УСТРОЙСТВО НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ Российский патент 1995 года по МПК H03H9/64 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигналов систем телевидения и связи.

Известно устройство на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащее расположенные на рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки в одном акустическом канале входной встречно-штыревой преобразователь (ВШП), выходной ВШП и размещенный между ними пленочный электростатический экран. Для уменьшения отражений от границ электростатического экрана, приводящих к существенным искажениям электрических характеристик устройства, в электростатическом экране выполнена ступенька длиной в четверть длины ПАВ на центральной частоте полосы пропускания.

Недостатком этого устройства является то, что компенсация отражений ПАВ от электростатического экрана происходит только на одной частоте. Кроме того, не устраняются отражения ПАВ от границ ВШП.

Известно также принятое за прототип устройство на ПАВ, содержащее расположенные на рабочей грани пьезоэлектрической подложки в одном акустическом канале входной ВШП, выходной ВШП, один из которых выполнен аподизованным, а также размещенный между ними пленочный электростатический экран, выполненный в форме параллелограмма, боковые параллельные стороны которого расположены под углом к направлению распространения ПАВ. Данное устройство позволяет уменьшить отражения ПАВ от края электростатического экрана в полосе пропускания устройства, выводя их за пределы апертуры акустического канала. Однако оно не решает проблемы устранения отражений ПАВ от краев ВШП, что приводит к искажению электрических характеристик устройства на ПАВ.

Задачей изобретения является создание устройства на ПАВ, обеспечивающего достижение технического результата, заключающегося в улучшении электрических характеристик устройства на ПАВ, за счет снижения искажений, вызванных отражениями ПАВ от краев электростатических экранов и преобразователей ПАВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве на ПАВ, содержащем пьезоэлектрическую подложку, на рабочей грани которой в одном акустическом канале размещены входной и выходной преобразователи ПАВ, по меньшей мере, один из которых выполнен аподизованным, а также расположенный между входным и выходным преобразователями ПАВ пленочный электростатический экран, поперечные кромки которого, пересекающие апертуру акустического канала, не перпендикулярны направлению распространения ПАВ, а продольные кромки параллельны направлению распространения ПАВ, аподизованный преобразователь ПАВ выполнен в виде двух сплошных пленочных электродов, разделенных зазором постоянной ширины в виде меандра, высоты образующих которого выбраны пропорциональными заданным отсчетам импульсной характеристики, а ширина зазора выбрана из условия
d , где d ширина зазора, м;
λ- длина ПАВ по центральной частоте полосы пропускания, м; а поперечные кромки пленочного электростатического экрана выполнены непараллельными одна другой, при этом поперечные кромки пленочного электростатического экрана и ближайшая к нему кромка двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ выполнены с кривизной, выбранной из условия, что угол между касательной к любой точке этих кривых и нормалью к направлению распространения ПАВ в этой точке удовлетворяет неравенству
arctg <α_1,2,3<45^°, где α_1,2,3 угол между касательной в любой точке соответственно первой, второй поперечных кромок пленочного электростатического экрана и ближайшей к нему кромки двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ и нормалью к направлению распространения ПАВ в этой точке, м;
W апертура акустического канала, м;
причем форма ближайшей к пленочному электростатическому экрану кромки двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ выбрана из условия равенства суммарных протяженностей участков металлизации по апертуре акустического канала от начала пленочного электростатического экрана до координаты двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ, соответствующей максимуму его импульсной характеристики.

Вышеуказанное выполнение аподизованного преобразователя ПАВ и согласованный с таким выполнением выбор формы пленочного электростатического экрана обуславливают преимущества изобретения в сравнении с известными устройствами на ПАВ.

Во-первых, значительно снижается влияние отражений ПАВ от краев как электростатических экранов, так и преобразователей ПАВ, что обеспечивает улучшение электрических характеристик устройства на ПАВ, в том числе снижение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе пропускания и улучшение подавления внеполосных сигналов, а также уменьшение отклонений других электрических характеристик (фазочастотной, импульсной, группового времени замедления (ГВЗ) от заданных их значений.

Во-вторых, изобретение обеспечивает улучшение волноводности устройства на ПАВ, что связано с увеличением степени металлизации пьезоэлектрической подложки и, следовательно, с повышением качества волноводного тракта распространения ПАВ, заключающимся в увеличении степени локализации передаваемой энергии полезного сигнала и уменьшении его дифракции.

В-третьих, существенно повышается технологичность устройства на ПАВ в целом, смягчая требования к точности и качеству изготовления преобразователя ПАВ.

Изобретение охватывает собой множество различных геометрических форм электростатических экранов и двухэлектродных аподизованных преобразователей. Они могут быть выполнены в форме прямолинейных и криволинейных трапеций, различных их комбинаций, могут быть ограничены отрезками прямых линий, участками кривых линий определенной кривизны. Единственными критериями, на базе которых в изобретении сделано обобщение различных возможных форм выполнения электростатического экрана и двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ, являются, во-первых, равенство суммарных протяженностей металлизации на определенном выше участке акустического канала, а, во-вторых, определенная кривизна и ориентация кромок, ограничивающих экран и соседнюю с ним краевую область двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ, задаваемые углом между касательной к любой точке этих кромок и нормалью к направлению распространения ПАВ в этой точке.

На фиг.1-3 представлены три варианта выполнения устройства на ПАВ в соответствии с изобретением; на фиг.4 АЧХ устройства на ПАВ, выполненного в соответствии с изобретением, и его характеристика ГВЗ.

Согласно фиг.1, устройство на ПАВ содержит пьезоэлектрическую подложку, на рабочей грани 1 которой размещены последовательно в одном акустическом канале входной преобразователь ПАВ 2, выполненный в виде ВШП, заземленный пленочный электростатический экран 3 и выходной преобразователь ПАВ 4, выполненный в виде двух сплошных пленочных электродов 5, 6, разделенных зазором 7 постоянной ширины в виде меандра, высоты образующих которого выбраны пропорциональными заданным отсчетам импульсной характеристики, а ширина d зазора 7 выбрана из условия d . Продольные кромки 8, 9 электростатического экрана 3 параллельны направлению распространения ПАВ, а его поперечные кромки 10, 11, пересекающие акустический канал, непараллельны между собой и непараллельны ближайшей кромке 12 двухэлектродного аподизованного преобразователя 4. Кромки 10, 11, 12 выполнены с кривизной, выбранной из условия, что углы α₁,α₂,α₃ между касательной в любой соответствующей точке из кривых, описывающих кромки 10, 11, 12, и нормалью к направлению распространения ПАВ в соответствующей точке удовлетворяют неравенству
arctg <α_1,2,3<45 ^°, причем при задании формы кромок 10, 11 экрана 3 форма кромки 12 двухэлектродного аподизованного преобразователя 4 определяется из условия равенства суммарных протяженностей участков металлизации по апертуре акустического канала от начала экрана 3 (координата а) до координаты максимума импульсной характеристики двухэлектродного аподизованного преобразователя 4 (координата В).

Показанные на фиг.2, 3 примеры выполнения устройства на ПАВ отличаются от описанного со ссылками на фиг.1 устройства лишь формой электростатического экрана 3 и формой ближайшей к нему кромки выходного двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ 4.

В этих примерах электростатический экран 3 выполнен в виде двух равнобедренных (в общем случае криволинейных) трапеций, соединенных своими большими (фиг. 2) или меньшими (фиг.3) основаниями. При этом поперечные кромки 10, 11 экрана 3 образованы зеркально симметричными относительно продольной оси боковыми сторонами трапеций. А ближайшая к экрану 3 кромка 12 двухэлектродного аподизованного преобразователя 4 также образована двумя в общем случае криволинейными отрезками, зеркально симметричными относительно продольной оси, касательные в каждой точке которых образуют с нормалью к направлению распространения ПАВ в этой точке угол 2 величина которого в два раза превышает величину угла между касательной в любой точке кромки экрана 3 и нормалью к направлению распространения ПАВ в этой точке и определяется из аналогичного вышеприведенному соотношения
arctg <2<45^°.

Устройство на ПАВ работает следующим образом.

При подаче электрического сигнала на входной ВШП 2 ПАВ распространяется в направлении выходного двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ 4. Расположенный между преобразователями 2, 4 пленочный электростатический экран 3 устраняет емкостную связь между ними и одновременно существенно снижает влияние отражений ПАВ от кромок экрана 3 благодаря описанной выше форме его выполнения. Аналогичным образом снижается и влияние отражений ПАВ от кромки 12 выходного двухэлектродного аподизованного преобразователя 4. Преобразователь 4 преобразует пришедшую ПАВ в электрический сигнал, снимаемый с его выходных клемм. При этом в межэлектродном зазоре 7 из-за пьезоэлектрического эффекта возникает разность потенциалов, пропорциональная амплитуде падающей ПАВ. Амплитуды ПАВ, принимаемых двухэлектродным аподизованным преобразователем ПАВ 4, на интервале между двумя заданными отсчетами импульсной характеристики пропорциональны разности этих отсчетов, как это имеет место в обычном ВШП. Выбор ширины d зазора 7 равной
d обеспечивает высокую эффективность преобразования при минимуме переотражений ПАВ в направлении ВШП 2, вследствие рассеяния их от краев зазора 7. При этом правый предел в приведенном неравенстве определяется теоретическим предельным значением ширины межэлектродного зазора, обеспечивающим требуемый характер рассеяния в нем ПАВ, а левый предел определяется технологическими возможностями изготовления преобразователя 4.

Указанное выше определение преобразователей 2, 4 соответственно как входного и выходного (т.е. как передающего и приемного) не является однозначно необходимым в силу справедливости принципа взаимности для преобразователей ПАВ, и выбрано лишь для описания функционирования устройства. Преобразователи 2, 4 могут быть также определены как выходной и входной соответственно.

Описанный принцип работы устройства на ПАВ является общим для всех показанных на фиг.1-3 примеров выполнения.

На фиг. 4 иллюстрируется АЧХ 13 и характеристика ГВЗ 14 устройства на ПАВ, выполненного в соответствии с изобретением, на примере экспериментальных характеристик телевизионного фильтра на стандарт B/G-D/K (показаны сплошной линией). Для сравнения представлены также соответствующие характеристики (пунктирные линии) обычной конструкции, содержащей входной ВШП и аподизованный выходной ВШП.

Полученные результаты показывают, что изобретение обеспечивает уменьшение искажений АЧХ, особенно в полосе пропускания, улучшение подавления внеполосных сигналов и существенное снижение искажений характеристики ГВЗ.

Использование: в радиотехнике, а именно в устройствах частотной селекции радиосигналов систем телевидения и связи. Сущность изобретения: на рабочей грани 1 пьезоэлектрической подложки в общем акустическом канале размещены входной встречно-штыревой преобразователь 2, электростатический экран 3 и выходной аподизованный преобразователь 4, выполненный в виде сплошных пленочных электродов 5, 6, разделенных зазором 7 постоянной ширины в виде меандра, высоты образующих которого выбраны пропорциональными заданным отсчетам импульсной характеристики. Взаимно непараллельные поперечные кромки 10, 11 экрана 3 и ближайшая к нему кромка 12 преобразователя 4 имеют кривизну, выбранную из условия, что угол α_1,2,3 между касательной в любой точке этих кривых и нормалью к направлению распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) в этой точке удовлетворяет неравенству arctg α/2W<α_1,2,3<45^°, где α длина ПАВ на центральной частоте, W апертура акустического канала. Причем форма кромки 12 двухэлектродного аподизованного преобразователя 4 выбрана из условия равенства суммарных протяженностей участков металлизации по апертуре акустического канала на участке от начала электростатического экрана 3 до координаты двухэлектродного аподизованного преобразователя 4, соответствующей максимуму его импульсной характеристики. Технический результат заключается в улучшении электрических характеристик устройства на ПАВ за счет снижения искажений, вызванных отраженными ПАВ от краев электростатического экрана и преобразователя ПАВ. 4 ил.

УСТРОЙСТВО НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ, содержащее пьезоэлектрическую подложку, на рабочей грани которой в одном акустическом канале размещены входной и выходной преобразователи поверхностных акустических волн (ПАВ), по меньшей мере один из которых выполнен аподизованным, а также расположенный между входным и выходным преобразователями ПАВ пленочный электростатический экран, поперечные кромки которого, пересекающие апертуру акустического канала, не перпендикулярны направлению распространения ПАВ, а продольные кромки параллельны направлению распространения ПАВ, отличающееся тем, что аподизованный преобразователь ПАВ выполнен в виде двух сплошных пленочных электродов, разделенных зазором постоянной ширины в виде меандра, высоты образующих которого выбраны пропорциональными заданным отсчетам импульсной характеристики, а ширина зазора выбрана из условия

где d ширина зазора, м;
λ длина ПАВ на центральной частоте полосы пропускания, м;
а поперечные кромки пленочного электростатического экрана выполнены непараллельными одна другой, при этом поперечные кромки пленочного электростатического экрана и ближайшая к нему кромка двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ выполнены с кривизной, выбранной из условия, что угол между касательной в любой точке этих кривых и нормалью к направлению распространения ПАВ в этой точке удовлетворяет неравенству

где α_1,2,3 угол между касательной в любой точке соответственно первой, второй поперечных кромок пленочного электростатического экрана и ближайшей к нему кромки двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ и нормалью к направлению распространения ПАВ в этой точке, м;
W апертура акустического канала, м;
причем форма ближайшей к пленочному электростатическому экрану кромки двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ выбрана из условия равенства суммарных протяженностей участков металлизации по апертуре акустического канала от начала пленочного электростатического экрана до координаты двухэлектродного аподизованного преобразователя ПАВ, соответствующей максимуму его импульсной характеристики.