Исследование влияния подтрава, ошибок угловой ориентации и технологических процессов на частотные характеристики фильтров и резонаторов. Андреев И.В., Андреев А.И

Тогда после подстановки t = tn = nT0 в формулу (2.4) получаем выражение для весовых коэффициентов

An = h(tn) = h(nT0), (12)

которые представляют выборки импульсного отклика комбинации трансверсального с идеальным полосовым фильтром.

Для импульсного отклика следует, что

и временного интервала между выборками можно записать

где Nv – число выборок за период; fv = 1/Tv – частота выборок.

Тогда для предельной частоты можно записать fm = 1/T0. При умножении импульсной характеристики на некоторую весовую функцию W(t) имеем с ее подстановкой

при t = tn

где H*(j(2f – f0)) – представляет комплексносопряженную величину. Тогда импульсный отклик в соответствии с обратным преобразованием Фурье равен

действительной величиной, а положение электродов определяется формулой:

19

в данном случае период дискретизации T0 =1/2f0, который получается при числе выборок Nv = 2 и fv = f0. В этом случае весовые коэффициенты с учетом умножения на весовую функцию принимают вид

где c – нормировочный множитель. При другом числе выборок величина An не является действительной величиной. Таким образом. влияние подтрава bпроявляется в изменении положения значений импульсной характеристики для каждого электрода, что изменяет передаточную характеристику отдельного преобразователя

3.ВОПРОСЫ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ

1.Как влияет дифракция на параметры частотных характеристики фильтров?

2.Чем определяется технология изготовления фотошаблонов?

3. Как связаны компоненты передаточной характеристики ВШП с отклоненнями размеров электродов из-

основные параметры фильтра?

6. От чего зависит перекрытие электродов и как влияет на нее технология?

20

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание № 1. Определить будет ли влиять дифракции на параметры фильтра, содержащего два ВШП –аподизованный и неподизованный нацентральную частоту f=57.2 МГц с апертурами, равными 2 мм.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания следует считать, что для полосового фильтра ПАВ общая АЧХ равна произведению АЧХ отдельных преобразователей

H( f ) H1( f ) H2( f ),

где H1( f ) и H2( f )- аплитудно-частотные характеристики отдельных преобразователей. Если один преобразователь сделать широкополосным и считать, что для негоH2( f )=1, тогда общая АЧХ фильтра будет олределяться характеристикой входного преобразователя. Для выполнения задания выбрать аподизованный преобразователь с оконной функцией Хемминга. По формуле (1) выполнить расчет F и определить соответствует значение F зоне Френеля, если расстояние между преобразователями равно 2 мм или 10 мм, а качестве подложки используется кварц STсреза. Найденные значения занести в отчет

Задание № 2. Определить отклонение амплитудночастотной характеристики полосового фильтра, содержащего аподизованный и неаподизованный преобразователи с учетом технологических отклонений при подтраве.

Методические указания по выполнению второго задания

При выполнении задания учесть, что на частотную харатеристику влияет отклонение длины электродов при травлении и отклонение ширины электродов при травлении..

21

Для нахождения реальных значений воспользоваться соотношениями (1-5) и по программе провести расчет для разных значений величины подтрава и апертур. В заготовку отчета занести файлы, учитывающие влиянме подтрава на частотные характеристики фильтров на кварце STсреза.

УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАДАНИЯМ

1.Какие выбираются акустопоглощающие материалы и чем они характеризуются при изготовлении фильтров ПАВ?

2.Охарактеризуйте основные технологические

процессы, используемые при изготовлении фильтров на ПАВ?

3. Как производится корпусирование фильтров и какие при этом используются корпуса представляется с учетом технологии их изготовления?

4.Охарактеризуйте методы изготовления встречноштыревых структур для фильтров ПАВ.

5.Чему равны координаты левого и правого краев электродов с учетом травления?

6.Как изменяется АЧХ фильтра при уменьшении апертуры до значения одной длины волны?

22

7. Каким образом изменяются длина, ширина, положение электродов, скорость ПАВ и коэффициент электромеханической связи с учетом травления?

8. Чем характеризуется технологический процесс подготовки материалов звукопровода для изготовления фильтров на поверхностных акустических волнах?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЗАИМНОЙ

ОРИЕНТАЦИИ ВСТРЕЧНО-ШТЫРЕВЫХ ПРЕОЬРАЗОВАТЕЛЕЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОШИБОК ПАВ-СТРУКТУР ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРОВ

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1.1.Цель работы

характеристики фильтров и резонаторов, рассмотреть влияние технологических ошибок ПАВ-структур, связанных с

Основным содержанием практической части работы является изучение отклонения заданных технических

фильтров на поверхностных акустических волнах.

23

В работе рассматривается методика определения отдельных параметров фильтров с учетом технологических особенностей их изготовления, рассматривается изменение емкости преобразователя от. ошибок изготовления. В процессе работы необходимо соблюдать общие правила по технике безопасности при работе с электроустановками с напряжением до 1000 В.

2. ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание № 1. Изучить влияние взаимного расположения преобразователей на частотные характеристики фильтров на поверхностных акустических волнах. и их связь с основными параметрами. В заготовку отчета занести основные расчетные соотношения.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания изучить материал [1, с. 43-53; 2, c. 248-265]. При проработке материала следует учитывать, что кроме разооринтации срезов звукопроводов искажения частотных характеристик вызывают погрешности, определяемые взаимным расположением преобразователей. Эти погрешности могут возникать при мультиплицировании преобразователей фильтров или резонаторов с различных парциальных шаблонов, и приводит к изкажению фронта излучаемых ПАВ, а также к энергетическим потерям. На рис.1 показано расположение приемного ВШП2, повернутого на угол β и смещенного на величину g cosβ относительно фронта однородной ПАВ, излученной ВШП1. Для анализа удобно использовать новую систему координат X1O1Y1, повернутую на угол β относительно основной системы XOY. В новой системе координат набег фазы в y1 –й точке ВШП2 составляет:

(y1) (2 / )(y1 y)sin

24

В результате АЧХ фильтра с двумя преобразователями, один из которых повернут на угол β принимает вид

H( ) 2H1 ( ) H2 ( ) cos( ) c2 (W1/W2)( 1c2 (1 cos c ))(1)

Рис. 4. Расположение преобразователей ВШП1 и повернутого приемного ВШП2

Анализ этого выражения показывает, что множитель W1/W2 определяет потери, связанные с различием апертур передающего и приемного преобразователей. множитель W1cosβ является эффективной апертурой преобразователя ВШП2 и характеризует потери, вызванные угловой

определяет потери, обусловленные, смещением ВШП2 относительно центральной оси излучения ПАВ, функция

25

график которой, показан на рис. 2 и обращается в нуль приc 2 m, m=1, 2, 3…n и связана с фазовыми ошибками,

вызванными разворотом ВШП2 относительно фронта принимаемой волны.

Рис. 5. Зависимость функции E от угла φс

Задание № 2. Изучить влияние погрешности ПАВструктур преобразователей на выходные параметры фильтров ПАВ с использованием вероятностного метода и определить отклонения частотных характеристик фильтров. В заготовку отчета занести основные расчетные соотношения.

Методические указания по выполнению второго задания

При выполнении задания изучить материал /1 с. 43-53; 2 c. 248-256/. При проработке материала следует учитывать, что вероятностный метод дает несколько расширенное поле допуска, но позволяет определить характер влияния частных погрешностей.

Поэтому для обобщения рассмотрим основные расчеты допусков по вероятностному методу. С учетом

26

технологических погрешностей передаточная функция фильтра ПАВ, состоящего из двух преобразователей: одного широкополосного и другого полосозадающего (аподизованного) ВШП, записывается в виде

(расположения) электродов и скорости ПАВ соответственно. Длина электродов yn изменялась пропорционально функции аподизации Ф(n) h(tn ) w(tn ), полученной по методу прямой свертки импульсной характеристики h(tn ) преобразователя с различными весовыми коэффициентами w(tn ) . Считая, что

передаточная функция фильтра определяется аподизованным ВШП, получим

получаем уравнение функции влияния скорости ПАВ на АЧХ фильтра

Для функции влияния периода электрода 2Ln ПАВ-

структур, т.е. положения xn электродов

27