Учебное пособие 495
.pdfAg ( ) A( ) (1 ( |
A( ) |
)). |
(9) |
|
|||
|
A( ) |
|
|
Надо заметить, что анализ влияния технологических обрывов ранее проводился с использованием доли дефектных электродов q An / A, где An число дефектных электродов.
Задание № 3. Изучить влияние погрешности изготовления структур преобразователей на параметры статической емкости преобразователей ПАВ и фазовой скорости тонкопленочных ПАВ-структур электродов. В заготовку отчета занести основные расчетные соотношения.
Методические указания по выполнению третьего задания
При выполнении задания изучить материал [1, с. 43-53; 2, c. 248-256] и рассмотреть зависимости статической емкости от основных параметров: апертуры, числа электродов и статической емкости на один электрод. Параметром пьезоэлектрического кристалла, влияющим на согласование преобразователя ПАВ с внешними электрическими цепями, является относительная диэлектрическая проницаемость p .
Статическая емкость преобразователя CT связана с относительной диэлектрической проницаемостью соотношением
CT |
( p |
1) C0 |
, |
(10) |
|
2 |
|||
|
|
|
|
где C0 – емкость электродной структуры преобразователя
в вакууме. С относительной диэлектрической проницаемостью связан важный для практических расчетов параметр – погонная емкость пары электродов преобразователя C2 . Этот параметр зависит от коэффициента металлизации преобразователя (т. е. от отношения ширины металлического электрода к ширине зазора между электродами) и не зависит от рабочей частоты преобразователя. Общая статическая
29
емкость всего преобразователя может быть определена по формуле
CT N W C2 , |
(11) |
где N – число |
пар электродов преобразователя; W – |
апертура преобразователя. Иногда задается погонная емкость одного электрода (для однофазного преобразователя) или смежной пары электродов (для двухфазного преобразователя), по которой также можно определить статическую емкость всего преобразователя. Технологический процесс изготовления приводит к погрешностям и отклонению статической емкости. Тогда емкость изменяет свое значение под воздействием погрешностей изготовления
CT CT N (W W) (C2 C2 ), |
(12) |
где W и C2 - погрешности изготовления апертуры и погонной емкости. Преобразователь ПАВ можно представить в виде эквивалентных электрических схем, приведенных на рис. 3, одним из элементов которых является статическая емкость. Величины Ra , Xa ,Ga ,Ba отображают соответственно
активное и реактивное сопротивление излучения в последовательной схеме и активную и реактивную проводимости излучения преобразователя в параллельной схеме. Знание статической емкости необходимо при расчете входного сопротивления преобразователей и рассмотрении вопросов согласования устройства с внешними цепями.
а) б)
Рис. 6. Последовательная (а) и параллельная (б) электрические эквивалентные схемы двухфазного ВШП
30
Линейные размеры устройств также связаны с длиной волны и на практике составляют величину порядка 100 длин волн. Поэтому для низкочастотных устройств на ПАВ (на частотах менее 10–100 МГц) целесообразно выбирать материалы с небольшой скоростью распространения (менее 1000–2000 м/с). Фазовые скорости ПАВ на свободной V и металлизированной поверхности Vm ПАВ-структур отличаются друг от друга (Vm < V). Уменьшение скорости на металлизированной поверхности вызвано закорачиванием электрической составляющей поля и приводит к изменению характеристик акустической волны. Фазовая скорость ПАВ в тонких (h/λ0<< 1, h – толщина пленки) токопроводящих пленках зависит не только от материала поверхности, но и от толщины пленки /1/.
V VM |
(1 C1 h/ 0 ), |
(13) |
где 0 |
– длина волны |
на свободной поверхности; h – |
толщина пленки; C1 – константа. Для алюминиевой пленки на подложке из ST!- варца значение C1 = 0,183, а на подложке из ниобата лития YZ-среза C1 = 0,287. Наличие погрешностей приводит к отклонению скорости из-за изменения толщины напыляемой пленки.
V V VM (1 C1 (h h)/ 0 ) , |
(14) |
где V изменение скорости за счет отклонения толщины пленки. h.
Иногда важно не только номинальная величина скорости, но и возможный разброс ее значений. Так, в некоторых случаях к точности воспроизведения заданных характеристик устройств предъявляются повышенные требования ( дисперсионные линии задержки, генераторы ПАВ), поэтому одним из определяющих свойств подложки становится точность воспроизведения скорости ПАВ.
Например, для кварца точность воспроизведения заданного значения скорости составляет не менее 5 105 , а для
31
кристаллов ниобата лития относительный разброс значения скорости примерно 1 103 .
3.ВОПРОСЫ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ
1.Как определяется частотная характеристика фильтра ПАВ при повороте одного из преобразователей на некоторый угол?
2.От чего зависят фазовая скорость ПАВ?
3. |
Как |
изменится фазовая скорость при |
технологическом |
разбросе толщины пленки? |
|
4.От чего зависит общая статическая емкость всего преобразователя фильтра на ПАВ?
5.Как изменится статическая емкость под воздействием погрешностей изготовления встречноштыревых преобразователей?
6.От чего зависит квадрат коэффициента электромеханической связи и как он влияет на скорость на металлическом электроде?
7.Какие существуют эквивалентные схемы двухфазного
ВШП?
4.ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
Задание № 1. Определить изменение частотной характеристики H(ω) полосовых фильтров при изменении взаимного расположения преобразователей.
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 ) F( ,W),
где H1( f ) и H2( f )- аплитудно-частотные характеристики отдельных преобразователей, а функция
32
F( ,W) учитывает угловую разоориентацию взаимного расположения преобразователей. При изменении взаимного расположения преобразователей следует воспользоваться выражением (2). Обычно угловая точность β ориентации
преобразователей |
составляет |
0.10 . |
Выбирая |
апертуры |
W1 W2 20 0 |
расстояние |
между |
преобразователями |
|
l 300 0 , рассчитать g lcos |
и c , |
а далее |
определить |
|
потери, связанные с разориентацией преобразователей по формуле (2).
Увеличить угловую ошибку до 20501 и повторить расчеты H( ). Результаты значений вносимых потерь за счет разоориентации занести в отчет.
Задание № 2. Определить как изменится передаточная функция фильтра, с учетом функции влияния скорости, периода, положения и длины электродов ПАВ-структур, используя вероятностный метод.
Методические указания по выполнению второго задания
При выполнении задания учесть, что передаточная функция фильтра определяется только аподизованным ВШП в соответствии с формулой (4). Определить функции влияния скорости, периода, ширины и длины электрода. воспользовавшись соотношениями (5-?) и учесть их влияние на расчет производственных допусков. При расчете учесть, что отклонение по скорости ПАВ составляет 1м/c для подложек из кварца ST-среза и 15 м/c для подложек из YXl/128 – среза ниобата лития. Отклонения по координате X не превышают 0.5 мкм , отклонения по координате Y составляют 1 мкм. Учесть, что количество дефектных электродов равно 3-5. Результаты расчета занести в отчет
33
Задание № 3. Определить статическую емкость преобразователя и изменение ее значений при технологических погрешностях изготовления для фильтра ПАВ В качестве материалов подложки выбрать кварц STсреза.
Методические указания по выполнению третьего задания
Вкачестве преобразователя выбирался аподизованный ВШП, содержащий неоптимальное число электродов N1=722 для кварца ST-среза..
Измерение статической емкости отдельных фильтров выполнить с помощью измерителя добротности Е 4-7. Для небольшой партии найти среднее значение и дисперсию. Оценить насколько изменится статическая емкость при отклонении апертуры на 2 мкм и погонной емкости на 0.2 пФ/мм.
Определить на сколько изменится фазовая скорость ПАВ-структур преобразователя при увеличении толщины пленки отдельных электродов на 0.02 мкм.
Взаготовку отчета занести измеренные величины и расчетные значения.
УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА Отчет оформляется в соответствии с требованиями к
лабораторной работе № 3. Титульный лист выполняется в виде отдельной обложки на все работы, в которую вкладывается отчет.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАДАНИЯМ
1.Как определяется функция влияния скорости на передаточную характеристику фильтра ПАВ?
2.Охарактеризуйте основные технологические параметры, влияющие на передаточную функцию фильтра?
34
3.Как задаются функции влияния по координатам X и Y отдельных электродов структуры и их влияние на передаточную функцию полосозадающего преобразователя?
4.Как производится расчет производственных допусков вероятностным методом и запишите уравнение для расчета половины поля допуска для АЧХ фильтра при условии отсутствия корреляционных связей?
5.Чему равны действительные значения АЧХ фильтра с учетом влияния производственных погрешностей по вероятностному закону?
6.Как рассчитывается с учетом технологических
погрешностей передаточная функция фильтра ПАВ из двух преобразователей?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Андреев, И.В. Устройства частотной селекции на поверхностных акустических волнах для беспроводных и мобильных технологий [Текст]: учеб. пособие / И.В. Андреев, А.И. Андреев. – Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. – 168 с.
2. Орлов, В.С. Фильтры на поверхностных акустических волнах [Текст] / В.С. Орлов, В.С. Бондаренко. – М.: Радио и связь, 1984. – 272 с.
3.Морган Д. Р. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах [Текст]: пер. с англ. / Д. Р. Морган. – М.: Радио и связь, 1990. – 416 с.
4.Балышева, О.Л. Материалы для акустоэлектронных устройств [Текст]: учеб. пособие / О.Л. Балышева. – СПб.:
ГУАП, 2005. – 53 с.
35
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа № 3. Исследование влияния подтрава, ошибок угловой ориентации и технологических процессов изготовления на частотные характеристики фильтров и резонаторов……………………………………..1
1.Общие указания по выполнению работы……………….1
1.1.Цель работы……………………………………………...1
1.2.Общая характеристика работы………………………...1
2.Домашнее задание и методические указания по их выполнению……………………………………………………..2
3. |
Вопросы к домашнему заданию |
.........................................20 |
|
4. |
Лабораторные задания и методические указания по их |
||
выполнению………………………………………………......21 |
|||
5. |
Контрольные вопросы к лабораторным заданиям........22 |
||
Лабораторная работа № 4. Исследование влияния |
|||
взаимной |
ориентации |
встречно-штыревых |
|
преобразователей и технологических ошибок ПАВ- |
|||
структур при изготовлении фильтров…………………….23 |
|||
1.Общие указания по выполнению работы……………….23
1.1.Цель работы……………………………………………...23
1.2.Общая характеристика работы…………………………23
2.Домашнее задание и методические указания по их выполнению……………………………………………………24
3. Вопросы к домашнему заданию......................................... |
32 |
4.Лабораторные задания и методические указания по их выполнению……………………………………………………32
5.Контрольные вопросы к лабораторным заданиям…….34 Библиографический список………………………………….35
36
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОДТРАВА, ОШИБОК УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НА ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЛЬТРОВ И РЕЗОНАТОРОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных работ № 3, 4 по курсу «Технология изготовления полосовых и режекторных фильтров с использованием ПАВ и MEMS-структур» для студентов направления 211000.68 «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» (магистерская программа подготовки «Информационные технологии
проектирования электронных средств, выполненных по субмикронной технологии») очной формы обучения
Составители: Андреев Игорь Викторович Андреев Александр Игоревич
В авторской редакции
Подписано к изданию 02.12.2014. Уч.- изд. л. 2,2.
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14