RU1835592C - Высокочастотный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов систем св зи и радиолокации. Целью  вл етс  повышение воспроизводимости амплитудно-частотной характеристики и направленности излучени . Однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности, которого размещена последовательность секций возбуждающих электродов, между которыми со смещением на m До/2 + До/8 в направлении распределени  ПАВ, где m - целое число; До - длина ПАВ на средней частоте преобразовател , размещены с пространственным периодом АО /2 отражающие электроды. С целью повышени  технологичности и уменьшени  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 ос ми совпадающих активных участков возбуждающих электродов. Причем ширины активных и пассивных участков возбуждающих электродов выбраны из соотношени  Ьв До /3, рассто ние между продольными ос ми соседних возБуждаю- щих электродов выбрано из соотношени  /3 Лс/2, где Дс -длина ПАВ на частоте акустического синхронизма секции, м. Пространственный период размещени  секций возбуждающих электродов выбран из соотношени  До/2, где , 6, 7 ... - номер рабочей ангармоники. 3 ил. 1Л

Description

Изобретение относитс  к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов систем св зи и радиолокации.

Целью изобретени   вл етс  повышение воспроизводимости АЧХ и направленности излучени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ОНП ПАВ, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, и расположенные на его

рабочей грани акустически последовательно секции возбуждающих электродов (ВЭ), между которыми с пространственным периодом До/2 размещены отражательные электроды (ОЭ), центры которых смещены относительно центра секции на величину ±До/8-Нп До/2, где До - длина ПАВ на средней частоте ОНП; m - целое число.

Кажда  секци  ВЭ предлагаемого пре образовател  выполнена из трех электродов , а их пассивные участки выполнены из трех параллельных полосок, продольные оси которых совпадают с продольными ос ми соответствующих активных участков ВЭ. при этом ширина активных и пассивных участков ВЭ выбраны из соотношени 

Ьв До /3,

(1)

Рассто ние между продольными ос ми соседних ВЭ выбрано из услови 

Ао/3 Дс/2п,

(2)

где LC - рассто ние между продольными ос ми соседних ВЭ, м;

Дс -длина ПАВ на частоте акустического синхронизма секции ВЗ, м.

Пространственный период размещени  секций ВЭ выбран из соотношени 

Д0 /2 /

(3)

COS

л- dn

(А

-4

(4)

где - относительна  частота;

f с - частота акустического синхронизма

ВШГ1 в секции.(

Поскольку рассто ни  между центрами соседних электродов в секции 4 выбраны одинаковыми из соотношени  (2), т.е.

До/3 До/2, то условие акустического синхронизма будет выполн тьс  на частоте fc V/2Lc 2/3fo, где f0 - средн   частота преобразовател ; V - скорость ПАВ, и фазы соседних элементарных источников будут

отличатьс  на л.

В свою очередь кажда  секци  4 представл ет собой ВШП с линейной фазой, содержащий ,5 пар электродов, т.е. три элементарных источника ПАВ.

В соответствии со свойствами такого

рода ВШП при одинаковом перекрытии электродов АЧХ секции будет:

где , 6, 7 ... - номер рабочей ангармони- ки.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлен ОНП ПАВ; на фиг. 3 - векторна  диаграмма ПАВ, отраженных в пределах одной секции.

ОНП ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, первую 2 и вторую 3 противофазные суммирующие шины, объедин ющие одноименные электроды, периодические с пространственным периодом Lp секции 4 возбуждающих электродов чередующейс  пол рности с активными 5 и пассивными 6участками шириной До/3, последние из трех полосок 7, той же ширины отражающие электроды в виде разомкнутых 8 и замкнутых 9 металлических полосок, либо канавок, выполненных на поверхности зву- копровода.

Однонаправленный преобразователь ПАВ работает следующим образом. При подаче электрического сигнала кажда  секци  4 противофазных электродов возбуждает ПАВ, распростран ющиес  влево и вправо по поверхности пьезоэлектрического звуко- провода 1.

Каждый электрод в секции 4 можно рассматривать как элементарный источник ПАВ, амплитуда которого пропорциональна взаимному перекрытию активных участков 5 соседних электродов, соединенных с суммирующими шинами 2 и 3. Спектральна  же функци  элементарного источника (или акустическа  частотна  характеристика электрода) описываетс , например, дл  модифицированной модели «З-мсточников в виде

Ac(f)sin(N-0,5)2   ГГС х

sin(N-2rciTc) 8|П,Я-.Д) XCOS(27rfTc)/2 5ЩЖ А)

sin 3 л/2 Д

%.-..-- --.-Л... --....-.гг.,

cos л/2 А

(5)

где Тс  -z- - период дискретизации им- тс

пульсной характеристики секции 4.

Поскольку секции 4 образуют периодическую последовательность с пространственным периодом До /2, , б, 7 ..., m - целое число, а взаимное перекрытие электродов и пол рность секций 4 определ ютс  алгебраическими значени ми весовых коэффициентов , соответствующих заданной АЧХ преобразовател  на частоте каждой ангармоники, удовлетвор ющей условию До /3 Дс/2, (3), по вл ютс  отклики и АЧХ преобразовател , например, с посто нным перекрытием электродов внутри отдельной секции, описываетс  уравнением

А(т)Аэл(т) Ac(f) J Ьк-ечитРЛ. (6)

k 1

, 2, 3 ...; о

К - текущий номер секции 4;

Их - весовой коэффициент секции; - период дискретизации импульсной характеристики преобразовател ;

Lp - пространственный период размещени  секций 4;

Q 2   (f-fo) - расстройка по частоте.

Средн   частота f0 преобразовател  может быть выбрана совпадающей с частотой любой из ангармоник. С точки зрени  эффективности возбуждени  ПАВ и следовательно с точки зрени  обеспечени  мини- мальных потерь при работе на высоких частотах, предпочтительной  вл етс  работа на ангармонике .

При о/1; iKOBOM числе возбуждаемых электродов в секции, например, трех, в уст- ройстве-прототипе и предлагаемом ОНП дл  последнего удельные эффективность и направленность излучени  (на длину волны) выше, так как в первом случае прот женность элементарной секции составл ет 3 До, а во втором - 2,5 /U.

При увеличении п в соотношении До/ /3 до б. Прот женности элементарных секций в известном и предложенном решени х одинаковые и составл ют 3 До, однако в сек- ции предлагаемого ОНП количество отражающих электродов вдвое больше, что способствует увеличению направленности излучени  и снижению потерь. Максимальное количество отражателей в промежутке между секци ми составл ет (п-4).

Таким образом, выбор рассто ний между секци ми и между электродами из соотношений (2), (3) обеспечивает рост эф- фективности возбуждени  и направленно- сти излучени  ПАВ на высоких частотах, что приводит к уменьшению вносимых потерь.

Поскольку пространственный период отражени  электродов 8, 9 выбран кратным половине длины ПАВ на средней частоте fo ОНП, то волны, отраженные от каждой из этих электродов, складываютс  между собой в фазе.

Благодар  же размещению решетки из отражающих электродов 8, 9 между сосед- ними секци ми ВЭ со смещением относительно центра секции, совпадающего с центром возбуждени , на величину

А х.глДо/2 ±До/8,

где т - целое число, в предлагаемом ОНП обеспечиваетс  преимущественно направленное излучение ПАВ из-за синфазного в пр мом и противофазного в обратном на- правлении сложени  возбужденных и отраженных волн.

При этом отражающие электроды 8, 9 могут быть выполнены из разомкнутых металлических полосок, например, шириной До/4 (в этом случае До/2- До/8, (фиг. 1), замкнутых (в этом случае х хДо /2+ До /8) или комбинированных металлических полосок (фиг. 2), взвешенных по

5

10 15

20 25

0

5

0

5

0

5

дл.ине, ширине, толщине, глубине с целью обеспечени  заданного коэффициента отражени  и АЧХ ОНП в целом.

Направленность излучени  предлагаемого ОНП выше, чем у известных ОНП с внутренними отражател ми, поскольку максимальное количество отражателей, которое можно разместить на одну длину волны без ущерба эффективности возбуждени , в предлагаемом ОНП больше. Указанное свойство позвол ет при использовании предлагаемого ОНП либо уменьшить вносимые потери при заданной полосе пропускани , либо расширить диапазон реализуемых полос пропускани  при заданной величине потерь.

Выбор ширин активных 5 и пассивных б участков электродов Ь До /3, размещение их на одной продольной оси и выбор рассто ни  между их продольными ос ми из соотношени  До /3 позвол ет обеспечить компенсацию 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 составл ет 240° и следовательно суммарна  амплитуда ЛАВ, отраженной от отдельной секции 4, равна нулю на средней частоте (фиг. 3).

Благодар  отсутствию паразитного взаимодействи  ПАВ. отраженных от краев возбуждающих электродов, и ПАВ, отраженных от полосок 8, 9, также повышаетс  направленность излучени  и снижаютс  вносимые потери.

Таким образом использование предлагаемого ОНП позвол ет обеспечить достижение цели изобретени  - повышение воспроизводимости АЧХ и направленности излучени .

С целью формировани  заданной АЧХ в предлагаемом ОНП могут быть исггользова- ны различные методы взвешивани  как возбуждающих , так и отражающих электродов путем изменени  их длины, ширины, селективного удалени  и т.д.

В качестве примера исполнени  была изготовлена тестова  конструкци  фильтра на ПАВ, содержаща  звукопровод из кварца ST-среза размером 15x6x1 мм, на рабочей поверхности которого размещались высокочастотный ОНП ПАВ предлагаемой конструкции с амплитудой аподизацией секций

(взвешивание перекрыти  электродов) и два контрольных преобразовател  по противоположным сторонам от ОНП, Число секций в ОНП составило 153. В каждом интервале между секци ми размещалс  один отражательный элемент. Период секций составл л 36 Мкм (3 До), ширина активных электродов и зазоров между ними 4 мкм, ширина изолированных отражателей 3 мкм, апертура преобразовател  400 мкм.

Параметры преобразовател  следующие:

Средн   частота 262,5 МГц

Полоса пропускани  по уровню -3 дБ 0,9

Экспериментальна  однонаправленность 12 дБ

Расчетна  однонаправленность 38 дБ.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Высокочастотный однонаправленный преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод и расположенные на его рабочей грани акустически последовательно секции возбуждающих электродов, Между которыми с пространственным периодом До /2 размещены отражающие электроды, центры которых смещены относительно центров секций возбуждающих электродов на величину ±До /8+т До /2, где До - длина ПАВ на средней частоте однонаправленного преобразовател , т - целое

   Л ,

   m

   число, отличающи и с  . тем. что, с целью повышени  воспроизводимости амплитудно-частотной характеристики и направленности излучени , в нем кажда  секци 

   возбуждающих электродов выполнена из трех возбуждающих электродов, а их пассивные участки выполнены из трех параллельных полосок, продольные оси которых совпадают с продольными ос ми соответствующих активных участков возбуждающих электродов, причем ширина активных и пассивных участков возбуждающих электродов выбраны из выражени  Ьв До /3,

   где Ьв ширина активных и пассивных участков возбуждающих электродов, м, рассто ние между продольными ос ми соседних возбуждающих электродов выбрано из услови 

   До ,

   где Ц - рассто ние между продольными ос ми соседних возбуждающих электродов, м;

   До - длина ПАВ на частоте акустического

   синхронизма секций возбуждающих электродов , м,

   а пространственный период размещени  секций возбуждающих электродов выбран из услови :

   До/2,

   где , 6, 7 ... - номер рабочей ангармони- ки.

   Фиг.1

   .-НА.-

   W/M///W,

   Фиг. 2

   Фиг.З