26.Электромеханические фильтры и фильтры на пав.
Электромеханические или пьезомеханические фильтры состоят из цепочки высокочастотных механических резонаторов, например, миниатюрных стальных дисков. Прототип ЭМ - камертонный усилитель .
По концам цепочки располагают электро-механические преобразователи (ЭМП), превращающие электрические колебания в механические и обратно. ЭМП могут быть изготовлены на основе пьезоэффекта или эффекта магнитострикции, состоящими в изменении размеров сердечника из сплава никеля под воздействием магнитного поля или, наоборот, в изменении магнитной проницаемости того же сердечника под воздействием растяжения или сжатия. ЭМ фильтр устройство компактное (объем порядка 1 см3), которое включается между двумя усилительными элементами. Выпускаются на унифицированный ряд частот и полос (например f0=465 кГц, П=1 кГц). Диапазон частот ограничен сверху частотами до 10 МГц, снизу – габаритами.ЭМ фильтр обладает высокой добротностью, полоса составляет доли процента от частоты при хорошем коэффициенте прямоугольности.
Достоинства ПАВ (поверхностные акустические волны) по сравнению ОАВ (объемные):
- высокая технологичность, надежность и повторямость результатов,
- получение относительных полос от 0,01 до 100%,
- возможность получения АЧХ близкой к прямоугольной, при линейной ФЧХ,
возможность получения малых потерь.
Доступность ПАВ для управления на всем пути их распространения облегчает создание разнообразных устройств:.
линий задержки,
многоотводных линий задержки,
полосовых и согласованных фильтров,
формирователей сигналов сложной формы,
генераторов и пр.
Основными материалами для создания фильтров на ПАВ являются пьезоэлектрические монокристаллы:
кварц,
танталат и ниобат лития,
германат висмута и др.
поликристаллические материалы ( уплотненная пьезокерамика на основе титаната бария)
Основные параметры пьезоэлектриков:
скорость распространения ПАВ (Vs =1,6…6,3´103 м/с),
коэффициент электромеханической связи ks, определяющий эффективность преобразования энергии электромагнитных волн в энергию ПАВ,
затухание в материале,
коэффициент анизотропии,
температурная и временная стабильность характеристик материала.
Конструктикция ПАВ.
Пьезоподложка прямоугольной или сложной формы вырезается из пьезоэлектрика под определенными углами к его кристаллографическим осям.
На рабочей поверхности подложки-звукопровода размещаются пьезоэлектрические преобразователи представляющие регулярную структуру тонкопленочных штыревых электродов.
Электрическое поля сигнала, создаваемое штыревыми электродами, вследствие пьезоэффекта вызывает упругие деформации, которые распространяются в обе стороны от преобразователя в виде ПАВ и паразитных ОАВ.
В
стречно-штыревые
преобразователи (ВШП) расположены с
одной стороны пластины звукопровода и
образуют встречные гребенки штырей,
чередующейся полярности.
Шаг решетки D=ls/2 (ls - длина ПАВ),
Ширина штыря и расстояние между ними - ls/4.
ВШП работает наиболее эффективно на частоте акустического резонанса когда ПАВ, возбуждаемые каждой парой электродов, складываются в фазе.
Эта частота определяется как
где V- скорость распространения ПАВ в пьезоэлектрике.
Для кварца V=3,15´108м/с, для ниобата лития V=3,48´108м/с.
fгр мах - на частоте 1-2 ГГц зазоры D£1 мкм, что ограничивает fгр мах .
fгр мин - ограничена размерами пьезоподложки и составляет 10 МГц.
Δf -широкополосность ВШП определяется числом пар электродов N:
- акустическая добротность.
АЧХ или импульсный отклик фильтра определяется топологией электродной структуры ВШП.
АЧХ зависит: 1) от перекрытия по длине встречных штырей, 2) ширины штырей в направлении распространения ПАВ, 3) удаления части штырей и т.п.
Такое конструирование называют аподизацией.
Для управления акустическим потоком используют различного рода неоднородности:
многополосковые ответвители, распределенные отражательные структуры в виде полос металлизации, диэлектрических выступов или канавок,
ПАВ- волноводы.
Техника устройств на ПАВ в настоящее время хорошо развита.
Конструктивно хорошо сочетается с интегральной схемотехникой.