Учебное пособие 670

Таким образом, изменение температуры приводит к изменению масштаба частоты АЧХ и ФЧХ в (1+ε) раз.

В качестве справочных данных для материалов в литературе обычно приводятся ТКЗ и ТКС или один из этих коэффициентов. Иногда используется третий коэффициент – температурный коэффициент частоты (ТКЧ)

Величины ТКЗ, ТКС и ТКЧ связаны между собой /2/. Обычно материалы с большим значением коэффициента электромеханической связи имеют худшую температурную стабильность (т. е. большие значения ТКЗ).

Большое значение коэффициента электромеханической связи показывает, что механические свойства более чувствительны к изменениям температуры.

Очевидно, что при жестких требованиях к температурной стабильности устройств предпочтительнее использовать материал с малым значением ТКЗ и ТКС.

3.Вопросы к домашнему заданию

1.Как влияет угол разоориентации кристалла на скорость поверхностной акустической волны?

2.Поясните температурную зависимость относительного изменения времени задержки для кварца ST-среза.

3.От чего зависит скорость на металлизированной поверхности пленки?

4.Как определяется температурный коэффициент задержки?

5.От чего зависит акустическая добротность и добротность излучения?

6.Как зависит величина вносимых потерь от максимально возможной относительной ширины полосы пропускания для кварца и ниобата лития?

18

7. От чего зависит температурный коэффициент задержки акустоэлектронных устройств?

8. Как определяется температурный коэффициент скорости для фильтров ПАВ?

9. Из каких соотношений выбирается оптимальное число пар электродов встречноштыревого преобразователя?

10. Как определяют углы разооринтации при технологическом разбросе для кварца и ниобата лития, к чему приводят погрешности угловой разоориетации?

4. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению

Задание № 1. Определить на сколько изменится скорость ПАВ и центральная частота узкополосного и широкополосного фильтра с двумя встречноштыревыми преобразователями при разоориентации звукопровода на 301, 10 и 100. В качестве материала звукопровода выбрать кварц STсреза и ниобат лития.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания необходимо воспользоваться зависимостями определяемые формулами (2), (3) и учесть влияние разоориентации на скорости ПАВ для узкополосного и широкополосного фильтра. Провести расчет в отклонении скорости за счет разоориентации подложки для различных угловых отклонений.

Для определения ухода центральной частоты фильтра из-за технологической разоориентации среза расчет сделать по программе для фильтра на частоту 57.2 МГц и полосой 0.28 МГц по уровню 3 дБ. Результаты расчетов занести в отчет.

Задание № 2. Определить отклонение амплитудночастотной характеристики полосового фильтра, содержащего аподизованный и неаподизованный преобразователи, при технологическом обрыве 10 электродов отдельных преобразователей.

19

Указания по оформлению отчета

Отчет оформляется в виде пояснительной записки на листах формата А4 (210 х 297 мм). Необходимо дома подготовить заготовку по всей работе. Заготовка должна содержать все пункты домашних заданий и результаты их выполнения, цель и содержание работы, все пункты лабораторных заданий и свободные места для их выполнения.

Титульный лист выполняется в виде отдельной обложки,

вкоторую вкладывается отчет.

5.Контрольные вопросы к лабораторным заданиям

1.Как влияют обрывы электродов на параметры фильтра с двумя преобразователями?

2.Охарактеризуйте основные параметры топологии структуры ВШП с расщепленными и нерасщепленными

3.Как определяется коэффициент электромеханической

связи?

4.Охарактеризуйте температурный коэффициент частоты и температурную зависимость частоты для кварца STсреза?

5.Чем обусловлен выбор материала звукопровода при изготовлении узкополосных фильтров и резонаторов?

6.Как влияет температура на АЧХ и ФЧХ фильтра?

7.Какие материалы используются для изготовления электродов ВШП и их основные свойства?

21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПОГРЕШНОСТЕЙ СТРУКТУР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПО МЕТОДУ МОНТЕКАРЛО

1.Общие указания по выполнению работы

1.1.Цель работы

поверхностных акустических волнах по методу Монте-Карло, рассмотреть основные статистические характеристики технологических погрешностей и их влияние на амплитудночастотные и фазочастотные характеристики фильтров вопросы изменения технических характеристик фильтров на поверхностных акустических волнах.

1.2. Общая характеристика работы

Основным содержанием практической части работы является изучение отклонения заданных технических характеристик фильтров, связанных с влиянием технологических погрешностей структур преобразователей на параметры фильтров на поверхностных акустических волнах по методу Монте-Карло. В работе рассматривается методика определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик фильтров и их связь с основными параметрами фильтров с учетом технологических особенностей их изготовления и статистические характеристики технологических погрешностей.

Для измерения экспериментальных характеристик фильтров используется измеритель АЧХ и приспособление для установки фильтра в измерительную ячейку.

В процессе работы необходимо соблюдать общие правила по технике безопасности при работе с электроустановками с напряжением до 1000 В.

22

2. Домашнее задание и методические рекомендации по их выполнению

Задание № 1. Изучить случайные отклонения основных параметров фильтров на поверхностных акустических волнах. и их связь с основными статистическими характеристиками технологических погрешностей. В заготовку отчета занести основные расчетные соотношения.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания изучить материал [2, с. 245256]. При проработке материала следует учитывать, что для оценки влияния производственных погрешностей при изготовлении структур преобразователей звукопроводов на выходные параметры фильтров ПАВ целесообразно использовать расчетный метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). Важным преимуществом расчета по методу Монте-Карло является возможность учета влияния старения и условий эксплуатаций (влаги, температуры, радиации и т. д.), а также функциональных и корреляционных связей. Сущность этого метода состоит в многократном моделировании с помощью персонального компьютера случайного процесса, заменяющего аналитическое определение передаточной функции фильтра при различных комбинациях отклонений размеров структур преобразователей и характеристик звукопроводов от своих номинальных значений. В модели все переменные параметры представляются своими частотными распределениями. Конкретное значение каждого изменяющегося параметра находится по распределению случайных чисел. Решение задачи получают после статистической обработки результатов большого числа испытаний с привлечением методов теории вероятности. Использование метода Монте-Карло рассмотрим на примерах расчета допусков для симметричной АЧХ и линейной ФЧХ полосового фильтра, аподизованный преобразователь которого

23

спроектирован по методу прямой свертки с весовой функцией Хемминга w(t)=0.08+ 0.92 cos2(nt/T) и содержит N=540

расщепленных электродов при апертуре W=3 мм . Сначала записываются аналитические выражения для АЧХ и ФЧХ преобразователя и устанавливается их взаимосвязь с размерами и взаимным расположением электродов структуры, а также характеристиками звукопровода. Следует учесть, что амлитудночастотная характеристика ВШП равна

H1( ) R2 ( ) I2 ( ) , (1)

где вещественная и мнимая части характеристики преобразователя определяются соотношениями

где T0 – период дисретизации. При этом фазо-частотная характеристика находится из выражения

(0.08 0.92cos2 ( ( n 0.5) 2L

где L=(N-1)/2?, n-1, 2, 3, 4....., (N-1, an=aN-1-n.

Длина электродов равна yn, ширина электродов- bn, положение электрода-xn. Эффективная скорость равна ve, а квадрат коэффициента электромеханической связи составляет k2=- 1/2(Δv/ve). При определении топологии формулы (2-5) изменяются и происходит связь параметров топологии с электрическими параметрами фильтра. Вместо ранее рассмотренных соотношений имеем

24

pn

при этом ширина электрода с учетом топологии (отношения

коэффициента электромеханической связи зависит от ve , k2 0.5(ve v0 )/v0 . АЧХ и ФЧХ фильтра определяются как и

ранее по формулам (1) и (4) с учетом топологии, задаваемой формулами (6-11). Для учета зависимости коэффициентов an импульсной характеристики от ширины bn 'электродов введена нормированная функция Sn(bn/pn) , характеризующая связь интенсивности излучения пары электродов от соотношения электрод/полупериод. При работе на первой гармонике

25

одного образца постоянны для всех электродов, при моделировании партии распределены между образцами по нормальному закону.

Задание № 2. Изучить статистические характеристики амплитудно-частоной и фазо-частотной функций с учетом производственных технологических погрешностей и условий эксплуатации. В заготовку отчета занести основные расчетные соотношения.

Методические указания по выполнению первого задания

Для нахождения статистических характеристик необходимо проработать материал, изложенный в /2, с.252-254/ и учесть, что весь диапазон значений H (ω) и θ (ω) на каждой частоте разбивается на ряд интервалов и подсчитывается число попаданий mi и ui значений H (ω) и θ (ω) в каждый из них. Для построения статистических гистограмм с необходимой точностью число интервалов следует выбирать равным 7-10. Чтобы выявить основные черты распределения и сгладить случайные колебания, ширина интервалов для H (ω) и θ (ω) выбрана 2 дБ и 20 соответственно в полосе заграждения и 0.2 дБ и 0.20 в полосе пропускания. По полученным данным строятся гистограмма статистического распределения. Основные статистические характеристики: среднеарифметические значения Hср (ω) и θср (ω) , средне квадратические отклонения H ( ) и ( ), половина поля

допуска H ( ) и ( ) , а также нижние и верхние значения

Hн (ω) и Hв (ω) , θн (ω) и θв (ω) определялись по стандартным формулам теории вероятности в соответствии со следующими выражениями. Для среднеарифметических значений имеем

27