Высокочастотный преобразователь поверхностных акустических волн Советский патент 1993 года по МПК H03H9/145 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов на поверхностных акустических волнах

Цель изобретения - повышение воспроизводимости АЧХ при расширении рабочего диапазона частот.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом высокочастотном преобразователе ПАВ, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей грани которого размещена периодическая последовательность трехэлектродных секций с чередующейся полярностью активных участков электродов в каждой секции, первая и вторая суммирующие шины, объединяющие пассивные участки электродов одной поляр-. ностм согласно изобретению в каждой секции пассивные участки электродов выполнены из трех параллельных отрезков, продольные оси которых совпадают с продольными осями соответствующих активных участков электродов, при этом ширина активных и пассивных участков электродов выбраны из выражения

b До/3,(t) Ь - ширина активных и пассивных участков электродов, м;

До - длина ПАЗ на средней частоте преобразователя, м,

расстояние между продольными осями соседних противофазных электродов в каждой секции выбрано из выражения

Lc 2- До/3- Дс/2,(2) где Ц - расстояние между продольными осями соседних электродов, м;

1 с - длина ПАВ на частоте акустического синхронизма секций, м, а пространственный период размещения секций выбран из выражения

Lp n-V2,(3) п -- 4, 5.6 ... - номер рабочей гармоники.

На фиг. 1 и 2 представлен процесс формирования АЧХ преобразователя; на фиг. 3 и 4 - соответственно схема появления отраженных ПАВ и векторная диаграмма их компенсации.

Высокочастотный преобразователь ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, первую 1 и вторую 3 противофазные суммирующие шины, секции 4 встречно-штыревых электродов (ВШЭ), чередующийся полярности с активными 5 е пассивными б участками, последние - из трах отрезков 7.

Преобразователь ПАВ работает следу- ккдам образом. При подаче электрического

сигнала каждая секция 4 противофазных электродов возбуждает ПАВ, распространяющиеся влево и вправо по поверхности пьезоэлектрического звукопровода 1 (фиг. 1).

Каждый электрод в секции 4 можно рассматривать как элементарный источник ПАВ, амплитуда которого пропорциональна взаимному перекрытию активных участков 5 соседних электродов, соединенных с суммирующими шинами 2 и 3. Спектральная же функция элементарного источника (или акустическая частотная характеристика электрода) описывается, например, для модифицированной модели д .источников

Аэл(т) 2|Дсоз(Д-1) , (4)

где Д f/fc - относительная частота;

fc - частота акустического ВШЭ в секции.

Поскольку расстояния между центрами соседних ВШЭ в секции 4 выбраны одинаковыми из выражения (2), т. е. Ц 2 Ло/3

Ас/2, то условие акустического синхронизма будет выполняться на частоте fc - К/2Ц - 2/3fo,

где fo - средняя частота преобразователя, V - скорость ПАВ, и фазы соседних элементарных источников будут отличаться на л.

в свою очередь каждая секция 4 представляет собой ВШП, содержащий N - 1,5 пар электродов и обладающий линейной фазой. В соответствии со свойствами такого рода ВШП при одинаковом перекрытии

электродов АЧХ секции будет

/Mn-M.fN-OAAf.f.T.-SEgl l

COS(rf-Tc)/2J (5)

-stnfaAV8 1

) соз(л/2-А)

где Тс w- - период дискретизации им&YC ,

пульсной характеристики секции 4.

Поскольку секции 4 образуют периодическую последовательность с пространст- Q венным периодом Ц л , п 5, 6, 7 .... а взаимное перекрытие электродов и полярность секций 4 определяются алгебраическими значениями весовых коэффициентов, соответствующих заданной АЧХ преобразо- 5 эателя, на частоте каждой ангармоники, удовлетворяющей условию (3), появляются частотные отклики, и АЧХ преобразователя, например, с постоянным перекрытием электродов внутри отдельной секции, описывается уравнением:

А(т) Аэл(т) Ac(f)i hk -e ik TP Л ,(б)

k 1.

где k 1.2.3...;

k - текущий номер секции;

hk - весовой коэффициент секции; Тр Lp/U - период дискретизации импульсной характеристики преобразователя;

Lp - пространственный период размещения секций 4;

Л 2 п (f to) - расстройка по частоте.

Формирование АЧХ преобразователя показано на фиг. 2.

Средняя частота fo преобразователя может быть выбрана совпадающей любой из ангармоник. При этом преобразователи, работающие на ангармониках п 1,2.3, физически не реализуются, т. к. соседние секции ВШЭ сливаются. Однако с точки зрения эффективности возбуждения ПАВ, и следовательно, с точки зрения обеспечения минимальных потерь при работе на высоких частотах, предпочтительной является работа на ангармонике п 5. т. е. при fo t2. В этом случае эффективность возбуждения ПАВ на 20-25 % выше, чем устройстве-прототипе (л 3. fo fl) и на 30-35 % выше, чем на третьей ангармонике (п 6, fo тз). Поскольку частоты нерабочих ангармоник fa, fa отстают достаточно далеко от средней частоты fo f2i то не представляет особого труда подавать эти паразитные ангармони- ки с помощью второго ВШП в устройстве или с помощью согласующих цепей.

Таким образом, выбор ширин электродов, расстояний между электродами и расстояний между секциями соответственно из соотношений (1-3) позволяет обеспечить работу преобразователя на частотах выше частот акустического синхронизма секций 4 с высокой точностью воспроизведения заданной АЧХ.„

Выбор ширин активных 5 и пассивных 6 участков электродов, размещение их на одной продольной оси и выбор расстояния между их продольными осями из соотношения LC 2 До/3 позволяет обеспечить компенсацию ПАВ, не только отраженных от одноименных краев активных участков электродов, как это имеет место в прототипе, но и от краев пассивных участков электродов (фиг. 3), что обеспечивает повышение воспроизведения АЧХ.

Действительно, в преобразователе между ПАВ, отраженными от одноименных краев как активных 5, так и пассивных участков электродов внутри секции, фазовый сдвиг составляет 240° и, следовательно, суммарная амплитуда ПАВ, отраженной от

отдельной секции 4, равна нулю на средней частоте fo h (см. фиг, 3, 4).

На частотах вблизи f2 достигается лишь

частичная компенсация отраженных ПАВ. Однако, учитывая, что средняя частота fa значительно (на 25 %) выше частоты акустического синхронизма fc ВШЭ, на которой наблюдается максимальное отражение,

0 можно считать, что из-за отражений искажений АЧХ преобразователя в полосе пропускания пренебрежимо малы.

Кроме того, выполнение пассивных 5 участков электродов в виде трех отрезков

5 шириной До/3 каждый и размещение этих отрезков на одной продольной оси с активными участками 6 электродов позволяет обеспечить однородность металлизации вдоль апертуры и тем самым снизить иска0 жения АЧХ вследствие неравномерности фазового фронта ПАВ,

Таким образом, использование предложенного преобразователя позволяет обес- . печить достижение цели изобретения 5 повышение воспроизведения ФЧХ при расширении рабочего диапазона частот.

С целью формирования заданной АЧХ в предлагаемом преобразователе могут быть использованы различные методы вэвешива5 ния как электродов в секциях, так и секций путем изменения:перекрытия активных и пассивных участков, селективного удаления секций и т. д.

В качестве примера использования был изготовлен полосовой фильтр на ПАВ, со0 держащий звукопровод из кварца ST-среза размером 15 х 6 х 1 мм, на рабочей поверхности которого размещались два секциони- рованных преобразователя ПАВ предлагаемой конструкции. Один из преоб5 разователей выполнен с амплитудной апо- ди-зацией секций (со взвешиванием перекрытия) электродов), второй - со взвешиванием удалением электродов. Число секций в преобразователях 109 и 76 соот0 ветственно. Период секций составлял 11,8 мкм. ширина электродов и зазоров 1,6 мкм, апертура 0,55 мм.

Параметры фильтра следующие: 5 средняя частота 666,5 М Гц, соответствующая п 5;,

полоса пропускания по уровню 2 дБ - 2,5 МГц;

затухание в полосе заграждения более 40 дБ;

неравномерность АЧХ в полосе пропускания 0,3 дБ;

вносимые потери 17 дБ при согласовании последовательными катушками индуктивности с RH - Rr 50 Ом.

Формула изобретения

Высокочастотный преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ), содержащийпьезоэлектрическийзвукопровод, на рабочей грани которого размещена периодическая последовательность трехэлектродных секций с чередующейся полярностью активных участков электродов в каждой секции, первая и вторая суммирующие шины, объединяющие участки электродов одной полярности, о т - личающийс я тем, что, с целью повышения воспроизводимости амплитудно-частотной характеристики при расширении рабочего диапазона частот, в каждой секции пассивные участки электродов выполнены из трех параллельных отрезков.

0

продольные оси которых совпадают с продольными осями соответствующих активных участков электродов, при этом ширина активных и пассивных участков электродов выбраны из выражения Ъ Ло/3, где b - ширина активных и пассивных участков электродов, м; До-длина ПАВ на средней частоте преобразователя, м, расстояние между продольными осями соседних электродов в каждой секции выбрано из выражения Lc - 2 , где Ц - расстояние между продольными осями соседних электродов, м; Дс -длина ПАВ на частоте акустического синхронизма секций выбран из выражения Lp - п До/2, где п - 4. 5, 6 ... - номер рабочей ангармоники.

Изобретение относится к радиэлектро- нике. Цель изобретения - повышение воспроизводимости амплитудно-частотной характеристики высокочастотного преобра4r2V5 . tp f U0/2 зователя поверхностных акустических волн (ПАВ) при расширении рабочего диапазона частот. В каждой трехэлектродной секции 4 пассивные участки 6 электродов выполнены из трех параллельных отрезков 7, продольные оси которых совпадают с продольными осями соответствующих активных участков 5 электродов. Ширина участков 5 и 6, расстояние между продольными осями соседних электродов в каждой секции 4 пространственный период размещения секций 4 выбран в зависимости от длины ПАВ. Это обеспечивает высокую эффективность возбуждения ПАВ, работу преобразователя на частотах выше частот акустического синхронизма секций 4 и компенсацию ПАВ, отраженных от краев участков 5 и 6 электродов. 4 ил. ё 00 00 О 00 о а/г/

1 -/Ьл(Д-чостот1ШЯ акустическая Функция ; .электрода,

2 - (U (/) -АЧ1 CCMVHK fe учёта fit (f), 3- Яе№.АЧХ секции е учёто A- fl У) АЧХ преоБра5оВ хтеАЯ. 5- АЧХ прототипе при ,ЈP45/U

Фмг.2

h

Л tf Тиг 5

с1

ЯРигЧ