книги / Селективные акустоэлектронные устройства
..pdfТаблица 6.2
Параметры ОНП с холосты м и секциями
Наименования |
Значения параметров |
|||
|
|
|
||
параметров |
"Теоретичес |
Эксперимен |
АЧХ вида |
|
|
|
кие ОНП |
тальные OHf 1 |
slnx/x |
Ценрэльнэя часто |
35 |
34.95 |
35 |
|
та, МГц |
|
|
|
|
Полоса пропуска |
1.6 |
1.5 |
1.55 |
|
ния. МГц |
|
|
|
|
Уровень боковых |
|
|
|
|
лепестков, |
дБ |
-13,5 |
-13,5 |
-13,2 |
Вносимое |
затуха |
|
|
|
ние. дБ |
|
26.5 |
27.5 |
|
Направленность |
|
|
|
|
излучения, |
дБ |
8.5 |
7.5 |
|
Коэффициент |
|
|
|
|
формы АЧХ |
2,25 |
2.30 |
2.17 |
|
заменяются на акустические неоднородности с различным значением рас согласования импеданса. Кожлрукция отличае!Ся универсальностью в отношении
&
к
Рис.6.10. Зависимость направленности излучения ОНП от ширины акустических неоднородностей (а) и при их одновременном смещении (б)
материала звукопровода и пригодна как для сильных, так и для слабых пьезоэлектриков при соответствующем исполнении акустических неоднородностей.
На рис.6.10 показаны зависимости направленности излучения Y 0 от конструктивных параметров топологии, изготовленной на пьезокварцевом звукопроводе. Акустические неоднородности имеют рассогласования импедансов равные по
абсолютному значению, но противоположные по знаку. В качестве таких неоднородностей на пьезокварцевом звукопроводе может служить: металлическая
полоска-канавка, металлическая полоскэ-легированный ионами инертного газа слой пьезокварца. С уг сличением длины первой акустической неоднородности lL и второй - lfl, направленность излучения увеличивается (рис.6.106). Дальнейшее
увеличение lL если акустическая неоднородность выполнена в виде металлической полоски, ограничено из-за возможности появления закороток
между ней и активными электродом в процессе изготовления. С учетам этого
геометрические размеры акустических неоднородностей выбраны равными:
ОНП с расщ епленными электродами, содержащий штыри различной
тольщины и дополнительные акустические неоднородности, показан на рис 2.5.
Исследование ОНП проведено с использованием алгоритма (рис.5.10) для
выбранных значений коэффициента р. (рис.6.3). При отсутствии дополнитель
ных акустических неоднородностей под |
штырями ОНП наиболее |
эффективен |
|||
для слабых |
пьезоэлектриков. |
Определена зависимость |
направленности из |
||
лучения ПАВ |
от соотношения |
толщины |
металлизации |
штырей |
в пределах |
h* |
|
|
1~50. На рис.6.11 показаны АЧХ ОНП |
||
т р a -L.100 и числа пар электродов N * |
|||||
РИ0.6.Н АЧХ (а) и частотная зависимое: ^ направленности излучения (б) ОНП с расщепленными электродами
в прямом (1) и обратном (2 ) направлениях и частотная зависимость направленности излучения в случае пьезокварцевого звукопровода. Зависимость направленности излучения от соотношения толщины металлизации при N = 30 и от числа пар
электродов ОНП показана на рис.6 .1 2 . Увеличение соотношения толщины
штырей сопровождается увеличением направленное ги излучения ПАВ, однако
при этом увеличивается неравномерность затухания в полосе пропускания АЧХ.
N
/ |
20 W 60 80 100 Щ |
в) |
а |
Рио.6.12. Зависимость направленности излучения от соотношения толщины штырей (а) и числа пар электродов ОНП (б)
а) |
« |
Рис.6.13, Зависимости направленности излучений и неравномерности затухания от импеданса акустической неоднородности: а - под штырем
меньшей толщины; 6 • под штырем большей толщины
Это связано с увеличением внутренних переотражений на электродах ОНП. Неравномерность затухания ДН существенно возрастает при размещении
дополнительных акустических неоднородностей под штырями эле...родов. В этом случае акустический импеданс штырей меньшей толщины, согласно выражении (2.41), становится равными импедансу свободной поверхности ^вукопровода, а
импеданс штырей большей толщины - значительно меньше. Зависимости |
у т и |
АН от имледансов представлены на рис.6.13. |
|
На рис.6.14 показаны АЧХ в прямом (1) и обратном (2) направлениях |
ОНП |
с акустическими неоднородностями под обеими штырями в случае звукопровода из ниобата лития и пьезокварца. При толщине металлизации на ниобате лития
h, |
= hj |
а 0,1 мкм и соответствующих значения импеданса (рис.6 .14а) получено |
у т |
=» 14 |
дБ, а в случае пьезокварца (рис.6.146) Ym = 22 дБ. |
|
Проведенные исследования позв( ;яют утверждать о возможности построения |
|
новых ОНП, отличающихся большим значением направленности излучения ПАВ
и высокой технологичностью конструкции.
Н Ш .д б |
Н Ш .§6 |
-ю |
|
-30
-40
а) |
8) |
Рис.8.14. АЧХ ОНП с расщепленными электродами с акустическими |
|
|
неоднородностями: а- на ниобате лития: б- на пьезокварце |
ОНП с |
электродам и слож ной конструкци и (рис.2.6) содержит участки |
электродов с различными значениями акустического импеданса,.определяемыми
изменением толщины металлизации или размещением дополнительных неоднородностей под участками электродов. Каждый электрод.состоящий из
двух частей с различными |
ачениями |
акустического импеданса и |
|||
длиныларактериэуется соотношениями |
ZH2 / |
ZH1 |
и |
1Н2 / 1И1 На рис. |
|
6.15.8 показана зависимость направленности излучения, полученная путем численного моделирования на ЭВМ с помощю алгоритма (рис.5.10), от соотмашения акустических импедансов пьезокварцевого эвукопроврда. Изменение числа пар
электродов от 1 до 50 приводит к увеличению направленности излучения ОНП 7 т * (0,5^11,5) дБ (рис.6.156). Необходимые значения акустического импеданса
электродов могут быть реализованы размещением соответствующих
неоднородностей в виде обласгей пьезокварца, легированого ионами инертного
газа и атомами металла /7 /.
ïm , д Б
4 , дв
Рис.6.15. Зависимость направленноеги иэлученя ОНП от соотношения акустических импедансов (а) и числа пар электродов (б)
Если « 'H I |
в |
4 ,H Ï |
0.5. то наблюдаетсямаксимальное значение Тп (рис.в.1в). |
А. |
\ |
|
|
|
|
|
Ï® , §6 |
Рис.<Ш . Зависимость направленности излучения ОНП от ширины электродов
6.3. Параметры резонаторных Фильтров
На основе алгоритмов синтеза резонаторных фильтров ( рис. 5.5-5 7)
проведено исследование РФ с разными типами связи между резонаторами с
целью выявления электрофизических параметров и пределов их изменена для
фильтров Чебышева и Баттерворта.
На рис.6.17, 6.18 показаны зависимости числа резонаторов N и относительной
длины РФ 1р / Х0 |
Число резонаторов не зависит от относительной полосы |
пропускания, типа |
связи и опреде/ этся коэффициентом формы АЧХ, а для |
фильтра Чебышеваеще и неравномерностью затухания и полосе пропускания АН. Длина РФ зависит от относительной полосы и коэффициента формы. Наибольшую длину имеют РФЭ, наименьшую - РФА, а РФК занимает промежуточное
значение (рис.6.176. 6.186). Установлено, что длина фильтров Чебышева при тех
же значениях коэффициента формы АЧХ( больше по сравнению с фильтром
Баттерворта /5 9 /.
/V
Л*о/з |
|
Па |
V I |
top |
|
|
15 3 J 5 ♦ |
|
а) |
Ь) |
|
Рис.6.17. Зависимость числа резонаторов (а) и длины (6 ) от коэффициента
формы АЧХ фильтра Чебышева
Путем численного моделирования установлено, что для всех типов связи между резонаторами может быть реализована относительная полоса пропускания в
A t
диапазоне ----- -- 10* 102 однако, исходя из ограничений на длину РФ,
û f |
д f |
целесообразно выбрать для РФЭ —7 - = ЮЛ а для РФА |
—7 - И О 3. В качестве |
f |
! |
дополнительных ограничений выбор типа связи следует учесть уровень боковых лепестков и вносимое затухание РФ. Численные значения этих параметров могут
быть установлены на этапе анализа.
Важнейшим фактором РФА является определение числа элементов ОРС.Устэновлеио, что ОРС фильтра Чебышеоа с неравномерностью затухания в
полосе пропускания в пределах ЛН=(0,1...0,6)дБ содержит 270...285 элементов для ниобата лития и 330...355для пьезокварца. С увеличением п )лосы пропускания число элементов ОРС уменьшается а для построения фильтра Баттерврортэ
требуется еще меньше элементов ОРС.
Рис.6.18. Зависимость числа резонаторов (а) и длины (6 ) от коэффициента формы АЧХ фильтра Багтерворта
6.4. Частотные характеристик резонаторных Фильтров
На рис.6.19 показана конструкции РФ, на основе которой реализованы
четырехзвенные и даухэоенные РФ. Геометрические размеры топологии РФ определены при синтезе на основе заданой АЧХ (рис. 6 . 20 а) и составляют: пк
= П П01= Пзз = П45 = 400, |
П12 = П34 =259, |
dp =6.922 |
МКМ, |
d я |
3,461 |
|
МКМ, dK =13,738 мкм, dKS =3,435 мкм, lt =£,232 мкм, |
I, |
= ^ = |
7487,58 МКМ, |
|||
w=700 мкм, т 51 = mS4 = 83.543 мкм, т 52 = т 5Э = |
83.628 мкм, п=0,2 мкм, |
|||||
металлизация-алюминий, |
материал эвукоправода YZ |
|
срез |
ниобата |
линия. |
|
Последовательным соединением частей А и Б (рис. 6 . 19) получен РФК, АЧХ
которого показана на рис. 6 . 20 б. Получение результаты приведены в таблице
6 . 3. Отклонение центральной частоты ог заданной составило (0,08...0,14)%.
На рис.6.21 показана панорамная АЧХ РФА (рис.6.1 9А). Основные параметры
фильтра: ширина полосы пропускания (215 ...227) кГц, вносимое затухание (4...8 )
дБ, уровень боковых лепестков АЧХ -{12... 15) дБ.
Совпадение между основными расчетными и экспериментальными
техническими параметрами РФК не хуже Я5%.
|
|
|
Таблица 6.3 |
|
Параметры РФК |
|
|
||
Наименования параметров |
!Г |
Значения |
|
|
Расчет |
Эксперимент |
|||
|
||||
Ширина полосы |
1 1 0 |
108 |
114 |
|
пропускания, кГц |
|
|
|
|
Вносимое затухание, дБ |
10 |
9 |
16 |
|
Уровень боковых |
*40 |
*35 |
-43 |
|
лепестков АЧХ, дБ |
||||
Коэффициент формы АЧХ |
4.5 |
4.6 |
5,2 |
|
Неравномерность в |
|
|
|
|
полосе. дБ |
0 .1 |
|
|
|
Рис.6.20.3аданные пределы (а) и экспериментальная (Ь) АЧХ РФК
Ш) , д б
вI---------
Рис.6.21 Панорамная АЧХ РФА