1.6. Выводы по разделу

В данном разделе были рассмотрены АЭУ их принцип работы, физический эффект лежащий в основе их работы, методы возбуждения ПАВ. Показаны наиболее распространённые устройства на объемных акустических волнах и на ПАВ, в частности АЭЛЗ.

2. Методики исследования лз

2.1. Технические параметры линий задержки на пав

Обычная ЛЗ на ПАВ (рис. 2.1.) состоит из входного и выходного встречноштыревых преобразователей, нанесенных на поверхность пьезоэлектрической среды (звукопровода), в которой могут распространяться поверхностные акустические волны с небольшим затуханием. Линии задержки на ПАВ, как правило, имеют однородные преобразователи. Под однородным преобразователем понимается преобразователь с постоянным периодом и перекрытием соседних электродов. Конструкция ЛЗ с реальными однородными ВШП изображена на рис. 2.2. В тех случаях, когда от ЛЗ требуются свойства частотной избирательности, в одном из ВШП линии задержки используется аподизация электродов (рис. 2.3.).

Рис.2.1. Линия задержки на ПАВ и способ ее включения во внешнюю цепь (ВШП показаны условно. Rн, Rг – сопротивления нагрузки

и генератора)

Аподизацией электродов ВШП обычно называют изменение взаимного перекрытия соседних электродов на длине ВШП по какому либо функциональному закону, например в виде функции Гаусса, Тейлора или какой-либо другой физически реализуемой функции. Характеристика ЛЗ во временной области показана на рис. 2.4. Если в момент времени t₀ на вход ЛЗ подать ко-

Рис. 2.2. Плата линии задержки с неаподизованными электродами в ВШП; (p – полупериод следования электродов)

Рис.2.3. Плата линии задержки, обладающей свойствами фильтра (преобразователь, подключенный к генератору, имеет аподизованные по функции Тейлора электроды)

роткий импульс длительностью τ_и ~1/Δf , где Δf – ширина полосы рабочих частот ЛЗ по уровню 3 дБ, то на выходе ЛЗ появится задержанный импульс, имеющий форму, близкую к входному. Время задержки в ЛЗ на ПАВ обычно составляет от долей микросекунды до сотен микросекунд. В тех случаях, когда от ЛЗ требуется относительно широкая полоса рабочих частот с небольшой неравномерностью коэффициента передачи (рис. 2.5, б), используются ВШП дисперсионного типа. В ВШП дисперсионного типа период электродов меняется вдоль структуры по определенному закону. Принципиальным является тот факт, что оба преобразователя в такой ЛЗ должны быть идентичными. Возможные частотные характеристики ЛЗ изображены на рис. 2.5, а и 2.5, б. Основными параметрами ЛЗ являются следующие: – время задержки сигнала в ЛЗ; – полоса рабочих частот – центральная частота; – коэффициент передачи; – вносимые ЛЗ потери; – уровень ложных сигналов.

Рис. 2.4. Характеристика ЛЗ во временной области:1 – импульс на входе ЛЗ; 2 – задержанный импульс на выходе ЛЗ; 3 «трехпролетный» задержанный импульс на выходе ЛЗ (один из возможных видов ложных сигналов в ЛЗ). A0 – вносимые потери, A– уровень ложного сигнала

Время задержки t₃ определяется временем распространения сигнала от входного преобразователя до выходного преобразователя

T₃ = L / V_ПАВ (2.1)

где L – расстояние между центрами преобразователей; V_ПАВ – скорость распространения ПАВ в материале звукопровода. Например, для наиболее распространенных в акустоэлектронике материалов, таких как ниобат лития YZ-среза V_ПАВ = 3488 м / с, а для кварца ST среза – 3158 м / с. Полоса рабочих частот Δf обычно определяется как разница между верхней и нижней частотами полосы рабочих частот ЛЗ на уровне –3 дБ (что соответствует 0,707) от максимального значения модуля коэффициента передачи устройства (см. рис. 2.5, а):

Δf = fв–fн, (2.2)

где fн– нижняя частота полосы рабочих частот, fв – верхняя частота полосы рабочих частот.

Центральная частота есть средняя частота полосы рабочих частот:

f₀ = (fв+fн) / 2 (2.3)

Рис. 2.5 Амплитудно-частотные характеристики линий задержки. а - АЧХ узкополосной ЛЗ вида, приведенного на рис.2.2, б - АЧХ

широкополосной ЛЗ с преобразователями дисперсионного типа

Коэффициент передачи четырехполюсника определяется как отношение комплексных амплитуд сигналов на выходе и входе устройства:

(2.4)

где φ(ω) – фазо-частотная характеристика устройства; ,

– напряжения на входе и выходе устройства. Модуль коэффициента передачи имеет специальное название – амплитудно-частотная характеристика и, выраженный в децибелах, определяется следующим образом:

(2.5)

Другое определение коэффициента передачи четырехполюсника опирается на понятие матрицы рассеяния Sij . Параметр S21матрицы рассеяния имеет смысл коэффициента передачи и определяется как Центральная частота есть средняя частота полосы рабочих частот:

где a1, b2, a2 – комплексные амплитуды падающей, прошедшей и отраженной от нагрузки волн, соответственно. Следует отметить, что большинство современных приборов, пригодных для измерения электрических параметров устройств на ПАВ, измеряют параметры матрицы рассеяния. Центральная частота простейшей ЛЗ f₀ и полупериод следования электродов ВШП p (см. рис. 2.5, а) связаны приближенным соотношением

f₀ ≈ V_ПАВ /(2p) (2.6)

где V_ПАВ – скорость ПАВ в звукопроводе. Относительную полосу рабочих частот ЛЗ с однородными ВШП (без аподизации электродов ВШП, рис. 2.2) можно приближенно оценить по соотношению

Δf /f₀ ≈1/(2N) (2.7)

где N – число электродов в одном ВШП. Вносимые потери A₀ определяются как максимальное значение коэффициента передачи устройства в полосе рабочих частот (см. рис.2.5, а), выраженное в децибелах:

(2.8)

У широкополосных ЛЗ, имеющих плоскую АЧХ, вносимые потери определяют как среднее значение модуля коэффициента передачи устройствзаданной полосе частот вблизи f₀ (см. рис. 2.5, б).[3]