Способ усиления поверхностных акустических волн Советский патент 1978 года по МПК H03H3/02 

(54) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может бьггь использовано при создании усилителей ВЧ и СВЧ колебавий.

Известен способ усиление поверхностных акустичазких вопн (ПАВ) l| .

Поверхностные акустические волны возбуждают Б кристалле с юильно выраженнаыми П езосвойствамн, а поток носителей заряда формируют в хорошем полупроводнике, прячем область распространение ПАВ и область протекания тока рааделены воздушным зазором толщиной порнпка длины ПАВ.

Указанный способ не позволяет усиливать колебания на частотах пор11дка 1 Гт и выше, так как на этих частотах толпшва воздушного зазора должна составлять менее 3 мкм, что в настоящее время представляет значительные техноло гвческке трудности для реалнзаони этого способа. Известен также способ усиления поверхвоствых акустических волн 2 , заключающийся в том, что, с целью увеличешш средней мопшоств сигнала и повышения верхней границы полосы усиливаемых частот, поток носителей электрического заряда формируют в вяде ленточного пучка в вакууме, направляют

параллельно поверхности пьезокристалла и отклоняют его от направления распространения поверхностной акустической волны в плоскости, параллельной поверхности кристалла, на угол, определяемый сооттношением

V(lVbc) COSOU г

Недостатком этого способа является то, что область углов, определяемая формулой, приведенной выше, и соответствующая усилению сигнала потоком электронов или легких ионов, очень узка О,5 ; Н весьма критична к величине напр51ження. что может затрудннть реалнзадню предложенного сшособа вследствие наличия теплового разброса скоростей в потоке и флуктуации ускоряющего напряжения. Л ежду тем расчеты показывают, что коэффициент усиления для электронов и легких 36 ионов сушественно больше, чем для тяже лых hoHOB. 1шс, например, для пучка электронов с плотностью тока 5О мА/см на частоте 1ОО МГц, удельное усиление составляет 25О дБ/см в области углов {89,8° CL 89,96°), в то время, как для ионов N с такой же плот-«- 4О дБ/см в области ностью тока «- 4О дБ/см в области vrлов 72 оС 76 ). Поэтому очевидно, что рассматриваемый способ не позволяет получать большие удельные усиления вследствие невоаможности формирования подходяшего потока электронов (так как тепловой разброс скоростей соответствующий приведенному выше интервалу углов, возможен лишь при температуре катода иг Ю К), Целью предлагаемого изобретения является возможность увел1гчения у. циента усиления и повьшения верхней гр ницы усиливаекпых частот. Поставленная цель достигается тем, что поток носителей электрического зарида формируют в скрещенных электрическом и магаитном полях в виде криволинейного пучка в плоскости, параллельной поверхности пьезоэлектрического кристалла; при этом величины напряженностей скрещенных электрического и маг иктного полей выбирают из соотношения -b. L/u Ъ cl со / Приведенное соотношение яаляется по существу условием синхрокиамг мезгэду скоростями поБерхностной акустической волны и скоростью одной из гармонйк циклотронной волны пространственного заряда криволинейного потока заряженных частип (при (7 К). При it г О осушествлйе-р ся синхронизм поверхностной акуст1гчес- кой волны с дрейфовой скоростью потока заряженных частиц. При выполнении условий синхронизма происходит эффективное взаимодействие между волной пространственного заряда н поверхностной акустической волной, результатом чего ввляется усиление последней. Предлагаемый способ может быть реализован в усилителе поверхностных акустических волн, конструкция которого схематически представлена на чертеже. Усилитель состоит из вакуумной обо- лочки 1, внутри которой размещены элек тронная нлв ионная-пушка 2 М-пша, : коллектор 3, пластина 4 из пьезоэлектри ческого материала с гладкой поверхностью ва которой раз мещены входной 5 и выходной 6 преобразователи поверхностных акустических волн, а также пара электродов 7, создаюишх однородное электростатическое поле Е, параллельные поверхности пластины. На чертеже не показана магнитная система, создающая магнитное поле В, перпеааикулярное к поверхности пластины. .. , . Входной сигнал nocrjiiaeT на входной электроакусти 1еский преобразователь 5, преобразуется в поверхностную акустическую волну. Последняя, распространяясь Вдоль поверхности пластины4 по направлению к выходному преобразователю 6, взаимодействует (через -электрическое поле) с криволинейным потоком носителей заряда, сформированным пушкой 2, электродами 7 и магнитным полем В. В ре- зуль ате взаимодействия с выходного преобразователя снимается усиленный электромагнитный сигнал. Например, если используется поверхность Jj -среза кристалла Ь i N Ъ О д , то для криволинейноро пучка электронов напряженность электрического поля Е ЗВ/см, а магнитного Гс. Предлагаемый способ позволяет создать эффективные усилители поверхностных акустических волк, так как вследствие механизма диркотронного усиления КПД такого усилителя довольно высок и лелшт Б пределах 6О-9О%. Формула изобретения Способ усилении поверхностных акустических волн, основанный на взаимодействик направленного потока носителей электрического заряда с электрическим полем волны, бегущей по поверхности пьезоэлектрического кристалла, и синхро- низащ1и скорости потока носителей электрического заряда и волньс, отличающийся тем, , что, с целью повьпиёгдая коэффициента усиления и повышения верхней границы диапазона усиливаемых частот, поток носителей электрического . заряда в скрещенных электрическом и магнитном полях в виде кривожнейного 1зучка в плоскости, парал- пепьной поверхности пьезоэлектрического кристалла, при этом величины напряжен- костей скрещенных электрического и мапнитного полей выбирают из соотношения В 1,° ( 60 / - напряженность электростатичес- .кого поля;

56275576

В - магнитная инаукоия;СО -круговая частота сигнала; Y - скорость поверхностной акустическойЛ - О,1,2,..

волны;Источники информации, принятые во

С скорость света в вакуумевнимание при экспертизе:

ри1. Lak4«K.fA.,5haw Н.1.,ЗЕЕ Trotts.

,5МТТ-17, № il, 1969, p. 912.

.2. Авторское свидетедьство СССР

-OTHOUJQHHe заряда носителя к массе; 546962, кл. Н ОЗ Н 3/О2, 1975.

1

Злемтрбнный fie/fOff