Эффекты распространения пав
При распространении ПАВ в изотропных и, особенно анизотропных пьезоэлектриках происходит сильное искажение амплитуды и фазы волны вследствие дифракции акустического луча. Наибольшее влияние дифракция оказывает
при малых апертурах преобразователей и больших расстояниях между ними и
в случае аподизованых ВШП, имеющих значительное число электродов с малым перекрытием.
В результате явления дифракции происходит расширение акустического потока по мере удаления его от источника возбуждения. Дифракционное рассеяние акустического потока обратно пропорционально апертуре перекрытия электродов входного преобразователя и прямо пропорционально расстоянию до приемного ВШП (рис. 15).
.
Рис. 15 Дифракционные эффекты в фильтре на ПАВ с неаподизованым ВШП
В результате дифракции волны выходной ВШП взаимодействует лишь с частью акустического потока возбуждаемого удаленными электродами входного ВШП. Это приводит к энергетическим потерям и искажениям импульсного отклика.
Особенно сильно дифракционные искажения проявляются в преобразователях, аподизованых изменением перекрытия электродов (рис. ).
Рис. 16 Дифракционные эффекты в фильтре на ПАВ с аподизованым ВШП
Сигнал, излучаемый наиболее удаленными (по отношению к выходному) участками входного ВШП, искажается из-за неполного взаимодействия соответствующих акустических потоков с выходным ВШП. Это обусловливает «перекос» импульсного отклика фильтра (рис. 17) и ухудшение его селективности.
Рис. 17 Влияние дифракционных искажений на импульсный отклик h(t) и АЧХ H(f) фильтра с аподизованым ВШП
Амплитуда ПАВ нелинейно зависит от перекрытия электродов и пройденного расстояния. Влияние дифракции эквивалентно изменению заданного при проектировании закона аподизации и приводит к росту боковых лепестков.
Конструктивные способы уменьшения дифракционных искажений:
увеличение апертуры;
уменьшение расстояния между преобразователями;
использование других способов весовой обработки (например, выборочное удаление электродов, емкостное взвешивание);
использование материалов и срезов с минимальной дифракцией.
Расчетно-аналитические методы компенсации дифракционных искажений состоят в предискажении заданной АЧХ.
Излучение и прием паразитных сигналов
Энергия, подводимая к входному преобразователю, передается на выходной преобразователь по акустическому каналу в виде ПАВ и объемных акустических волн, электромагнитной и электростатической наводок.
Внутри устройства на ПАВ возможны три механизма паразитной связи:
через проходную емкость;
взаимную индуктивность;
путем излучения электромагнитной энергии входным ВШП.
Электромагнитным излучением можно пренебречь. Его относительное значение составляет 10-11…10-12.
Значение коэффициента индуктивной связи составляет не более 0,1.
Анализ показывает, что основной вклад в паразитную связь вносит емкостная связь, она в 102…103 больше индуктивной.
Способы уменьшения емкостной связи.
Использование звукопровода минимальной толщины (но не менее (10…15)λ0, иначе возрастает влияние объемных паразитных волн).
Включение преобразователей по схеме, обеспечивающей минимальную емкостную связь (рис. 18а ).
Использование экрана между ВШП (рис. 18б).
Рис. 18 Способы уменьшения паразитной емкостной связи
Обычные ВШП обладают двунаправленностью излучения. Возникают ПАВ, отраженные от краев звукопроводов. Они детектируютя выходным ВШП. Это приводит к появлению паразитных импульсных откликов и соответственно к искажению АЧХ.
Способы уменьшения уровня ПАВ, отраженных от краев звукопровода.
Нанесение на торцы звукопровода насечек.
Скашивание или скругление торцов.
Нанесение поглотителя акустических волн между ВШП и торцом.
Размещение между ВШП и торцом фазовращающей полоски, перекрывающей половину акустического потока.
Поглотители ПАВ.
Акустическое сопротивление поглотителя должно быть равно по величине акустическому сопротивление звукопровода. Необходимо выполнение условия
ρп Vп = ρз Vсв,
где ρп и ρз – плотность материала поглотителя и звукопровода;
Vп и Vсв – скорость ПАВ в поглотителе и на свободной поверхности звукопровода.
Требования к материалам поглотителей:
широкий диапазон рабочих температур;
хорошая адгезия к поверхности пьезоэлектрика;
механическая прочность;
эластичность;
водостойкость;
долговечность.
Наиболее подходящей совокупностью свойств обладают полимерные материалы на основе компаунд – клеев с наполнителями в виде неорганических пигментов.
В качестве основы часто используется клей БФ – 4 и мочевиноформальдегидная смола К – 411 – 02.
В качестве наполнителей используют железо, никель, кобальт, а также смеси на основе графитов, дисперсного серебра и вольфрама.
Уровень отраженных ПАВ для указанных составов поглотителей не превысит – 40дБ.