Четырехфазный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн Советский патент 1991 года по МПК H03H9/00 

Zc (P+J)A

Изобретение относится к радиоэлектронике может быть использовано в устройствах обработки сигналов с малыми потерями систем связи и телевидения. Цель изобретения - повышение технологичности. Четырехфазный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого размещены периодические структуры из первого 1, второго 2, третьего 3, четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 встречно-штыревых электродов (ВШЭ), объединенных соответственно первой 7, второй 8, третьей 11 и четвертой 14 суммирующими шинами, которые соединены с соответствующими выходами источника сигнала, имеющими фазы выходных напряжений 0, φ/2, φ, 3φ/2. Расстояние между центрами первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 ВШЭ выбрано равным λ/4, где λ - длина ПАВ на средней частоте. Расстояние L_P и L_M между центрами однофазных второго 2 и шестого 6, третьего 3 и пятого 5 ВШЭ выбрано соответственно из соотношений L_P = (P + 2)λ, L_M = (P + 1), а период структур выбран из соотношения L_C = (P + 3)λ, где P = 0, 1, 2, 3... - целое число. При этом вторая 8 и третья 11 суммирующие шины в пределах каждой структуры выполнены из первых 9 и 12 и вторых 10 и 13 участков каждая, примыкающих соответственно к первой 7 и четвертой 14 суммирующим шинам и соединенных друг с другом пятым 5 и шестым 6 ВШЭ. 1 ил.

Zp (Р+2)Х

o-t;

/г-jОбратное

Nv

/

/ц

/ /

Л/if

7

1

12

/I/

1 /У Z

/

/

/г

7

щ,

8 11 ft

k :

JZ.

±

//

у

/

7/

Прямое

о о ю о

4 О

К

10

третьей 11 и четвертой 14 суммирующими шинами, которые соединены с соответствующими пыходами источника сигнала, имеющими фазы выходных напряжений 0. тг/2,я, 3 я/2. Расстояние между центрами первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 ВШЭ рыбрзмо равным А/4, где Я - длина ПАВ на сродней частоте. Расстояние Lp и Lmмежду центрами однофазных второго 2 и шестого G, третьего 3 и пятого 5 ВШЭ выбрано соот11 -.uGj отенис относится к радиоэлект I UUR и быть использопано в уст(;i с i с,х обработки сигналов на

поверхностных акустических вол пах (ПАВ) с

г.: 1нми вносимыми потерями.

Цель изобретения - повышение техно | IVtliOCrH.

На чертеже представлен четырехфаз- пий однонаправленный преобразователь (ЧФ ОНИ) ПАВ.

ЧФ ОИП ПАВ содержит пьезоэлектри- . чи пиукопровод (не показан), периоди- ег о структуры из первого 1, второго 2, poibom 3, четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 гстречпо-штыревых электродов (ВШЭ), гуммирующие шины: первую 7, вторую 8 inn,i из участков 9 и 10, третью шину 11 из уыиков 12 и 13 и четвертую шину 14, источник, сигналов с четырьмя фазами выходных ма- рп кений 0, л/2, л, Зя/2 (не показан)

ЧФ ОНП ПАВ работает следующим образом.

При подаче электрических сигналов от пнгшнего источника (не показан) с фазами И, л/2, я ЗлУ2, т. е. запаздывающими друг пносительно друга по фазе я/2, соответст- | r,U G на первую 7, вторую 8, третью 11 и (епн ртую 14 суммирующие шины ВШЭ 1-6 |у |-мот ПАВ, распространяющиеся как в прямом, так и в обратном направлениях. При -л ом каждый n-й ВШЭ можно рассматривать как)-источник, размещенный в цен- it) ; РЛ11Э и излучающий ПАВ, амплитуда An открои определяется перекрытием с со- i ды1м ВШЭ, а фаза совпадает с фазой под- подимого через соответствующую суммирующую шину электрического сигнала, т. е. (pp. - 0 , л/2, я, Зя/2.

Тогда волна, распространяющаяся от каждого из ВШП в прямом направлении X, будет

An (rur-kx {1+ ( ре- д)}. ч ii обратном направлении (-Х)

ветственно из соотношений Lp (p+2., ,L m (р+ 1). а период структур выбран из соотношения Ц (р+ 3)А, где р 0, 1, 2, 3 ... - целое число. При этом вторая 8 и третья 11 суммирующие шины в пределах каждой структуры выполнены из первых 9 и 12 и вторых 10 и 13 участков каждая, примыкающих соответственно к первой 7 и четвертой 14 суммирующим шинам и соединенных друг с другом пятым 5 и шестым 6 ВШЭ. 1 ил.

Апехр 1(ол-| kx){1-t ()},

гдэ Ап - амплитуда ПАВ;

k2 ft)/V; V - скорость ПАВ;

. - соответственно электрический и акустический сдвиг относительно выбранной опорной фазы;

п - текущий номер электрода, включая пропущенные . 6, 8, 9, 11, 12 в позициях с, f, h, I, I, m, для которых

.

Рассмотрим сначала формирование пучка ПАВ на выходе ЧФ ОНП ПАВ в прямом направлении X. Опорные фазы Е 0 и выберем на первом электроде (позиция d).

Электрическая фаза ПАВ, излученных первым 1 (), вторым 2 (), третьим 3 (), четвертым (), пятым 5 () и шестым 6() ВШЭ, составляет соответственно

0 , 10 Л/2 ,

рЕ7 П , 5Е4 3 Я/2 ,

30

т. е. (п-1) -я/2.

Поскольку расстояние между центрами соседних ВШЭ 1-4 выбрано равным Я/4, то акустический сдвиг фазы ПАВ, излученной электродом п и пришедшей в прямом направлении на соседний электрод (п-Н), составляет /)д я/2 и равен электрическому сдвигу фаз /ТЕ я/2 между этими соседними электродами.

При выборе расстояний между центрами однофазных второго (п 2) и шестого (), третьего () и пятого (п-7) ВШЭ соответственно иЭ соотношений

45

MV

(п+2)А;

U(n+ 1)A

акустический сдвиг между пятым 5 () и шестым б (п 10) ВШЭ составляет при электрическом сдвиге рЕ я/2 .

В результате ПАВ на выходе одной секции ЧФ ОНП ПАВ в прямом направлении будет

) Anexp l(wt -kx) X

п 1

х exp fl +1 (pt - ) 2 Anexp l(on-kx)x

п 1

Ьл-.ГГIN /-1f Nil 5 r, P°3- )A oSl (L V ««ЯЛ (ЈA - SJnpf

(n-1)T.(1-l-)J,o- (ЈA

f iii-i

где pE (n-1) jr/2, УА (n-1) nil f/f0, N 12 - количество электродов в каждой периодической структуре ВШЭ. А5-Аб А8 А9 А .

На средней частоте получаем

S An

Апр 2 Ј An exp I (ш t - kx ) ,

n 1

т. е. все ПАВ, излученные ВШЭ 1-6, на выходе периодической структуры ВШЭ складываются в фазе.

Поскольку пространственный период структур ВШЭ 1-6 выбран из соотношения

U(P+3)A

и кратен целому числу длин волн, то ПАВ и на выходе ЧФ ОНП ПАВ от каждой периодической структуры складываются в фазе, т. е.

про

-S

m 1

Anpm

где М - число периодических структур в УФ ОНП ПАВ.

В обратном направлении (-Х) при опорной фазе на первом электроде п-1 получаем ПАВ на выходе одной секции ЧФ ОНП ПАВ

Аоб

-S

п 1

An exp I ( ш t -kx ) X

Хехр/1 4-I (Е -г/}д)|

ч X АП ехр I (cot -kx ) X

n 1

+ (n-1)4f-.(1

На средней частоте получаем А0б 0, т. е. предложенный ЧФ ОНП ПАВ в обратном направлении не излучает.

Для предложенного ЧФ ОНП ПАВ направленность излучения, равная отношению мощностей ПАВ, излученных в обратном и прямом направлениях, составляет о диапазоне частот

где

Л„ Апекр ±кх ;о(15

20

5

0

5

40

5

((4).

Ь О о

На средней частоте f fo получаем (f О и , т. е. предложенный ЧФ ОНП ПАВ обладает полной однонаправленностью излучения.

Благодаря выполнению второй 8 и третьей 11 суммирующих шин в пределах каждой периодической структуры ВШЭ в виде двух отрезков 9, 10 и 12, 13. соединенных друг с другом посредством соответственно ВШЭ 6 и ВШЭ 5. однофазные электроды в соседних периодических структурах электрически соединены между собой без использования проволочных перемычек и изолирующих слоев, что упрощает конструкцию и технологию изготовления ЧФ ОНП.

С целью уменьшения омических потерь ширина суммирующих шин 7, 8, 11, 14 может быть выбрана существенно больше длины ПАВ. Кроме того, можно использовать при изготовлении суммирующих шин более толстые, чем для ВШЭ, металлические пленки, в том числе на участках 9. 10 и 11, 12 второй 8 и третьей 11 шин, или же соединять полосы шин на входе и выходе ЧФ ОНП ПАВ дополнительными внешними проводниками.

Ширины электродов 5 и 6 не обязательно выбирать равными А/8, как это имеет место у электродов 1-4.

Для уменьшения омических потерь они могут быть существенно шире А/8, а для снижения отражений в них могут быть выполнены продольные прорези.

Для повышения избирательности ЧФ ОНП ПАВ можно использовать известные методы взвешивания, например селективное удаление электродов или изменение перекрытий соседних электродов.

Формула изобретения

Четырехфазный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого размещены периодические структуры из первого, второго, третьего и четвертого встречно-штыревых электродов (ВШЭ), которые объединены соответственно первой, второй, третьей и четвертой суммирующими шинами, в которых ширина каждого ВШЭ и расстояние между продольными осями симметрии соседних ВШЭ выбраны соответственно равными А/8 и А/4, где А- д лина ПАВ на средней частоте преобразователя с учетом изменения эффектив

ной скорости ПАВ под влиянием металлизации, м, четырехфазный источник напряжения, первый - четвертый выходы которого соединены соответственно с первой - четвертой суммирующими шинами, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, в каждую периодическую структуру ВШЭ введены пятый и шестой ВШЭ, вторая и третья суммирующие шины в пределах каждой структуры выполнены из первых и вторых участков каждая, примыкающих соответственно к первой и четвертой суммирующим шинами и соединенных друг с другом соответственно пятым и шестым ВШЭ, при этом период расположения структур выбран из выражения

U(p+3)A, , 1,2,3...,

а расстояние между продольными осями симметрии второго и шестого, третьего и пятого ВШЭ выбраны соответственно из выражений

Lp(P+ 2Я Lm(P+1)A.