Высокочастотный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн — SU 1835592 (original) (raw)

(51)5 НИЕ И АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТВУ радиоэлектр вано в устро гналов систе ся повыше- направленается тем, что езоэлектричеженные на его ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ОДНОНАПРАВЛЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОВЕРХКОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН(57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов системсвязи и радиолокации, Целью являетсяповышение воспроизводимости амплитудно-частотной характеристики и направленности излучения. Однонаправленныйпреобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит пьезоэлектрический эвукопровод, на рабочей поверхности,которого размещена последовательностьсекций возбуждающих электродов, между Изобретение относится к нике и может быть использо ствах частотной селекции си связи и радиолокации,Целью изобретения явля ние воспроизводимости АЧХ ности излучения. Поставленная цель дости в ОНП ПАВ, содержащем пь ский звукопровод, и располоЕТЕНИЯкоторыми со смещением на и) А,/2 + А/8 в направлении распределения ПАВ, где т - целое число; о - длина ПАВ на средней частоте преобразователя, размещены с пространственным периодом л /2 отражающие электроды, С целью повышения технологичности и уменьшения вносимых потерь на высоких частотах в каждой секции количество возбуждающих электродов выбрано равным трем, пассивные участки возбуждающих электродов выполнены из трех параллельных отрезков, продольные оси которых выбраны совпадающими с продольными осями совпадающих активных участков возбуждающих электродов. Причем ширины активных и пассивных участков возбуждающих электродов выбраны из соотношения ЬВ= Я /3, расстояние между продольными осями соседних возбуждающих электродов выбрано из соотношения .=2 Й /3=. лс/2, где 4 - длина ПАВ на частоте акустического синхронизма секции, м. Пространственный период размещения секций возбуждающих электродов выбран из соотношения .р=п Я/2, где п=5, 6, 7 - номер рабочей ангармоники, 3 ил,рабочей грани акустически последовательно секции возбуждающих электродов (ВЭ), между которыми с пространственным периодом 4/2 размещены отражательные электроды (03), центры которых смещены относительно центра секции на величину +3/8+и) 4/2, где 4 - длина ПАВ на средней частоте ОНП; л) - целое число.Каждая секция ВЭ предлагаемого пре. образователя выполнена из трех злектро,3,. оекущий номер.сесовой козффир/Ч - период дхарактеристикипространственнкций 4;2 д(-1 о) - расст де 1=1, 2 К - т пк В ульсной марв ения се Я=екции 4; циент секц искретиза преобраз ый период 1 ии имателя; размейка по те,дов, а их пассивные участки выполнены из трех параллельных полосок. продольные оси которых совпадают с продольными осями соответствующих активных участков ВЭ. при этом ширина активных и пассивных уча стков ВЭ выбраны из соотношения Расстояние между продольными осямисоседних ВЗ выбрано из условия где . - расстояние между продольнымиосями соседних ВЗ, м;4 - длина ПАВ на частоте акустическогосинхронизма секции ВЗ, м,Пространственный период размещениясекций ВЭ выбран из соотношения где п=5, б, 7- номер рабочей ангармони 25На фиг, 1 и фиг. 2 представлен ОНППАВ; на фиг. 3 - векторная диаграмма ПАВ,отраженных в пределах одной секции,ОНП ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, первую 2 и вторую 3противофазные суммирующие шины, объединяющие одноименные электроды, периодические с пространственным периодомрсекции 4 возбуждающих электродов чередующейся полярности с активными 5 и пассивными 6 участками шириной 4/3, последниеиз трех полосок 7, той же ширины отражающие электроды в виде разомкнутых 8 и замкнутых 9 металлических полосок, либоканавок, выполненных на поверхности звукопровода,Однонаправленный преобразовательПАВ работает следующим образом. При подаче электрического сигнала каждая секция4 противофазных электродов возбуждаетПАВ, распространяющиеся влево и вправопо поверхности пьезоэлектрического звукопровода 1.Каждый электрод в секции 4 можно рассматривать как элементарный источникПАВ, амплитуда которого пропорциональна взаимному перекрытию активных участков 5 соседних электродов, соединенных ссуммирующими винами 2 и 3, Спектральная же функция элементарного источника(или акустическая частотная характеристика электрода) описывается, например, длямодифицированной модели д-источниковв виде д Щ 2 Ъ соя (Ь 1), (4) где Л =10 - относительная частота;1 с - частота акустического синхронизма В Ш П в секции.Поскольку расстояния между центрами соседних электродов в секции 4 выбраны оди н а к о в ы м и из соотношения (2), т.е. Ь=2 о/3= А/2, то условие акустического синхронизма будет выполняться на частоте 1 с=Ч/2 Ь=2/ЗЬО, где Ьо - средняя частота преобразователя; Ч - скорость ПАВ; и фазы соседних элементарных источников будут отличаться на л,В свою очередь каждая секция 4 представляет собой ВШП с линейной фазой, содержащий 8=1,5 пар электродов, т,е. три элементарных источника ПАВ.В соответствии со свойствами такого рода ВШП при одинаковом перекрытии электродов АЧХ секции будет; Ас(1)=зал(й - 0,5)2 к ГГс х где Т; -- период дискретизации им 2 1 спульсной характеристики секции 4.Поскольку секции 4 образуют периодическую последовательность с пространст-. венным периодом 1 р=п/2, п=5, б, 7 щ - целое число, а взаимное перекрытие электродов и полярность секций 4 определяются алгебраическими значениями весовых коэффициентов, соответствующих заданной АЧХ преобразователя на частоте каждой ангармоники, удовлетворяющей условиюс=2 4 /3= 1/2, (3), появляются отклики и АЧХ преобразователя, например, с постоянным перекрытием электродов внутри отдельной секции, описывается уравнениемЬ х=.во/2 +о/8,прямом и противофазного в обратном направлении сложения возбужденных и отраженных волн,При этом отражающие электроды 8, 9могут быть выполнены из разомкнутых металлических полосок, например, ширинойЯо/4 (в этом случае Лх=гп Яо/2 - 4/8,(фиг. 1), замкнутых (в этом случае Ах=а ххЯО /2+ Яо /8) или комбинированных металлических полосок (фиг. 2), взвешенных по Средняя частота о преобразователя может быть выбрана совпадающей с частотой любой из ангармоник. С точки зрения эффективности возбуждения ПАВ и следовательно с точки зрения обеспечения минимальных потерь при работе на высоких частотах, предпочтительной является работа на ангармонике п=5.При од ковом числе возбуждаемых электродов в секции, например, трех, в устройстве-прототипе и предлагаемом ОНП для последнего удельные эффективность и направленность излучения (на длину волны) выше, так как в первом случае протяженность элементарной секции составляет 3 Яо,а во втором - 2,5 о При увеличении и в соотношении р=п Яо//З.до б. Протяженности элементарных секций в известном и предложенном решениях одинаковые и составляют 3 Мо, однако в секции предлагаемого ОНП количество отражающих электродов вдвое больше, что способствует увеличения направленности излучения и снижению потерь. Максимальное количество отражателей в промежутке между секциями составляет (и - 4).Таким образом, выбор расстояний между секциями и между электродами из соотношений (2), (3) обеспечивает рост эффективности возбуждения и направленности излучения ПАВ на высоких частотах, что приводит к уменьшению вносимых потерь.Поскольку пространственный период отражения электродов 8, 9 выбран кратным половине длины ПАВ на средней частоте 10 ОНП, то волны, отраженные от каждой из этих электродов, складываются между собой в фазе,Благодаря же размещению решетки из отражающих электродов 8, 9 между соседними секциями ВЭ со смещением относительно центра секции, совпадающего с центром возбуждения, на величину где т - целое число, в предлагаемом ОНП обеспечивается преимущественно направленное излучение ПАВ из-за синфазного в 20 25 30 35 40 длине, ширине, толщине, глубине с целью обеспечения заданного коэффициента отражения и АЧХ ОНП в целом,Направленность излучения предлагаемого ОНП выше, чем у известных ОНП с внутренними отрансателями; поскольку максимальное количество отражателей, которое можно разместить на одну длину волны без ущерба эффективности возбуждения, в предлагаемом ОНП больше, Указанное свойство позволяет при использовании предлагаемого ОНП либо уменьшить вносимые потери при заданной полосе пропускания, либо расширить диапазон реализуемых полос пропускания при заданной величине потерь.Выбор ширин активных 5 и пассивных б участков электродов Ь= 4 /3, размещение их на одной продольной оси и выбор расстояния между их продольными осями из соотношения .с=2 о /3 позволяет обеспечить компенсацио ПАВ, не только от одноименных краев активных участков электродов, но и от краев пассивных участков электродов (фиг, 3), что обеспечивает повышение воспроизводимости АЧХ.Действительно, в предлагаемом случае между ПАВ, отраженными от одноименных краев А, В, С, а также краев А, В, С, как активных 5, так и пассивных участков электродов внутри каждой секции, фазовый. сдвиг составляет 240 и следовательно суммарная амплитуда ПАВ, отраженной от отдельной секции 4, равна нулю на средней частоте 10=12 (фиг. 3).Благодаря отсутствию паразитного взаимодействия ПАВ, отраженных от краев возбуждающих электродов, и ПАВ, отраженных от полосок 8, 9, также повышается направленность излучения и снихаются вносимые потери.Таким образом использование предлагаемого ОНП позволяет обеспечить достижение цели изобретения - повышение воспроизводимости АЧХ и направленности излучения.С целью формирования заданной АЧХ в предлагаемом ОНП могут быть использованы различные методы взвешивания как возбуждающих, так и отражающих электродов путем изменения их длины, ширины, селективного удаления и т.д,В качестве примера исполнения была изготовлена тестовая конструкция фильтра на ПАВ, содержащая звукопровод из кварца ЗТ-среза размером 15 х б х 1 мм, на рабочей поверхности которого размещались высокочастотный ОНП ПАВ предлагаемой конструкции с амплитудой аподизацией секций(взвешивание перекрытия электродов) и два контрольных преобразователя по противоположным сторонам от ОНП, Число секций в ОНП составило 153, В каждом интервале между секциями размещался один отражательный элемент. Период секций составлял 36 мкм (3 Ло ), ширина активных электродов и зазоров между ними 4 мкм, ширина изолированных отражателей 3 мкм, апертура преобразователя 400 мкм,Параметры преобразователя следующие:Средняя частота 262,5 МГцПолоса пропуска ния по уровню -3 дБ 0,9 МГцЭкспериментальная однонаправленность 32 дБРасчетная однонаправленность 38 дБ,Формула изобретения Высокочастотный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ), содержащий пьезоэлектрическийй звукопровод и расположенные на вго рабочей грани акустически последовательно секции возбуждающих электродов, между которыми с пространственным периодом А /2 размещены отражающие электроды, центры которых смещены относительно центров секций возбуждающих электродов на величину+Д /8+гп 4 /2, где 4 - длина ПАВ на средней частоте однонаправленного преобразователя, е - целое число, о т л и ч а ю щ и й с я. тем, что, с цельюповышения воспроизводимости амплитудно-частотной характеристики и направленности. излучения, в нем каждая секция5 возбуждающих электродов выполнена изтрех возбуждающих электродов, а их пассивные участки выполнены из трех параллельных полосок, продольные оси которыхсовпадают с продольными осями соответст 10 вующих активных участков возбуждающихэлектродов, причем ширина активных и пассивных участков возбуждающих электродоввыбраны из выраженияьв= 4 /3,15 где Ьв - ширина активных и пассивных участков возбуждающих электродов, м,расстояние между продольными осямисоседних возбуждающих электродов выбрано из условия20 с=2/3=4 /2,где .с - расстояние между продольнымиосями соседних возбуждающих электродов,м;4 - длина ПАВ на частоте акустического .25 синхронизма секций возбуждающих электродов, м,а пространственный период 1-с размещениясекций возбуждающих электродов выбраниз условия:30р=п Ло/2,где п=5, 6, 7- номер рабочей ангармоники.1835592 Яф 1 Я/ Составитель В, ОрловТехред М. Моргентал орректоф М, А Редак ен й комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Производственно-издате Заказ 2985 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 415

Смотреть

Высокочастотный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн