Модулированный пьезоэлектрический фильтр Советский патент 1986 года по МПК H03H9/56 

Изобретение относится к элементам и устройствам радиоэлектроники, связи, радиолокализации, в частности модулированным частотно-тизбирательным пьезоэлектрическим резонансным устройствам систем обработки и генерации сложных электрических сигналов.

Известно модулированное по частоте пьезорезонансное устройство, содержащее одну или несколько резонирующих областей пъезопластины, снабженных электродами возбуждения акустических колебаний, а также расположенную вне указанных резонирующих областей пьезопластины область управления, снабженную управляющими электродами, подсоединенными к источнику управляющего напряжения, изменение величины которого ведет к изменению резонансной частоты пьезопластины l

Наиболее близким к предлагаемому является модулированный пьезоэлектрический фильтр, содержащий прямоугольную пьезоэлектрическую пластину, нанесенные на ее большие грани перекрывающиеся электроды, размеры которых выбраны из условия локализации акустической энергии, контактные площадки по числу электродов, неперекрывающиеся токоотводы, управляющие электроды, к которым подсоединен источник управляющего синусоидального напряжения 2J.

Общим недостатком указанных устройств является нелинейность и гисте- резисность зависимости резонансной частоты от величины управляющего на- .пряжения, а также большие величины

управляющего напряжения. I

Цель изобретения - .повьпиение линейности модуляции центральной частоты пропускания и уменьшение величины управляющего напряжения,

Указанная цель достигается тем, что в модулированном пьезоэлектрическом фильтре, содержащем прямоугольную пьезоэлектрическую пластину, на- .несенные на ее большие грани перекрывающиеся электроды, размеры которых выбраны из условия локализации акустической энергии, контактные площадки по числу электродов, неперекрывающиеся токоотводы, а также управляющие электроды, к которым подсоединен источник управляющего синусоидального напряжения, управляющие электроды расположены на двух противоположных торцовых гранях пьезопластины, токо

5

0

отводы размещены симметрично относи-- тельно центра больших граней пластины, а контактные площа|;ки расположены симметрично относительно узловых линий колебаний модулирующей моды.

На фиг. изображен модулированный пьезоэлектрический фильтр, вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид сбоку. Модулированный пьезоэлектрический фильтр содержит прямоугольную пьезоэлектрическую пластину I, нанесенные на -две ее противоположные большие грани перекрывающиеся рабочие электроды 2, 3 и 4, 5, относительные поперечные размеры которых, отнесенные к толщине пьезопластины, удовлетворяют условию локализации акустической энергии толщийных колебаний в под- элект)родных областях, контактные площадки 6-9, размещённые в периферийных областях пьезопластины, токоотводы 10-13, связывающие рабочие электроды 2-5 с соответствующими контактными площадками 6-9, а также управляющие 5 электроды 14 и 15, подсоединенные к источнику 16 синусоидального модулирующего напряжения. Управляющие электроды 14 и 15 модулированного пьезоэлектрического фильтра расположены на двух противоположных торцовых гранях пьезопластины 1. Контактные площадки 6-9 расположены симметрично относительно узловых линий колебаний .модулирующей моды (на фиг. штрих- пунктиром показана одна из таких узловых линий модулирующих упругих колебаний - линия АВ). Токоотводы 1013расположены симметрично относительно центра пьезопластины.

Устройство работает следующим образом.

Приложение синусоидального модулирующего напряжения к электродам

14и 15, вызывая пьезоэлектрическое возбуждение низкочастотной моды колебаний пьезопластины 1, например, по ее длине, создает переменное поле механических напряжений, периодически растягивающих и сжимающих высокочастотные резонаторы толщинных колебаний с локализованной в областях под рабочими электродами 2, 3 и 4, 5 акустической энергией, что приводит

к периодическому изменению (синусоидальной модуляции) упругих свойств указанных областей пьезопластины и, как следствие, к синусоидальной модуляции их центральных частот пропуска-

0

0

5

0

5

ния. в случае акустически связанных высокочастотных резонаторов с лизованной энергией, определяющих полосовую характеристику пропускания устройства, синусоидальной модуляции подвергается центральная частота этой полосы пропускания.

Принцип действия модулированного пьезоэлектрического фильтра основан на использовании зависимости упругих свойств резонирующих областей пьезо- пластины от механических напряжений или деформаций, пьезоэлектрически создаваемых в пьезопластине при приложении электрического напряжения. При этом необходимыми условиями обеспечения работоспособности устройства является выбор такого среза пьезо кристалла, в котором имеет место взаимодействие данной низкочастотной модулирующей моды колебаний с высокочастотной рабочей модой толщинных колебаний, а также расположение управляющих электродов на тех двух противоположных торцовых гранях пря- моугольной пьезопластины, приложение электрического напряжения к которым может обеспечить пьезоэлектрическое возбуждение указанной низкочастотной модулирующей моды колебаний. Макси- мальная эффективность модуляции имеет место в том случае, когда частота синусоидального напряжения соответствует резонансной частоте низкочастотной моды колебаний, а рабочие электроды пьезопластины расположены в области пучности этих колебаний,

(U

так как при этом величина U управляющего электрического напряжения, требуемая для созда;ния необходимой интенсивности поля механических напряжений или деформаций, уменьшается в число раз, равное добротности ре Х.Х ..

зонанса низкочастотной моды колебаний .

Параметры модулированного фильтра в частности девиация центральной частоты пропускания и глубина ее мочу- ляции, определяются величиной управляющего электрического напряжения

мм

и и возрастают с ростом U , Более

того, поскольку управляющее поле механических напряжений или деформации низкочастотной моды упругих колебаний создается при приложении электрического управляющего напряжения U за счет линейного пьезоэффекта, указаны параметры модулированного пьезоэлектрического фильтра линейно зависят от величины U , При этом для практической реализации лине11ности модуляции параметров устройства описанная конфигурация элементов электродной структуры пьезопластины (расположение рабочих управляющих электродов, контактных площадок и токоот- водов) согласована с симметрией поля механических напряжений или деформаций низкочастотной модулирующей моды колебаний. Для исключения нелинейных искажений динамической амплитудно- частотной характеристики необходимо, чтобы максимальная частота модуляции была много меньше полосы пропускания фильтра.

Благодаря предлагаемому выполнению модулированного пьезоэлектрического фильтра при одинаковых с известным устройством величинах девиации и глубины модуляции центральной частоты пропускания он характеризуется не менее чем на два порядка более высокой линейностью модуляции и в 50-100 раз меньшей величиной электрического модулирующего напряжения.