Отражательные решетки

Отражательные решетки ПАВ являются основным элементом резонаторов на ПАВ. Они образуются периодическими нарушениями структуры поверхности пьезокристалла и представляют собой распределенный отражатель с пространственным периодом, равным обычно половине рабочей длины ПАВ. Каждый из его элементов отражает лишь малую часть падающей на него акустической волны. Однако за счет синфазного сложения большого числа отраженных частичных волн общий коэффициент отражения на рабочей частоте получается близким к единице, но и существенно частотно - зависящим, так как синфазное сложение возможно лишь вблизи рабочей частоты решетки.

Неоднородности структуры поверхности пьезокристалла, необходимые для реализации отражающих решеток, можно создать разными способами, например, нанесением на его поверхность проводящих или непроводящих полосок. В первом случае металлические полоски закорачивают электрическое поле в той части поверхности пьезокристалла, на которую они нанесены, что, в основном, и вызывает локальное изменение скорости ПАВ. Во втором случае неоднородность создается за счет внесения дополнительной массовой нагрузки на поверхность пьезокристалла. Нарушение структуры поверхности может быть также создано путем травления или фрезерования канавок.

Рисунок 16 - Пример отражающих элементов. 1 - проводящие полоски, 2 – непроводящие полоски, 3 – канавки.

Рассмотрим действие распределенного отражателя на модели отражательной решетки, выполненной в виде неоднородной линии передачи ПАВ, характеристическое сопротивление которой периодически скачком изменяется от Z₀₁ до Z₀₂.

Рисунок 17 - Модель отражательной решетки

Z=Z₀₂/Z₀₁=1+;  - параметр рассогласования.

Данная отражательная решетка имеет модуль коэффициента отражения  равный:

= ; ²= sh (N₀) при ²0

²= sin (N₀) при ²0

= ; ²=²sin²(t) -² ; =(-₀)/ _с ;

N₀ – количество отражающих полосок;

_с – центральная частота отражения (резонансная).

Выражения получены для расстроек, удовлетворяющим условию ||<=0.4 и 0.3<t<0.7

Рабочая частота отражательной решетки определяется выражением:

_с= ( - )^-1  

d - период решетки;

V, V_m – скорости на свободной поверхности и металлизированной поверхности.

Максимальное значение (₀) коэффициент отражения принимает, когда отражение от каждой полоски акустической волны складывается синфазно.

₀=|th(N₀ sin(t))|

₀

Рисунок 18 - Зависимость модуля коэффициента отражения на центральной частоте от количества отражающих элементов при =0.004

Конструкции резонаторов

Резонатор ПАВ представляет собой пьезозвукопровод, на концах которого располагаются две обычно одинаковые отражающие решетки.

Решетки действуют как распределенные отражатели, между которыми образуется резонансная полость. Энергия колебаний подводится и выводится из резонансной полости ВШП, которых может быть один или два. В первом случае резонатор называют одновходовым , а во втором - двухвходовым.

Добротность резонаторов на ПАВ достигает 5*10⁵ а рабочие частоты достигают 10 ГГц.

Рисунок 19 - Резонаторы на ПАВ:

а) одновходовой, б) двухвходовой; 1- отражательная решетка,

2- пьезокристал, 3- преобразователь

- резонансная полость резонатора.

Ниже приводятся материалы из фирменных документаций на ПАВ резонаторы.

Рисунок 20 – Топологии резонаторов на ПАВ и их электрические эквивалентные схемы

а) одновходовой резонатор

б) двухвходовой резонатор

в) связный резонатор

Связанный резонатор (рис. 20.в) представляет собой два одновходовых резонатора, между которыми установлена слабая связь, позволяющая энергии колебаний проникать из одной резонансной структуры в другую.

Применение связанный резонаторов в управляемых генераторах позволяет расширить диапазон перестройки частоты их.