3109

При этом температура нулевого отклонения частоты смещалась

вобласть низких температур для структуры фильтра с тремя резонаторами и составляла -40 0 C вместо 200 C (рис.12).

Для узкополосных фильтров ухудшение температурного коэффициента частоты с ростом температуры делает сложным применение подложки кварца ST-среза из-за ее нестабильности при изменении в интервале -40 до +80 С. Поэтому возникала необходимость замены кварца ST-среза на более стабильные срезы, обеспечивающие более малый уход по частоте фильтра

вшироком интервале температур. В качестве термостабильных срезов выбирались кварцы YXl/36 и YXl/33 срезов /13/.

Рис.12. Зависимость отклонения центральной частоты от температуры для кварца STсреза

Исследовались изменения центральной частоты фильтра для кварцевых подложек выбранных срезов (рис.13). Анализ эспериментальных зависимостей f (T) от температуры для трехзвенного фильтра указывал на правильность замены подложек кварца STсреза на новые кварцевые срезы YXl/36 и YXl/33. Отклонения центральной частоты от температуры существенно снижались при переходе к подложкам YXl/33

22

среза.

При этом сами зависимости сохраняли параболический характер и имели снижение при отклонении частоты с ростом температуры. Следует отметить, что температура нулевого времени задержки T0 смещалась к пониженным температурам

при переходе к многоэлектродной структуре встречноштыревых преобразователей и решеток.

Рис.13. Зависимость отклонения центральной частоты фильтра от температуры для кварцов YXl/36 (кривая 1) и

YXl/33срезов (кривая 2)

Следовательно, фильтры с слабой поперечной связью, изготовленные на подложке кварца YXl /330 среза являются более термостабильными. При этом с качестве основных элементов ПАВ резонаторов в них использовались преобразователи с постоянной апертурой и отражательными решетками в виде короткозамкнутых полосок, имеющих толщину металлизации 0.2 мкм.

Для трансверсальных фильтров изменение температуры также приводит и к изменению частотных характеристик устройства. Пусть при температуре T1 АЧХ H(ω) и ФЧХ φ(ω) считаются идеальными (значение T1 не обязательно совпадает с T0).

Если в устройстве с двумя преобразователями при температурах T1 и T11 и значениями времени задержки τ и τ1 ввести поправочный коэффициент , такой, что

23

то можно показать /4/, что для определения АЧХ и ФЧХ можно использовать выражения:

Следовательно, влияние температуры приводит к изменению масштаба частоты АЧХ и ФЧХ в (1+ ) 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). Обычно материалы с большим значением коэффициента электромеханической связи имеют худшую температурную стабильность (т. е. большие значения ТКЗ). Материалы, имеющие большое значение коэффициента электромеханической связи, более чувствительны к изменениям температуры.

Контрольные вопросы

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

2.От чего зависит скорость на металлизированной поверхности пленки?

3.Как определяется температурныйкоэффициент задержки?

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

5.От чего зависит температурный коэффициент задержки акустоэлектронных устройств?

6.Как определяется температурный коэффициент скорости для фильтров ПАВ?

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

24

8. Как определяют углы разоориентации при технологическом разбросе для кварца и ниобата лития?

преобразователей на параметры фильтров на поверхностных

статистические характеристики технологических погрешностей и их влияние на амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики фильтров, а также вопросы изменения таких технических характеристик /2 /.

Следует учитывать, что для оценки влияния производственных погрешностей при изготовлении структур преобразователей звукопроводов используется расчетный метод статистических испытаний. Важным преимуществом расчета по этому методу 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

25

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 спроектирован по методу прямой свертки с весовой функцией. Под аподизацией электродов ВШП понимается изменение взаимного перекрытия соседних электродов на длине ВШП по заданному функциональному закону, например, в виде функции Хэмминга. При этом возможны и другие функции, такие как Кайзера, Гаусса /2/ и т.д.

Рис. 14. Конструкция узкополосного фильтра, содержащего аподизованный и неаподизованный ВШП

Синтез встречно-штыревых преобразователей осуществлялся в соответствии с физической моделью трансверсального фильтра и представлением зарядов на отдельных электродах в виде -функций с последующим проектированием по методу преобразования Фурье /2, 11/. Функция передачи узкополосного фильтра (рис.14)

26

определялась произведением функций передачи входного –

где L – расстояние между центрами ВШП, vэ – эффективная скорость ПАВ, – циклическая частота, C( ) 1.

При этом используем следующее выражение для функции передачи входного ВШП1

а для выходного ВШП2 передаточная функция имеет вид

где B – число лепестков импульсной характеристики; N1 – число электродов аподизованного ВШП1; N2 – число электродов неаподизованного ВШП2; NБ – число электродов в одном лепестке импульсной характеристики; T0 – период дискретизации; W – апертура ВШП; (n) – весовая (оконная) функция.

Аподизация проводилась по закону sin(x)/x и для усечения импульсной характеристики использовался метод оконных функций /11/, являющийся наиболее простым при заданном приближении к требуемой АЧХ и позволяющий получить близкую к минимальной длительность импульсного отклика, то есть обеспечить наименьшие размеры фильтра.

Распространенная функция Хемминга, используемая при проектировании ПАВ-устройств, имеет вид

27

Синтез фильтра можно провести с помощью персонального компьютера по программе «MATLAB 6.5» для различных оконных функций. При проектировании выбиралось число лепестков импульсной характеристики равным двум, частота дискретизации T0 = 1/2f0, где f0 – центральная частота фильтра, Частотная характеристика такого фильтра представлена на рис. 15.

Рис. 15. АЧХ узкополосного фильтра, содержащего аподизованный ВШП и неаодизованный ВШП с оптимальным числом

электродов

Алгоритм расчета включал синтез таких структур встречно-штыревых преобразователей, которые бы обеспечивали расчетный уровень боковых лепестков для одного канала не менее 50 дБ, при сохранении минимальных

28

габаритов фильтра для заданной полосы пропускания f2дБ = 0,42 и коэффициента прямоугольности f40дБ = 1,7 МГц. При этом исходили из среднеквадратического критерия близости расчетной и заданной АЧХ для уменьшения максимальной ошибки аппроксимации. Минимизация этой ошибки достигалась подбором возможных вариантов структуры аподизованного и неаподизованного преобразователей. Проектирование фильтра показало, что число электродов аподизованного преобразователя составило N1 = 361 электрод, а неаподизованного 44 электрода.

Для широкополосного фильтра использовались два одинаковых апподизованных ВШП разделенных многополосковым ответвителем (рис.15). Функция передачи такого фильтра определялась произведением функций передачи входного – H1( ), выходного – H2( ) ВШП и передаточной функции многополоскового ответвителя (МПО) - S( )

где L – расстояние между центрами ВШП, vэ – эффективная скорость ПАВ, – циклическая частота,

Здесь степенная функция, имеющая больший коэффициент прямоугольности описывется выражением

прямоугольности, принимает значения 2, 4, 8.

29

Учитывая .что модуль S( ) зависит от апертур W1 и W2 в двух каналах /3/

где N - число электродов МПО и p – его шаг, получаем частотную характеристику широполосного фильтра, в формировании которой определяющую роль играет только аподизованный преобразователь (рис.17). Выбирая два

широкополосного фильтра сводилась к сиптезу только одного аподизованного ВШП1.

Рис. 16. Конструкция широкополосного фильтра, содержащего, два аподизованных ВШП и МПО

Широкополосный фильтр проектировался на центральную частоту 100.2 МГц. Для узкополосного фильтра, задавая выходной преобразователь ВШП2 широкополосным, задача расчета влияния технологических погрешностей также сводится только к расчету входного полосозадающего ВШП1.

30