Преобразователь поверхностных акустических волн Советский патент 1983 года по МПК H03H9/145 H03H9/42 H03H9/64 

Изобретение относится к радиоэлек тронике и может использоваться в уст ройствах обработки сигналов на поверхностных акустических волнах(ПАВ Известен преобразователь ПАВ, содержащий звукопровод и размещенную на его поверхности встречно-штыревую электродную структуру с перекрытием электродов, при этом в контактных площадках выполнены выемки, в которые входят концы штыревых электродов, что обеспечивает емкостное взве шивание Недостатком этого преобразователя является сложность расчета и наличие дифракционных эффектов на концах электродов, входящих в выемки малой глубины, что искажает амплитудночастотную характеристику (АЧХ). Известен также преобразователь ПАВ, содержащий размещенные на звукопроводе первую и вторую контактные площадки, основной ряд штыревых электродов, состоявши из первой груп пы электродов, гальванически соединенных с первой контактной площад-кой, и второй группы электродов, перекрывающихся с электродами первой группы и расположенных между ними, и .по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и второй группы электродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие электродов первой и второй групп во вспомогательном ряду выполнено неравномерньий t 2 . Формирование АЧХ этого преобразователя также осуществляется путем и менения величин емкостей вдоль его оси в соответствии с заданными ам-плитудами импульсного отклика преоб разователя. Основным недостатком преобразователя с емкостньм взвешиванием.являе ся сравнительно высокий уровень вносимых потерь энергии, что связано с большой величиной электрической добротности. Особенно сильно вносимде потери возрастают в преобразователях, имеющих широкую относительную полосу пропускания частот. Большая добротность таких преобразователей обусловлена связью через емкости каждой пары смежных электродо основного ряда с соответствующей ко тактной площадкой. Другим недостатком этого преобразователя является искажение АЧХ вследствие переотражений ПАВ на электродах, связанных с контактными .площадками через малые емкости. Вносимые потери и вели чины электрической добротности в оп санных преобразователях с емкостным взвешиванием могут быть уменьшены путем увеличения взвешивающих емкос тей, однако такой путь приводит к нежелательному увеличению размеров преобразователей и, соответственно, устройств, в которых они используются. Цель изобретения -,снижение вносимых потерь энергии преобразователя без увеличения его размеров и уменьшение искажений АЧХ. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь ПАВ, содержащий размещенные на звукопроводе первую и вторую контактные площадки, основной ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов, электрически соединенных с первой контактной площадкой, и второй группы электродов, перекрывающихся с электродами первой группы и расположенных между ними, и по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и второй группы электродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие электродов первой и второй групп во вспомогательном ряду выполнено неравномерным, содержит дополнительные электроды, гальванически соединенные со второй контактной площгщкой, перекрывающиеся с электродами первой группы основного ряда и рас-: положенные между ними на участке, координаты которого на продольной оси преобразователя соответствуют координатам участка импульсного от: клика с максимальными амплитудами, при этом электроды первой группы oqновного ряда, смежные с дополнительными электродами и образующие с ними пары,-расположенные на указан ном участке преобразователя, гальванически соединены с первой контактной площадкой. Причем в преобразователе электроды, гальванически соединенные со второй контактной площадкой, и смеж- ные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соединенные с первой контактной площадкой, могут быть выполнены с переменной шириной, изменяквдейся вдоль оси преоб|разователя в соответствии с заданными амлитудами его импульсного отклика . Кроме того, электроды, гальванически соединенные со второй контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соединенные с пе{)вой контактной площадкой, могут быть выполнены с переменными длинами пере ерыванмцихся участков, изменяющимися эдоль продольной оси преобразователя В соответствии с заданными амплитудами его импульсного отклика. На фиг. 1 приведена конструкция преобразователя с одним вспомогательным рядом электродов и импульсный отклик этого преобразователя; на фиг. 2 - вариант преобразователя с двумя вспомогательными рядами; на фиг. 3 - другой вариант преобразователя с двумя вспомогательными рядами Преобразователь содержит размещен ные на поверхности звукопровода 1 (фиг. 1) первую 2 и вторую 3 контактные площадки, основной ряд 4 шты ревых электродов, состоящий из перво группы электродов 5 и второй группы электродов б, перекрывающихся с элек тродами 5 первой группы и расположен ных между ними. Электроды 5 Первой группы гальванически соединены с пер вой контактной площадкой 2, а электроды 6 второй группы связаны со второй контактной площадкой 3 через взвешивающие емкости. Эти емкости об разованы с помощью вспомогательного ряда 7 первой группы электродов 8, гальванически соединённых со второй контактной площадкой 3, и второй группы электродов 9, перекрывающихся с электродами 8, расположенных между ними и гальванически соединенных с соответствующими электродами б второй группы основного ряда 4. Вели чины вэвешиваквдйх емкостей прямо про порциональны длинам перекрывающихся участков электродов 8 и 9 вспомогательного ряда 7. Преобразователь содержит дополнительный электрод 10, гальванически соединенный перемычкой 11 со второй контактной плсяцадкой 3, перекрывающийся с электродами 5 первой группы основного ряда 4 и расположенный между ними. Для поясне ния места расположения электрода 10 по длине преобразователя на фиг. 1 приведена продольная ось х„ последнего, на которой координаты х и-х,, соответствуют положению центров зазоров между электродом 10 и смежными с ним электродами 5 первой груп- пы основного ряда 4,координаты x X;J-, . ..., XJJ,-XM соответствуют положению центров зазоров между остальаьлли электродами 5 первой группы и смежными с ними электродами 6 второй ГР5ГППЫ. Ниже приведен импульсный отклик преобразователя/ на временной оси tj, которого координаты t ., tn соответствуют . координатам х ,-х , , ..., x, Хц на продольной оси х, преобразователя. Координаты точек на продольной оси XY преобразователя и на временной оси t y его импульсного отклика связаны между собой соотношением Xy,, где V - скорость распространения ПАВ в материале звукопровода 1. Координаты ,-t, tif-tj,... характеризуют положение амплитуд А у-А , А2,-Aj, ... ,Ajj,-А импульсного отклика вдоль временной оси tf,, соответствующих амплитудам ПАВ, возбуждаемых в звукопроводе 1 парами смежных электродов основного ряда 4, образующих межэлектродные зазоры с центрами в точках х. ,-х., . Z соответственно. Положение введенного, в преобразователь электрода 10, гальванически Связанного со второй контактной площадкой 3, на продольной оси х, преобразователя соответствует условию, согласно которому в центрах с координатами х и -х межэлектродных зазоров, образованных электродом 10 . со смежными электродами 5 первой группы, реализуются максимальные амплитуды импульсного отклика А и -А., В конструкции преобразователя, показанном на фиг. 1, в котором имеется один электрод 10, гальванически соединенный со второй контактной площадкой 3, ближайшие к нему электроды 6 второй группы целесообразно соединять с двумя или более электродами 9 вспомогательного ряда 7 перемычками 12. Такое соединение уменьшает длины перекрывающихся участков соответствующих электродов 9 и 8, необходимые для реализации вторых по величине амплитуд А и А импульсного отклика. Следующие амплитудаз импульсного отклика и т.д. при быстром их спаде могут быть реализованы при непосрюдственном соединении каждого электрода 6 второй группы Основного ряда 4 с одним электродом 9 вспомогательного ряда 7 без увеличения размеров преобразователя. Преобразователь ПАВ, показанный на фиг. 2, Отличается от описанного выше тем, что в него введено несколько электродов 13, гальванически соединенных со второй контактной площадкой 3. Эти электроды 13 расположены на участке преобразователя с координатами Xj,, -Xj,, соответствующими координатам участка импульсного отклика преобразователя, на которых расположены амплитуды с максимальными значениями. Электроды,14 первой группы основного ряда 4 преобразователя, смежные с введенными электродами 13 и образующие с ними пары, расположенные на указанном участке преобразователя с координатами х,,-х ц, гальванически соединены с первой контактной площадкой 2. ОстальнЕде электроды 15 первой групы связаны с контактной площадкой 2 через взвешиванмцие емкости. Эти мкости образованы вторым вспомоательным рядом 16 электродов 17, альванически соединенных с первой онтактной площадкой 2, и электродов| 8, гальванически соединенных с соответствующими электродами 15 первой группы. Электроды 13 и 14, гальванически соединенные с контактными площадками 3 и 2 соответственно, выполнены..с переменной шириной О., изменяющейся вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с-заданными амплитудами на соответствующем участке его импульсного отклика. Изменение ширины СЗ электродов эквивалентно пропорциональному изменению ме сэлектродной емкости пар электродов 13 и 14. Максимальную ширину а имеет пара электродов 13 и 14, расположенная в центральной части указанного участка. Ширина а остальных электродов уменьшается к краям этого участка.

В преобразователе, показанном на фиг. 3, электроды 19, гальванически соединенные с контактной площадкой 3, и смежные с ними электроды 20 первой группы, гальванически соединенные с контактной площадкой 2, выполнены с переменными длинами перекрывающихся участков, изменяющимися вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с заданными ам-плитудами на соответствующем участке его импульсного отклика.Электроды 19 и 20,а также остальные электроды 21 и 22 основного ряда выполнены расщепленными.При -этом электроды 21 первой группы гальванически соединены с несколькими электродами 18 вспомогательного ряда 16 перемычками 23, электроды 22 второй группы гальванически соединены с несколькими электродами 9 вспомогательного ряда 7 перемычками 23. Такое соединение позволяет уменьшить поперечные размеры вспомогательных рядов 7 и 16. Минимальные длины перекрывающихся участков электродов 19 и 20 определяются по допустимому уровню дифракционных эффектов, который зависит еще от целого ряда факторов, таких как расстояние между входным и выходньву преобразователями в устройстве, выбор среза анизотропного кристалла для звукопровода, допустимые искажения АЧХ. С учетом этого минимальную длину 6 перекрывающихся участков электродов 19 и 20 рекомендуется выбирать такой, чтобы реализуемые парами этих электродов амплитуды импульсного отклика были в 4-5 раз меньше максимальной амплитуды, реализуемой парой электродов 19 и 20 с наибольшей длиной В перекрывающихся участков. Остальные амплитуды импульсного отклика реализуются электродами 21 и 22 основного ряда, связанными с контактными площадками 2 и 3 через взвешивающие емкости, образованные вспомогательными рядами 16 и 7 электродов. Еще большее уменьшение поперечных разменов такого

преобразователя может быть получено путем изменения длин перекрывающихся участков электродов 21 и 22 основного ряда и/или изменения ширины электродов 19 и 20.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

При подаче на контактные площадки 2 и 3 (фиг. 1) высокочастотного напряжения между электродом 10 и смежными с ним электродами 5 и 6 возникает знакопеременная разность потенциалов. При этом в соответствующих участках звукопровода 1 возбуждаются ПАВ с амплитудами, пропорциональными величинам этих разностей потенциалов. В частности, на участвозбуждаках с координатами х ,-х ются ПАВ с максимальными. одинаковыми по величине амплитудами. На остальных участках звукопровода, где расположены электроды 5 и 6, возбуждаются ПАВ с разными по величине амплитудами, пропорциональными величинам взвешивающих емкостей, которые связывают соответствующие электроды 6 с контактной площадкой 3. Таким образом,В преобразователе осуществляется амплитудное взвешивание возбуждаемых ПАВ. Преобразователь, показанный на фиг. 2, работает аналогично описанному въвае, за исключением того, что величина разностпотенциалов, возникакяцей между смежными электродами 13 и 14, различна для каждой пары этих электродов и определяется величиной межэлектродной емкости данной пары, т.е. шириной а электродов 13 и 14, образукяцих эту пару. В преобразователях, показанных на фиг. 1 и 2, всеми электродами возбуждаются пАв с одинаковой апертурой акустического луча. В отличие от этого в преобразователе, показанном на фиг. 3, пары электродов 19 и 20 возбуждают ПАВ с разными апертурами акустического луча, определяемыми длиной перекрывающихся участка электродов 19 и 20, образующих данную пару. В то же время амплитуды ПАВ, возбуждаемых парс1ми электродов 19 и 20, одинаковы. Таким образом/ в предлагаемой конструкции преобразователя осуществляетс смешанное взвешивание ПАВ на одном участке преобразователя - с помощью изменения апертуры акустического луча, на других - с помощью изменения амплитуды ПАВ. Такой преобразователь может работать в паре с преобразователем, имекицим постоянную вдоль преобразователя длину перекрывающихся участков всех электродов основного ряда, например, в паре с преобразователем, показанным на фиг. 1 или 2.

В предлагаемом преобразователе достигается минимально возможная электрическая добротность без увеличения поперечных размеров преобразователя. Наряду с низкой электричес кой добротностью преобразователь обладает улучшенной формой АЧХ, так как увеличение взвешивающих емкостей связывающих электродй 6 основного ряда со второй контактной площадкой 3 (фиг. 1), приводит к уменьшению переотражений ПАВ. Поперечные разме ры преобразователя зависят от ширины полосы его пропускания и могут регулироваться выбором различных вариантов предлагаемого преобразова теля. Конструкцию, показанную на фиг. целесообразно использовать для широ кополосных преобразователей с относительной полосой пропускания большей 20%, котоЕчле характеризуются резким уменьшением амплитуд импульс нЬго отклика от их максимального зн чения. Использование такой конструк ции для построения менее широкополо ных преобразователей приводит к .существенному увеличению их размеров из-за больших длин перекрывающихся участков электродов 8 и 9 вспомогательного ряда 7. в этих случаях целесообразнее использовать конструкций преобразователей, показанные на фиг. 2 и 3. Основным преимуществом предлагаемого преобразователя по сравнению с известными является его низкая электрическая добротность, обуславливающая малые вносимые потери энергии. При полосе пропускания 10% преобразователь обладает потерями 20 дБ в тракте 75 Ом. I. Поэтому, используя предлагаемую конструкцию преобразователя, можно получить максимальную относительную полосу пропускания при минимальных потерях. Дополнительным преимуществом преобразователя является улучшенная форма его амплитудночастотной характеристики. Преобразователь, по сравнению с известными, обеспечивает больший уровень подавления боковых лепестков и обладает меньшей неравномерностью вершины АЧХ. кроме того, поперечные размеры предлагаемого преобразователя могут быть доведены до 5-10 Ло ( Ло Длина ПАВ на частоте f ), что в 2-6 раз меньше по сравнению с известными преобразователями. Уменьшение размеров преобразователя позволяет уменьшить габариты звукопровода, чтр при серийном изготовлении приводит к экономии пьезоэлектрического материала.

1. ПРЕОБРАЗОВАТБЯЬ ПОВЕРХ- . НОСТШЛХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН, содержа-: щий размещенные на эвукопроводе- первую и контактнЕяе площадки, основной ряд 1атыревых электродов, с6CTOHteuft из -первой грущш электродов, электрически соединенных с контактной площадкой, и второй группы электродов, перекрывакяцихся с электродами первой группы и раоголоженных между ними, и по меньшей мере один, вспомогательный ряд штыревых электродов, содержащий первую группу электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и. вторую группу электродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие . электродов первой и второй групп во вспстогательном рпяу выполнено неравномернсш, о т л и ч а и и с и тем, что, с целью снижения вносимых потерь энергии преобразователя без увеличения его размеров и уменьшения искажений амплитудночастотной характеристики, он содержит дополнительные электрода, гальваническя соединенные со второй контактной площадкой, перекрывамциеся с электродами первой группы основного ряда и расположенные между ними на участке, координаты которого на продольной оси преобразователя соответствуют координатам участка импульсного отклика с максимгипьными амплитудами, при этом электроды первой группы основного ряда, смежные с дополнительными электродами и образуюсфле с ними пары, расположенные на указанном участке преобразователя , Гсшьванически соединены с первой контактной площадкой. 2.Преобразователь по п. 1, о т(Л л и ч а ю щ и и с я тем, что электроды гальванически соединенные со второй контактной площадкой, к смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соеди- 2 ненные с первой контактной площад- кой, вьшолнены с переменной шириной, измёняющейся вдоль продольной оси riper образователя в соответствии с заданньми амплитудами его импульсного от-, :клика. 3.Преобразователь по п. 1, о т л.и ч а ю щ и и с я тем, что электроды, Гсшьванически соединенные со втс рой контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соедит:ненные с первой контактной площадкой, выполнены с переменными длинами j перекрывающихся участков, изменяю1ФШИСЯ вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с заданны- ми амплитудами его импульсного отклика.