1.5. Принцип работы аэлз

Основным преимуществом ЛЗ на ПАВ являются их небольшие габариты, достаточно широкий диапазон частот (до 109 Гц), хорошая температурная стабильность (-10 °С ) свойства обусловлены, прежде всего, особенностями ПАВ, а именно невысокой скоростью распространения, бездисперсионностью, эффективным преобразованием электрической энергии в акустическую и наоборот. Линии с однократной задержкой сигнала предназначены для однократного или единичного съема информационного сигнала и должны обеспечивать заданную задержку и Формирования АЧХ-сигнала с максимальной точностью в пределах широкого диапазона температур. Конструктивное решение линии задержки определяется требуемым временем задержки сигнала, а полоса пропускания выбранной топологией ВШП . Исход из обобщенной модели изделия функциональной электроники, заметим, что в качестве континуальной среды в ЛЗ чаще используются кварц Г-среза (ST), ниобат лития, германат висмута. Выбор конкретного материала осуществляется на основе энергетического критерия, позволяющего обеспечить минимальные потери, или на основе критерия температурной стабильности параметров. Генератором динамических неоднородностей в виде ПАВ служит ВШГТ, как правило, неаподизированный и эквидистантный. Расчет ВШП ПАВ производится исходя из принципа оптимального энергетического согласования в полосе частот. Проще было бы согласование произвести на центральной частоте — частоте акустического синхронизма. Поэтому необходимо обеспечить в акустическом.[5]

Основным конструктивным элементом любого акустоэлектронного устройства на ПАВ является преобразователь. Для возбуждения и приема ПАВ предложено множество способов, которые сводятся к созданию пространственно-периодической системы переменных упругих деформаций на поверхности твердого тела. Наиболее простым и эффективным является возбуждение и прием ПАВ с помощью ВШП, представляющего собой двухфазную решетку и состоящего из двух гребенок тонкопленочных металлических электродов, вложенных друг в друга и расположенных на поверхности звукопровода. Каждая пара электродов такого преобразователя вследствие обратного пьезоэффекта возбуждает две полезные бегущие поверхностные волны, распространяющиеся во взаимно противоположных направлениях, и несколько паразитных объемных мод, распространяющихся под углом к поверхности звукопровода. Суммарная ПАВ на выходе передающего ВШП является суперпозицией парциальных волн, амплитуды которых зависят от величины перекрытия излучающих пар, электродов, а фазы определяются взаимным положением последних. Наибольшая интенсивность возбуждения ПАВ наблюдается при условии акустического синхронизма, когда период подводимого сигнала соответствует периоду решетки преобразователя. Изменяя топологию (число электродов, их пространственный период, длину, ширину и т. п.), можно варьировать частотные характеристики ВШП. Простота реализации разнообразных частотных характеристик ВШП и предопределила широкое его использование при построении фильтров ПАВ.[6]

Встречно-штыревые преобразователи представляют собой основу ЛЗ на ПАВ. Они состоят из вставленных друг в друга гребенок металлических электродов, каждая из которых соединена с общей контактной шиной. ВШП наносятся фотоспособом на хорошо отполированную поверхность тщательно сориентированного пьезоэлектрического кристалла. При приложении к контактным шинам напряжения установившееся распределение электрического поля между электродами имеет пространственный период электродов. Вследствие пьезоэлектрической связи это сконцентрированное вблизи поверхности поле порождает соответствующее распределение упругой деформации. Преобразование локализованного у свободной поверхности электрического поля в поверхностную акустическую волну может быть сделано достаточно эффективным. Очевидно также, что эффективность такого преобразования максимальна в том случае, когда время распространения поверх­ностной волны на расстояние, равное одному периоду преобразователя, равно одному периоду возбуждающей радиочастоты. Эта частота называется синхронной частотой.[7]

Рис.1.4 Однородный периодический встречно-штыревой преобразователь с одинарными электродами

Основными требованиями, предъявляемыми к устройствам, осуществляющим задержку электрических сигналов в современной радиоэлектронной аппаратуре, являются большой диапазон задержки, рабочих частот, широкая полоса пропускания и низкое затухание. Из известных типов линий задержки ЛЗ на ПАВ наиболее полно удовлетворяют перечисленным требованиям. Они обеспечивают задержку сигнала в пределах 0,0001... • 1 мс. Полная интегральность конструкции и низкие (в большинстве случаев10… 30 дБ) потери являются еще одним существенным преимуществом этих линий.

В качестве звукопровода ЛЗ используются обычно пьезоэлектрические материалы. Наибольшее распространение получил пьезокварц: в последнее время все чаще применяются ниобат лития (LiNb03) и германат висмута (Bi12Ge02o), пьезокерамика. В табл. 1.1 приведены параметры основных пьезоэлектрических материалов, необходимые в процессе выбора материала звукопровода ЛЗ и расчета ее параметров.

Материал звукопровода для ЛЗ выбирают исходя из конкретных задач. Если требуется получить максимальную задержку сигнала, предпочтение отдается материалам с высокой «удельной задержкой».

Из табл. 1.1 следует, что к таким материалам относятся германат висмута и пьезокерамика. Применение в качестве звукопровода ЛЗ этих материалов позволяет минимизировать длину звукопровода при той же задержке

Tаблица 1.1.

Параметры пьезоэлектрических материалов

сигнала. Однако не следует полагать, что мак­симальная задержка сигнала может быть получена именно с помощью материалов с большой погонной задержкой. В процессе синтеза пьезоэлектрических мате­риалов в зависимости от ориентации среза и типа материала получают образцы ограниченной длины. Например, пьезокварц (У —20°; X) может иметь длину до 500 мм и более, что соответствует задержке 160 мкс.

Германат висмута среза (001) с направлением распространения в настоящее время выращивается длиной до 100...150 мм, что соответствует за­держке 60...90 мкс. Таким образом, следует учитывать как погонную задержку, так и максимальную длину образцов выбранного материала.

Приведенные рассуждения относятся к классической схеме построения двухотводной линии задержки. Такая ЛЗ содержит входной преобразователь ПАВ и расположенный с ним в общем акустическом потоке на поверхности звукопровода выходной преобразователь. Акустическая волна распространяется по прямолинейной траектории и задержка сигнала определяется отноше­нием расстояния между преобразователями к скорости ПАВ.

Известны также линии задержки на ПАВ, в которых направление акустической волны в процессе распространения многократно изменяется. Эти линии, обеспечивающие гораздо большую задержку, по аналогии с объемно-волновыми ЛЗ можно назвать многозаходными.[7]