Фильтр на поверхностных акустических волнах Советский патент 1984 года по МПК H03H9/64 

изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано в качестве частотно-избирательнО го устройства в технике аналоговой Обработки игналов.

Известен фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на его поверхности аподизованным входным и двумя широкополюсными выходными встречноштыревыми преобразователями (ВШП) ПАВ, при этом выходные ВШП электрически соединены между собой и i3a3мещены по разные стороны и на различных расстояниях от входного ВШП в одном с ним акустическом канале 1 .

Недостатком такого фильтра на ПА является невысокая точность воспроизведения заданной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), обусловленная влиянием дифракционных искажений ПАВ, излучаемых участками входного ВШП с малым перекрытием штыревых электродов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлекрический звукопровод с расположенными на его поверхности аподизованным входным и первым и вторым идентичными выходными веерными преобразователями, при этом выходные преобразователи электрически соединены между собой и расположены по разные CTopOHv.u и на различных расстояниях от входного в одном с ним акустическом канале 2 .

Недостатком известного фильтра на ПАВ является невысокая точность воспроизведения амплитудно-частотной характеристики, что обусловлено дифракционными искажениями, вызываемыми участками с малым перекрытием штыревых электродов аподизрванного входного преобразователя.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения амплтудно-частотной характеристики фильра.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на его поверхности входныг-1 и первым и вторым идентичными выходными веерными преобразователями, при этом выходные преобразователи электрически соединены между собой и расположены, по.разные стороны и на различных расстояниях от входного, в одном с ним акустическом канале, введено два металлических пок;рытия, первое из которых расположено между входным и первым Ъыходным преобразователями, а второе - между входным и вторым выходным преобразователями, и каждое из них выполнено с переменной по апертуре акустического канала протяженностью, при этом в любом i -м сечении апертуры суммарная протяженность обоих металлических покрытий одинако ва по величине и вычисляется по формуле

2-К-(L, - L

2).

(

k2

где k - коэффициент электромеханической связи материала эвукопровода для ПАВ; Ь,и расстояния между ВХОДНЕЛМ и первым и вторым выходными преобразователями соответственно,

а протяженность первого металлического покрытия выбрана из соотношений

li %l -- 2 n4-signArccosH(u; ) ;

Г+ при H(CJo) 0;

sign (,- при H{UO) 1;

„ 1,2,... при H(cj;)7,0; 1. О

О при Н (cj; ) О ,

где V - скорость поверхностных акустических волн в материале ЗБyкoпpoвoдa

0 центральная круговая частота фильтра

cj; - круговая частота акустичес5 кого синхронизма преобразователей в i-M сечении их апертуры; H(i)j ) - значение нормированной амплитудно- частотной характе0 ристики фильтра.

На чертеже изображен Фильтр на ПАВ.

Фильтр содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, входной веерный ВШП 2 и два идентичных выходных веерных ВШП - первый 3 и второй 4, расположенные по разные стороны от входного на различных расстояниях от него L, и Lj соответственно, два металлических покрытия - первое 5 и вто0 рое б, протяженности е,; и которых в любом i-M сечении апертурн выбраны из соотношений

5 W

2 -k V Г

i; ; Т 5Г1- 3 8пАгссо8Н(

при Н ((Од )

0;

sign ч при Н( ai(,) 1;

I 1,2.. . при H((i; ), 0; О при 11( U-) 0. Фильтр на ПАВ работает следукяцим образом. Входной электрический сигнал, под водимый к преобразователю 2, возбуждает в звукопроводе ПАВ, распространякяциеся в обе стороны от ВШП 2 к выходным преобразователям 3 и 4. При этом, поскольку входной ВЫП 2 является веерным, спектральные составляющие акустического сигнала оказываются пространственно распределенными по апертуре акустического канала с частотой У; , определяемой расстоянием между электродами ВПШ 2 в данном сечении его апертуры к скорость V ЦАВ в материале звукопровода, при- 15 чем в верхнем сечении апертуры акустического канала (см. черте «:) частота синхронизма ПАВ равна jg УО + UU3/2, а в нижнем Uo - ьсо/2. Акустические сигналы, достигшие преобразователей 3 и 4, преобразуются ими в парциальные выходные электрические сигналы и суммируются благодаря параллельному электрическому соединению ВШП 3 и 4. При этом каждая спектральная компонента входного сигнала ) с частотой О; производит на выходе фильтра сигнал Звык; S,; (t) + Я,:. ,где . И Sji. сигналы с частотой и; на выходных преобразователях 3 и 4. Seb.;(t)S,j (t)-t-r.2; (t)AoCOs(u; t + «U|T,; )+AQCOs(w;t + (o;T. ) 2Лр С ost CJJX .(t..),,;Ii:- . (1) где Ajj - амплитудный множитель-, t - время; т.и Tj. - задержка входного сигнала Sgn;(t) с частотой ы; , распространяю1аегося в -м сечении апертуры акустического канала между В1ЧП 2,3 и 2,4 соответственно. В соответствии с чертежем величины т ц и Tjj определяются соотношениямиN..,; ( Ч. В то же время для Аильтра на как для всякой линейной системы можно записать гд 5 пр со гд ра сл ВШ cy чт но фи фо Ра ПА кр

Учитывая, что cos(

50 sinoi, получаем Sgbini k(COj )cos(U;t + e, (4) k(u,) - значение АЧХ на частоте; 9 - начальная фаза колебания. Сопоставляя (3) и (4) и выбирая тяженности покрытий Z и Vg из U тношения .+ С.-(L,-К ), можно r-|2 n- -siBnArccosH(w; Я, L(4Г H{C«J;) --значение нормированйой АЧХ фильтра на частотео, . Полностью нормированная АЧХ фильтопределяется на отрезке (ы„.).) дукниим образом н(о) Z H(to;); IH(U)I i 1. в отношении C41 при H(WO) 0; при н(Ыо) 1; il,2,... при H(ci; );о ; О при Н(ы; )0. Вследствие того, что входной 2 не аподизован, в фильтре отCTBSTOT дифракционные искажения, и обеспечивает повышение точти воспроизведения згшанной АЧХ ьтра. Пример. Иллюстрация расчета мы металлических покрытий 5 и б. смотрим реализацию фильтра на с нормированной АЧХ вида Н(со) n(-Uo) . Для (Уд)-1, п О, а длина потия 5 в 1-м сечении равна Arccos Н(ы; )-777-Arccosx .7 ,где V М2. ) --(.)J т.е. ,; в зависимости от частоты о; изменяется по гиперлолическому закону с соответствующими коэффициентами . Для и, ы, t-V- -(.)1Йг 1 / iin Поскольку величина сомножителя в скобках должна выбираться в интер вале значений , получив квадратные скобки равными следует взять значение, равное , т.е - « V Т р о; No W Ю UW . ДЛЯ Ш; % с37.1-1 ( йЗ; Для (и)с1, считая п 1, полу чаем l ATccosW(u; ) Mli-.J .vt( -I. 1 Значение, слагаемое в квадратных скобках, берем в интервале от О до7 ажение для В, в этом случае также дставляет собой гиперболическую кцию. Для и; WQ Vlt- b С i:юда 5l:- jo i- o 2 -S7Для Q, WH WB -uW/2 ,j-2ir 4 ЗЛ(2,„..1| -, V 7 -- « W« ( h

ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ, содержавши пье зоэлектрический звукопровод с расположенными на его поверхности вход ным и первым и вторым идентичными выходными веерными преобразователями,- при этом выходные преобразовате ли электрически соединены между собой и расположены по разные стороны и на различных расстояниях от входного, в одном с ним акустическом ка нале, отличающий с я тем что, с целью повышения точности воспроизведения амплитудно-частотной характеристики, в него введены два металлических покрытия, первое из которых расположено между входным и первым выходным преобразователями а второе - между входным и вторым выходным преобразователями, и каждое из них выполнено с переменной п апертуре акустического канала протя женностью, при этом в любом i -м се.чении апертуры суммарная протяженбоих металлических покрытий ва по величине и вычисляется уле (Ц-ь,), коэффициент электромеханической связи- материала звукопровода для поверхностных акустических волн; расстояния между входным и первым и вторым выходными преобразователями соответственно, женность первого металлическрытия выбрана из соотношений t + при H(UO 0; - при Н () 1; 1,2,... при )%. о; О при НСы-,) О, скорость поверхностных акустических волн в материале звукопровода, центральная круговая частота фильтра; круговая.частота акустического синхронизма преобразователей в 1 -м сечении их апертуры; значение нормированной амплитудно-частотной характеристики фильтра.