Устройство на поверхностных акустических волнах Советский патент 1992 года по МПК H03H9/64 H03H9/42 

VI

О

Јь

CJ 00

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в акустоэ- лектронных устройствах обработки сигналов на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

Известно устройство на ПАВ, содержащее пьезоэлектрическую подложку, на рабочей грани которой расположены входной и выходной встречно-штыревые преобразог ватели (ВШП), и волновод ПАВ, пересекаю- щий оба ВШП. Большое количество электродов, имеющих увеличенную толщину для обеспечения необходимого коэффициента отражения, позволяет создать режим стоячей волны Такое устройство вы- полняет функции резонатора. Недостатком устройства является небольшое внеполос- ное подавление в полосе задерживания.

Наиболее близким к изобретению явля- ется устройство, содержащее размещенные на рабочей грани пьезоэлектрической подложки входной и выходной встречно-штыревые преобразователи и две пары каскадно соединенных, попарно связанных основны- ми направленными ответвителями акустических волн основных волноводов с расположенной в каждом из них отражающей решеткой. В таком устройстве нельзя получить большое затухание сигнала в по- лосе задерживания. Это связано с тем, что- амплитудно-частотная характеристика в нем формируется отражающими решетками, расположенными в связанных волноводах Результирующая передаточная характеристика по виду совпадает с функцией

(sinx/x)2.

Уровень боковых лепестков этой функции - 26 дБ.

Целью изобретения является увеличение затухания в полосе задерживания

Это достигается тем, что в устройство введены К пар попарно связанных К дополнительными направленными ответвителями дополнительных акустических волноводов с расположенной в каждом из них отражающей решеткой, а в каждый из основных и дополнительных акустических волноводов введена вспомогательная отражающая структура, при этом вспомогательная отражающая структура, расположенная в акустическим волноводе, совмещенном с входным ВШП, размещена между соответствующими направленным ответвителем и входами ВШП, вспомогательная отражающая структура, расположенная в дополни

тельном акустическом волноводе; совмещенном с выходным ВШП, размещена между соответствующим направленным ответвителем и выходным ВШП, вспомогательные отражающие структуры в остальных основных и дополнительных акустических волноводах размещены между соответствующими направленными ответвителями и каждая из них является общей для каждых из двух каскадно соединенных соответствующих акустических волноводов, отражающие решетки в попарно связанных основных и дополнительных акустических волноводах смещены одна относительно другой в направлении распространения ПАВ на расстояние, выбираемое из выражения

L Ni До/6,

где L- расстояние между началами отражающих решеток, расположенных в попарно связанных основных и дополнительных акустических волноводах, м;

До-длина ПАВ на центральной частоте устройства на ПАВ, м;

NI - количество отражающих элементов в отражающей решетке, кратное трем и удовлетворяющее условию

th(Nin)0,96,

где п - коэффициент отражения ПАВ от Отдельного отражательного элемента отражающей решетки,

количество отражательных элементов во вспомогательных отражающих структурах удовлетворяет условию

th(N2r2) 0,3,

где N2 - количество отражательных элементов во вспомогательных отражающих структурах;

Г2 - коэффициент отражения ПАВ от отдельного отражательного элемента вспомогательной отражающей структуры, а ширина каждого основного и дополнительного акустических волноводов и расстояние между ними на участке направленной связи связаны выражением

pa

П

Цв 4

где d - ширина каждого основного и дополнительного акустических волноводов, м;

а - расстояние между соответствующими акустическими волноводами на участке направленной связи, м,

р, g - внешнее и внутреннее поперечные волновые числа соответственно;

LCB - длина участка направленной связи, выраженная в длинах поверхностных акустических волн

На фиг. 1 приведены частотные зависимости: 1 - отражения от отдельной отра- жающей структуры; II - множителя, возникающего из-за взаимного сдвига двух отражающих структур на расстояние L: 111 - результирующего отражения от пары сдвинутых одна относительно другой отражаю- щих структур; на фиг. 2 - расчетные зависимости коэффициента связи между волноводами от частоты; на фиг. 3 - зависимости квадратов амплитуд и параметра KceLcB от частоты в двух связанных волново- дах; на фиг. 4 - топология устройства: 1 - входной встречно-штыревой преобразователь; 2 - направленный ответвитель; 3, 4 - отражающие структуры; 5 - направленный ответритель; 6, 7 - отражающие структуры; 8 - выходной встречно-штыревой преобразователь; 9 - направленный ответвитель; 10 - отражающая структура; на фиг. 5-9 - эпюры передаточных характеристик в различных местах устройства на ПАВ.

Устройство на ПАВ (фиг. 4) содержит пьезоэлектрическую подложку (на чертеже не показана), входной встречно-штыревой преобразователь 1, волноводы ПАВ, связанные направленными ответвителями 2, S, 9, совмещенные с волноводами ПАВ отражающие структуры 3, 6, 10, 4, 7 выходной встречно-штыревой преобразователь 8.

Устройство на ПАВ работает следующим образом

Сигнал, подлежащий обработке, подается на входной ВШП 1 и преобразуется в основной тип волны волновода (фиг. 5, эпюра АЧХ в точке а) Часть энергии волновод- ной моды отражается обратно одной из вспомогательных отражающих структур 4 (фиг. 5, эпюры АЧХ в точке б)- Прошедшая волна делится поровну по мощности направленным ответвителем 2. Разность фаз двух волн в связанных волноводах состав- ляет л/2. Отражаясь от пары отражающих структур 3, волны дважды проходят через трехдецибельный направленный ответвитель и синфазно складываются во втором волноводе (фиг. 7, эпюра АЧХ в точке в). Поскольку в полости резонатора, образованного отражающими структурами 4 и 3, возникает режим, близкий к режиму стоячей волны, то вид эпюр на фиг 6, 7 зависит От местоположения точки регистрации

волн. Кривые, приведенные на этих фигурах, соответствуют точке пучности На частоте синхронизма акустическая энергия, отраженная отражающими структурами 3, ответвляется в следующую пару связанных волноводов (фиг. 8, эпюра АЧХ в точке г) Каскадное соединение связанных волноводов увеличивает внеполосное подавление и приводит к раздвоению центрального лепестка в точке д. Как известно, внеполосное подавление в резонаторах типа Фэбри-Пе- ро ограничивается прямым прохождением с входного преобразователя на выходной Пьедесталом резонаторной характеристики служит АЧХ преобразователей В предлагаемом устройстве пьедесталом служит частотная зависимость отражения структур 3, 6, 10.

Предлагаемая конструкция может быть выполнена по двухслойной технологии, как показано на фиг, 4, либо по однослойной с применением фокусирующих ВШП Материалом для волноводов может служить моноокись германия, селен на ниобате лития, моноокись кремния на Y-кварце и другие материалы, приводящие к уменьшению скорости рэлеевских волн. Для изготовления волноводов может использоваться диффузия металлов в подложку или протонный обмен.

Устройство на ПАВ, выполненное в соответствии с изобретением, позволяет получить высокое затухание в полосе задерживания (на 10 - 20 дБ больше по сравнению с аналогичными устройствами).

Формула изобретения

Устройство на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащее размещенные на рабочей грани пьезоэлектрической подложки входной и выходной встречно- штыревые преобразователи (ВШП), две пары каскадно соединенных, попарно связанных основными направленными ответвителями основных акустических волноводов с расположенной в каждом из них отражающей решеткой, отличающее- с я тем, что, с целью увеличения затухания в полосе задерживания, в него введены К пар попарно связанных К дополнительными направленными ответвителями дополнительных акустических волноводов с расположенной в каждом из них отражающей решеткой, а в каждый из основных и дополнительных акустических волноводов введена вспомогательная отражающая структура, при этом вспомогательная отражающая структура, расположенная в основном акустическим волноводе, совмещенном с входным ВШП, , размещена между соответствующим направленным ответвителем

и входным В ШЛ, вспомогательная отражающая структура, расположенная в до- . полнительном акустическом волноводе, совмещенном с выходным ВШП, размещена между соответствующим направленным ртветвителем и выходным ВЩП, вспомогательныеi отражающие структуры еi остальных основных и дополнительных акустических волноводах размещены между соответствующими направленными от- ветвителями и каждая из них является общей для Каждого из двух каскадно соединенных соответствующих акустических волноводов, отражающие решётки попарно связанных основных и дополнительных акустических волноводах Смещены одна относительно другой в направлении распространения ПАВ на расстояние L, выбираемое из выражений

v /6, L:;;:/;t ;

где До-длина ПАВ на Центральной частоте устройства на ПАВ, м; / ;;

NI - количество отражательных элементов в отражающей решетке, кратное трем и удовлетворяющее условию

th(Nin) 0,96,:

где п - коэффициент отражения ПАВ от отдельного отражательного элемента отражающей решетки,

количество отражательных элементов во вспомогательных отражающих структурах удовлетворяет условию

tn(N2r2)SO,3,

где Na - количество отражательных элементов во вспомогательных отражающих структурахгк- - Г - ;- - ; -.... : -: , - : -; га-коэффициент отражения ПАВ от отдельного отражательного элемента вспомогательнрй отражающей структуры

а ширина d каждого основного и дополнительного акустических волноводов и расстояние а между ними на участке направленной связи связаны выражением

cos(-f-)(p 2()

Ра

1 Lee

п А

где р, g - внешнее и внутреннее поперечные волновые числа соответствеино;

UB-длина участка направленной связи, выраженная в длинах ПАВ.

Изобретение относится к радиоэлектронике. Целью изобретения является увеличение затухания в полосе задерживания устройства на поверхностных акустических волнах. Устройство содержит две пары кас- кадно соединенных, попарно связанных основными направленными ответвителями 2, 5 основных акустических волноводов с расположенной в каждом из HVIX отражающей решеткой 3, 6 соответственно, а также К пар попарно связанных К дополнительными направленными ответвителями 9 дополнительных акустических волноводов с расположенной в каждом из них отражающей решеткой 10. В каждый из основных и дополнительных акустических волноводов введена вспомогательная отражающая структура 4,7. Отражающие решетки 3,6,10 в попарно связанных основных и дополнительных акустических волноводах смещены одна относительно другой. Величина этого .смещения, количество отражательных элементов в отражающих решетках,количество отражательных элементов во вспомогательных отражающих структурах, ширина акустических волноводов и расстояние между ними выбраны в соответствии с определенными выражениями. 9 ил. сл С

Јin&Ni+Ј/3u

f - to &Vi Ь$/Ыо i

V vBV 3

v-i Ш

x Co$&tflbЈ/$JD

Фи-ъ. i

: : N

- V 4 оГА; AJ C ..,- Jl Wjf -7- - .--. l t

Kea

0.05 i

0.04 Я

о.оз -3

0.02 1

o.oi -3

0.00

о.бо 20.00 чо.оо 60.00 fio.bb iooloo 120:00

uM

Фыг.2

4,

0,00

0.60 20.00 4b.bb 60.bb eb.bb i bb:ob 120:00

Фиг. 2

:00

uM

0

мг

Фиг. 5

Фи,г.В

(Ь

Фиг.В