ПАВ совпадает с распределением диапазонов несущих частот навигационных систем (рис. 1). С целью обеспечения неискажающей передачи сигналов в информационных полосах 13-16 МГц коммерческой и 20 МГц профессиональной аппаратуры, полосы пропускания фильтров на ПАВ расширены на величину температурных и технологических смещений их частот.

Типоразмеры  и частоты

По конструкционному исполнению и применению созданные фильтры на ПАВ делятся на следующие группы:

Следует отметить , что фильтры на ПАВ в миниатюрных корпусах CSSP 2,0х1,6х0,75 мм могут быть использованы и в качестве самостоятельных изделий для монтажа на поверхность печатных плат аппаратуры при условии наличия у потребителя высокого уровня технологических процессов сборки плат. По методу установки кристалла (пьезоэлемента) в корпус разработанные СВЧ фильтры на ПАВ делятся на два типа : фильтры с проволочными перемычками между кристаллом (пьезоэлементом) и корпусом (Рис. 3 а, б) и фильтры с объемными (шариковыми) перемычками между основанием корпуса и перевернутым кристаллом (Рис. 3 в, г, д – слайд 7).

Рис.2. Распределение частот и полос пропускания узкополосных канальных и широкополосных охватывающих фильтров на ПАВ :а- фильтры для диапазонов L2 , L3, L5 GLONASS-GPS; б- фильтры для диапазонов L1 GLONASS-GPS

Методы монтажа кристаллов фильтров на ПАВ в корпусе

а в
б г д

Рис. 3. Методы монтажа кристаллов (пьезоэлементов) фильтров на ПАВ в корпусе:

Преимущества фильтров на ПАВ с перевернутым кристаллом (Flip-Chip) в миниатюрных корпусах

Применение корпусированных фильтров на ПАВ с объемными перемычками и перевернутым кристаллом (Flip-Chip) вместо бескорпусных кристаллов (пьезоэлементов) с проволочными перемычками имеет ряд преимуществ:

2. ФИЛЬТРЫ НА ПАВ ДЛЯ АППАРАТУРЫ GLONASS-GPS КОММЕРЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛОСОЙ BW1=13-16

2.1. ФИЛЬТРЫ НА ПАВ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЧАСТОТ АППАРАТУРЫ GLONASS-GPS КОММЕРЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛОСОЙ BW1=13-16 МГц

Таблица 1 - Основные электрические параметры фильтров на ПАВ c информационной полосой 13-16 МГц для промежуточных частот (для вызова частотных характеристик нажмите на код фильтра)

Номина-льная  частота F0, МГц Код фильтра, частота/ полоса Полоса пропус-кания BWP, МГц Уровень полосы, дБ Вносимые потери, IL, дБ Пульсации АЧХ, AR, дБ Полоса загражд., МГц Уровень полосы загражд., BWR, dB Гарантиро-ванное затухание, UR, дБ Пульсации ГВЗ, GDR, нс Темпер. коэф. частоты, TCF, ppm/oC Тип и габариты корпуса, мм Нагрузки,
Ом
Применение
157,8 FP-489 158B17 16,5 1,0 11,5 0,4 24,0 40 40 18 -90 SMD 7,0x5,0x1,8 50+L1C1/50 GLONASS IF
303,0 FP-585 303В18 18,0 1,0 9,5 0,6 34,0 40 48 18 -68 SMD 5,0x5,0x1,8 50/50 GLONASS IF
306,0 FP-583 306В14 14,0 1,0 8,8 0,5 34,0 40 45 20 -68 SMD 5,0x5,0x1,8 50/50 GLONASS IF
330,0 FP-584 330В15 15,0 1,0 9,7 0,4 34,0 40 48 18 -68 SMD 5,0x5,0x1,8 50/50 GLONASS IF
331,0 FP-584A 331В14 14,4 1,0 8,7 0,9 31,4 40 45 25 -68 SMD 5,0x5,0x1,4 50/50 GLONASS IF

 

2.2.ФИЛЬТРЫ НА ПАВ ДЛЯ НЕСУЩИХ ЧАСТОТ АППАРАТУРЫ GLONASS-GPS-GALILEO КОММЕРЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛОСОЙ BW=13-16 МГц

Таблица 2 - Основные электрические параметры СВЧ канальных и охватывающих фильтров на ПАВ в корпусах SMD 3,0x3,0x1,4 мм для аппаратуры c полосой BW=13-16 МГц

Номинальная  частота F0, МГц Код фильтра, частота/ полоса Полоса пропус-кания BWP, МГц Уровень полосы, дБ Вносимые потери, IL, дБ Пульсации АЧХ, AR, дБ Полоса загражд., МГц Уровень полосы загражд., BWR, dB Гарантиро-ванное затухание, UR, дБ Пульсации ГВЗ, GDR, нс Темпер. коэф. частоты, TCF, ppm/oC Тип и габариты корпуса, мм Нагрузки,
Ом
Применение
1212,0 FP- 555 1212B48 48,0 1,0 2,0 0,4 106 40 52 10 -34,5 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L3+GPS L2
1216,0 FP-554 1216В53 57,0 1,0 2,8 0,2 210 40 48 8,0 -64 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L3+GPS L2
1237,0 FP-541 1237В44 44,0 1,0 2,0 0,5 86,4 40 50 14 -34,5 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L3+GPS L2
1247,0 FP-648 1247В22 22,0 1,0 2,4 1,0 66,7 40 50 10 -34 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L2
1575,5 FP-646 1575В16 16,0 1,0 2,6 0,2 75,0 40 45 10 -32 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GPS L1
1575,0 FP-613 1575В18 18,0 1,0 2,5 0,5 60,0 40 38 5,0 -32 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GPS L1
1590,0 FP-538 1590В56 56 1,0 2,5 0,6 134 40 50 7,0 -35 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L1+GPS L1
1592,5 FP-671 1592В43 43,0 1,0 1,1 0,8 81,0 30 35 12 -34 SMD 3,0x3,.0x1,4 50/50 GLONASS L1+GPS L1
1601,0 FP-647 1601В21 23,0 1,5 2,4 0,2 65,0 40 50 8,0 -32 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L1

 

3. ФИЛЬТРЫ НА ПАВ ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ GLONASS-GPS С ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛОСОЙ BW1=20 МГц

3.1. ФИЛЬТРЫ НА ПАВ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЧАСТОТ ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ GLONASS-GPS С ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛОСОЙ BW1=20 МГц

Таблица 3 - Основные электрические параметры разработанных фильтров на ПАВ для промежуточных частот c информационной полосой 20 МГц

Номинальная  частота F0, МГц Код фильтра, частота/ полоса Полоса пропус-кания BWP, МГц Уровень полосы, дБ Вносимые потери, IL, дБ Пульсации АЧХ, AR, дБ Полоса загражд., МГц Уровень полосы загражд., BWR, dB Гарантиро-ванное затухание, UR, дБ Пульсации ГВЗ, GDR, нс Темпер. коэф. частоты, TCF, ppm/oC Тип и габариты корпуса, мм Нагрузки,
Ом
Применение
71,8 FP- 494 71.8B21 21,7 1,0 17,3 0,6 27,4 40 43 25 -62 SMD 13,3x6,5x1,8 50/50 GLONASS IF
157,8 FP-073 157.8В20 20,6 1,0 19,8 0,5 27 40 55 23 -78 SMD 13,3x6,5x1,8 50/50 GLONASS IF
157,0 FP-121 157В23 24,4 1,0 21 0,5 32,5 40 55 23 -78 SMD 13,3x6,5x1,8 50/50 GLONASS IF
178,5 FP-519 178.5В23 23,0 1,0 19,2 0,3 30,9 50,0 55 26 -76 SMD 13,3x6,5x1,8 50/50 GLONASS IF
182,0 FP-122 182В24 23,8 1,0 18,2 0,4 31 40 52 20 -78 SMD 13,3x6,5x1,8 50/50 GLONASS IF
356,0 FP-491 356В22 22,0 1,0 9,8 0,5 40,2 40 45 20 -76 SMD 7,0x5,0x1,5 50/50 GLONASS IF

 

3.2. ФИЛЬТРЫ НА ПАВ ДЛЯ НЕСУЩИХ ЧАСТОТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ GLONASS-GPS-GALILEO С ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛОСОЙ BW1=20 МГц

Таблица 4 - Основные электрические параметры СВЧ канальных и охватывающих фильтров на ПАВ в корпусах SMD 3,0x3,0x1,4 мм для аппаратуры c полосой 20 МГц

Номинальная  частота F0, МГц Код фильтра, частота/ полоса Полоса пропус-кания BWP, МГц Уровень полосы, дБ Вносимые потери, IL, дБ Пульсации АЧХ, AR, дБ Полоса загражд., МГц Уровень полосы загражд., BWR, dB Гарантиро-ванное затухание, UR, дБ Пульсации ГВЗ, GDR, нс Темпер. коэф. частоты, TCF, ppm/oC Тип и габариты корпуса, мм Нагрузки,
Ом
Применение
1176,0 FP-5041 1176B20 30 1,0 3,3 0,4 60,0 30,0 42 10 -30 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L5
1202,0 FP-590 1202В20 32 1,0 2,75 0,5 77 40 43 6 -34 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L3
1225,0 FP-594 1225В70 79 2,0 2,97 1,3 264 40 40 9 -54 SMD 3,0x3,0x1,4 50+L1/50+L2 GLONASS L2+GLONASS L3
1227,0 FP-591 1227В20 33 1,0 2,73 0,3 74 40 44 9 -41 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GPS L2
1237,0 FP-593 1237В45 46 1,0 2,4 1,0 106 40 42 8 -33,5 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L2+GPS L2
1248,0 FP-691 1248В20 23,6 1,0 1,75 1,0 61 40 44 9 -32 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L2
1575,0 FP-692 1575В16 24 1,0 2,62 0,4 74 40 42 9 -31 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GPS L1
1587,0 FP-592 1587В51 58 1,0 2,6 0,6 128 40 42 9 -37 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L1+GPS L1
1600,0 FP-690 1600В20 28 1,0 2,14 0,3 80 40 45 8 -32 SMD 3,0x3,0x1,4 50/50 GLONASS L1

 

3.2. (продолжение) Фильтры для несущих частот профессиональной аппаратуры GLONASS-GPS с информационной полосой BW1=20 МГц в миниатюрных корпусах с монтажом кристаллов по технологии Flip-Chip

Таблица 4 (продолжение) - Основные электрические параметры СВЧ канальных и охватывающих фильтров на ПАВ в миниатюрных корпусах 2,0x1,5x0,75 мм для аппаратуры c информационной полосой 20 МГц

Номинальная  частота F0, МГц Код фильтра, частота/ полоса Полоса пропус-кания BWP, МГц Уровень полосы, дБ Вносимые потери, IL, дБ Пульсации АЧХ, AR, дБ Полоса загражд., МГц Уровень полосы загражд., BWR, dB Гарантиро-ванное затухание, UR, дБ Пульсации ГВЗ, GDR, нс Темпер. коэф. частоты, TCF, ppm/oC Тип и габариты корпуса, мм Нагрузки,
Ом
Применение
1202,0 FP- 5022 1202B20 33 1,0 2,2 0,4 73 35 38 6 -36,5 SMD 2,0x1,6x0,75 50/50 GLONASS L3
1225,0 FP-5026 1225В70 73,5 2,0 3,2 2,3 264 40 43 9 -54 SMD 2,0x1,6x0,75 50+L1/50+L2 GLONASS L2+GLONASS L3
1227,0 FP-5023 1227В20 33 1,0 2,1 0,3 74 35 39 8 -36 SMD 2,0x1,6x0,75 50/50 GPS L2
1237,0 FP-5025 1237В45 42 1,0 2,1 1,2 94 35 37 17 -34 SMD 2,0x1,6x0,75 50/50 GLONASS L3+GPS L2
1248,0 FP-5021 1248В20 34 1,0 2,1 0,4 75 35 37 4 -35 SMD 2,0x1,6x0,75 50/50 GLONASS L2
1575,0 FP-6013 1575В16 36 1,0 1,0 0,2 82 35 38 8 -37 SMD 2,0x1,6x0,75 50/50 GPS L1
1587,0 FP-5024 1587В51 62 2,0 2,8 1,0 123 35 36 8 -32 SMD 2,0x1,6x0,75 50/50 GLONASS L1+GPS L1
1600,0 FP-6012 1600В20 32 1,0 0,9 0,6 82 35 37 4 -34 SMD 2,0x1,6x0,75 50/50 GLONASS L1

Примечание: Все перечисленные выше фильтры, кроме ФП-010 210В27 МГц, ФП-122 182В24 МГц, ФП-491 356В22 МГц, освоены в серийном производстве (партии до 100 тысяч штук). Фильтры ФП-010 210В27 МГц, ФП-122 182В24 МГц, ФП-491 356В22 МГц могут поставляться мелкими партиями по 100-500 штук. Поставки фильтров осуществляются как с приемкой ОТК , так и приемкой ВП.

4. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФИЛЬТРОВ НА ПАВ

Таблица 5 – Стойкость фильтров на ПАВ к воздействию внешних механических и климатических факторов

№ п/п Наименование внешнего воздействующего фактора (ВВФ) Значение воздействующего фактора
Механические факторы:
1 Синусоидальная вибрация (вибропрочность):
- диапазон частот, Гц
- амплитуда ускорения, м/сек2 (g)

20-2000
200 (20)
2 Механический удар одиночного действия:
- пиковое ударное ускорение, g
- длительность воздействия, мс
- количество ударов

100
0,1 - 0,23
3
3 Предельно возможная стойкость к воздействию механических ударных нагрузок, м/сек2 (g) 5000
(до 500g)
Климатические факторы:
4 Повышенная температура среды:
- максимальное значение при эксплуатации, °С;
- максимальное значение при транспортировании и хранении, °С

+ 85
+ 125
5 Пониженная температура среды:
- минимальное значение при эксплуатации, °С
- минимальное значение при транспортировании и хранении, °С

- 60
- 60
6 Циклическое изменение температуры среды:
- диапазон изменения температуры среды, °С, три цикла
+125
- 60
7 Повышенная влажность воздуха:
- относительная влажность при температуре плюс 35 °С, %
98
8 Пониженное атмосферное давление:
- минимальное значение давления окружающей среды, Па (мм рт. ст.)
670(5)

 

5.ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФИЛЬТРОВ НА ПАВ В АППАРАТУРЕ ЗАО «КБ НАВИС»

Рис. 4. Применение фильтров на ПАВ в микросборках, интегральных модулях (а, б, в) и блоках (г) навигационных радиоприемников: а - СБИС радиоприемного устройства помехозащищенная; б -микросборка приемоусилительная помехоустойчивая; в - микросборка радиочастотная; г - блок многочастотного радиоприемника.

Литература

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова.- М.: Радиотехника, 2010 г., 800 стр.

2. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС/Под ред. В.А. Болдина, А.И. Перова, В.Н. Харисова.-М.: ИПРЖР, 1998.

3. V.B. Chvetz, P.G. Ivanov, V.M. Makarov, V.S. Orlov, "Wideband low-loss SAW filters for telecommunication and mobile radio applications". IEEE Ultrasonics Symp. Proc., 1996, p.61-64.

4. A.N.Rusakov, V.S.Orlov, B.Chao and V.Lee, "Application of Modified P-Matrix Model to the Simulation of Radio Frequency LSAW Filters", IEEE 2001 Ultrasonics Symposium Proc., pp.7-11.

5. V.S.Orlov, A.L.Schwartz, V.B.Chvets, E.I. Fedorov and A.O.Kustova, "Design of High Selectivity Low-Loss Ladder Filters", IEEE 2004 Ultrasonics Symposium Proc., pp.56-60.

6. Данилов А.Л., Иванов П.Г., Макаров В.М., Орлов В.С., Швец В.Б., "Фильтр на поверхностных акустических волнах с квази-веерными преобразователями". Патент России НО3Н9/145 №2151019. Приоритет от 12 октября 1999 г.

7. V.B.Chvets, V.S.Orlov, A.N. Rusakov, "Development of Low-Loss SAW Filters Based on Quasi-Slanted SPUDTs”, IEEE 2000 Ultrasonics Symposium Proc., pp. 75-78.

8. V.B. Chvets, P.G. Ivanov, V.M. Makarov, V.S. Orlov, "Low-Loss Slanted SAW Filters With Low Shape-Factor", IEEE 1999 Ultrasonics Symposium Proc., pp.51-54.

9. Швец В.Б., Орлов В.С., Макаров В.М.,"Однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн". Патент России НО3Н 9/00, 9/145 №2117383. Приоритет от 24 сентября 1997 г.

10. Туркин И.А., Сокольский В.В., "Высокочастотные контактно-измерительные приспособления - контроль частотных характеристик ПАВ-фильтров". Электроника НТБ №1, РИЦ «Техносфера», ISSN 1992-4178, 2012, стр. 44-50.

11. Киселев С.В., Федоров Е.И., Орлов В.С., "Применение многополосковых ответвителей для улучшения избирательности фильтров на поверхностных акустических волнах". Сборник докладов VIII конференции "Радиолокация, навигация, связь". Воронеж, 2002 г., стр. 141-149.