Преобразователь поверхностных акустических волн

Преобразователь поверхностных акустических волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТБЯЬ ПОВЕРХ- . НОСТШЛХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН, содержа-: щий размещенные на эвукопроводепервую и контактнЕяе площадки, основной ряд 1атыревых электродов, с6CTOHteuft из -первой грущш электродов, электрически соединенных с контактной площадкой, и второй группы электродов, перекрывакяцихся с электродами первой группы и раоголоженных между ними, и по меньшей мере один, вспомогательный ряд штыревых электродов, содержащий первую группу электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и. вторую группу электродов , соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие . электродов первой и второй групп во вспстогательном рпяу выполнено неравномернсш, о т л и ч а и и с и тем, что, с целью снижения вносимых потерь энергии преобразователя без увеличения его размеров и уменьшения искажений амплитудночастотной характеристики, он содержит дополнительные электрода, гальваническя соединенные со второй контактной площадкой, перекрывамциеся с электродами первой группы основного ряда и расположенные между ними на участке, координаты которого на продольной оси преобразователя соответствуют координатам участка импульсного отклика с максимгипьными амплитудами, при этом электроды первой группы основного ряда, смежные с дополнительными электродами и образуюсфле с ними пары, расположенные на указанном участке преобразователя , Гсшьванически соединены с первой контактной площадкой. 2.Преобразователь по п. 1, о т (Л л и ч а ю щ и и с я тем, что электроды гальванически соединенные со второй контактной площадкой, к смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соеди- 2 ненные с первой контактной площадкой, вьшолнены с переменной шириной, измёняющейся вдоль продольной оси riper образователя в соответствии с заданньми амплитудами его импульсного от-, :клика. 3.Преобразователь по п. 1, о т л .и ч а ю щ и и с я тем, что электроды , Гсшьванически соединенные со втс рой контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соедит:ненные с первой контактной площадкой , выполнены с переменными длинами j перекрывающихся участков, изменяю1ФШИСЯ вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с заданными амплитудами его импульсного отклика .

аю 61) СООЗ СОВЕТСКИХ

344ЦЪЮ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЙЯ н автаесномм сеидатввствы

ГОСУДАРСТВЕКНЦЙ КОМИТЕТ ОСОР

Мд В РПВВЯМыюмьй (21) 3362052/18-23 (22) 01.12.81 . (46). 07.06.83. Бюл..9 23. (72) Ю.В. Гуляев, A.M. Кмита, И.A. Марков, Б,М. ПоПов и Ю.M.Ùóêèí .(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН:СССР (53) 621.372.54:621.374.55 ° 534. .232(088.8} (56) 1. Патент СшА 9 3904996, .кл.. 333-72, опублйк. 1975 °

-2. Авторское свидетельство СССР

9 726648, кл. Н 03 Н 9/00, .

H 01.L 41/08,. 1977 (прототип). (54)(57} 1 . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОВЕРХHGCTHh3X АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН„ содержа-. щий размещенные на звукойроводе-первую. и-.вторую контактные площадки, основной ряд штыревых электродов,.со . стоящий из первой группы электродов, электрически соединенных с первой контактной площадкой, и второй группы электродов, перекрывающихся с электродами цервой группй и panioложенных между ними, и по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, -содержащий первую группу электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и.вторую группу электродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие,электродов первой и второй

ryynn во вспомогательном ряду выполнено неравномерными, о т л и ч а.ю-. шийся тем, что, с целью снижения вносимых потерь энергии преобразователя без увеличения его размеров и уменьшения искажений амплитудноЯ59,Н 03 Н 9/145у Н 03 Н 9/42;

Н 03 Н.9 64 частотной характеристики, он содержит дополнительные электроды, гальваиически соединенные -со второй

-контактной площадкой, перекрывающиеся с электродами первой группы основного ряда и расположенные между ними на участке, координаты которо го на продольной оси преобразователя соответствуют координатам участка импульсного отклика с максимальными амплитудами, при этом электроды первой группы основного ряда, смежные с дополнительнымн электродами и образующие с ними пары, расположенные на указанном участке преобразователя, гальванически соединены с первой контактной площадкой. Q

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что электроды, гальванически соединенные со .второй контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соединенные с первой контактной площадкой, выполнены с переменной шириной» изменяющейся вдоль продольной оси пре образователя в соответствии с заданными амплитудами его импульсного от:клика.

3. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что электро ды, гальванически соединенные со вто рой.контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соединенные с первой контактной площадкой, выполнены с переменными длинами перекрывающихся участков, изменяющнмися вдоль продольной оси праобразователя в соответствии с заданными амплитудами его импульсного отклика.

1022292 с

Изобретение относится к радиоэлек- тронике и может использоваться в устройствах обработки сигналов на поверхностных акустических волнах(ПАВ).

Известен преобразователь ПАБ, содержащий звукопровод и размещенйую на его поверхности встречно-штыревую электродную структуру с перекрытием электродов, при этом в контактных площадках выполнены выемки, в кото рые входят концы штыревых электро- 0 дов, что обеспечивает емкостное взвешивание (1 J.

Недостатком этого преобразователя является сложность расчета и наличие. диФракционных эФФектов на концах 15 электродов, входящих в выемки малой глубины, чтО искажает амплитудночастотную характеристику (АЧХ).

Известен также преобразователь

ПАВ, содержащий размещенные на звукопроводе первую и вторую контактные площадки, основной ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов, гальванически соединенных с первой контактной площад.кой, и второй группы электродов, пе25 рекрывающихся с электродами первой группы и расположенных между ними, и .по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и второй группы электродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие электродов первой и второй групп во вспомогательном ряду выполнено неравномерньм 1 21.

Формирование АЧХ этого преобразователя также осуществляется путем из-40 менения величин емкостей вдоль его оси в соответствии с заданными амплитудами импульсного отклика преобразователя.

Основным недостатком преобразова- 41 теля с емкостным взвешиванием. является сравнительно высокий уровень вносимых потерь энергии, что связано с большой величиной электрической добротности. Особенно сильно вносимые потери возрастают в преобразователях, имеющих широкую относительную . полосу пропускания частот. Большая добротность таких преобразователей обусловлена связью через емси> кости каждой нары смежных электродов "- основного ряда с соответствующей кон тактной площадкой. Другим недостатком этого преобразователя является искажение АЧХ вследствие переотражений ПАВ иа. электродах, связанных 60 с контактны и .площадками через малые емкости. Вносимые потери и вели. чины электрической добротности в описанных преобразователях с емкостным взвешиванием могут быть уменьшены 65 путем увеличения взвешивающих емкос" тей, однако такой путь приводит к нежелательному увеличению размеров преобразователей и, соответственно, устройств, в которых они используются.

Цель изобретения - снижение вносимых потерь энергии преобразователя без увеличения его размеров и уменьшение искажений АЧХ.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь IIAB содержащий размещенные на звукопроводе первую и вторую контактные площадки, основной ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов, электрически соединенных с первой контактной площадкой, и второй группы электродов, перекрывающихся с электродами первой группы и расположенных между ними, и по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и второй группы электродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие электродов первой и второй групп во вспомогательном ряду выполнено неравномерным, содержит дополнительные электроды, гальванически соединенные со второй контактной площад- кой, перекрывающиеся с электродами первой группы основного ряда и рас-. положенные между ними на участке, координаты которого на продольной оси преобразователя соответствуют координатам участка импульсного от клика с максимальными амплитудами, при этом электроды первой группы оцновного ряда, смежные с дополнитель ными электродами и образующие с ни ми пары, расположенные на указанном участке преобразователя, гальванически соединены с первой контактной площадкой.

Причем в преобразователе электроды, гальванически соединенные со второй контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соединенные с первой контактной площадкой, могут быть выполнены с переменной шириной, изменяющейся вдоль оси преоб,разователя в соответствии с заданными амлитудами его импульсного отклика.

Кроме того, электроды, гальванически соединенные со второй контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда, гальванически соединенные с первой контактной площадкой, могут быть выполнены с переменными длинами перекрывающихся участков, изменяющимися адоль продольной оси преобразователя

1022292 в соответствии с заданными амплитудами его импульсного отклика.

На фиг. 1 приведена конструкция преобразователя с одним вспомогательным рядом электродов и импульсный отклик этого преобразователя; 5 на фиг. 2 — вариант преобразователя с двумя вспомогательными рядами; на фиг. 3 - другой вариант преобразователя с двумя вспомогательными рядами.

Преобразователь содержит размещен- 30 ные на поверхности звукопровода 1 (фиг. Ц первую 2 и вторую 3 кон. тактные площадки, основной ряд 4 штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов 5 и второй грУппы 15 электродов б, перекрывающихся с элек-. тродами 5 первой группы и расположенных между ними. Электроды 5 первой группы гальванически соединены с первой контактной площадкой 2, а электроды б второй группы связаны со второй контактной площадкой 3 через взвешивающие емкости. Эти емкости образованы с помощью вспомогательного ряда 7 первой группы электродов 8, гальванически соединенных со второй .контактной площадкой 3, и второй группы электродов 9, перекрывающихся с электродами 8 расположенных между ними и гальванически соединенных с соответствующими электродами 6 второй группы основного ряда 4. Величины взвешивающих емкостей прямо пропорциональны длинам перекрывающихся участков электродов 8 и 9 вспомогательного ряда 7. Преобразователь со- 35 держит дополнительный электрод 10, гальванически соединенный перемычкой ll со второй контактной площадкой 3, перекрывающийся с электродами

5 первой группы основного ряда 4 и 40 расположенный между ними. Для пояснения места расположения электрода 10 по длине преобразователя на фиг. 1 приведена продольная ось хд последнего, на которой координатй х .и х1 соответствуют положению центров зазоров между электродом 10 и смежными с ним электродами 5 первой группы основного ряда 4,координаты х ;х, х : - х -,...., х,-х соответствуют положению центров-зазоров между остальными электродами 5 первой группы и смежными с ними электродами б второй группы. Ниже приведен импульсный отклик преобразователя на временной оси t„ которого координаты t, У

44, tel-1, ° .. (tg tH соответствуют координатам . х„,, -х, х, -х,,..., х,, -:х на продольной оси х„ преобразователя. Координаты точек на продольной оси х„ преобразователя и на вре- 60 менной оси t< его импульсного отклика связаны между собой соотношением х -й 7, где Ч вЂ” скорость распространения ПАВ в материале звукопровода 1. КооРдинаты л .- ° tã. tz> ° ° ° p, 65

t>,-t„ характеризуют положение амплй- туд А у-А„, А2 А,...,А р-Ан импульсного отклика вдоль временной оси t>, соответствующих амплитудам

IIAB, возбуждаемых в звукопроводе 1 парами смежных электродов основного ряда 4, образующих межэлектродные зазоры с центрами в точках х,-х

41 4 х«-х,..., хя, -х соответственно.

Положение введенного. в преобразователь электрода 10, гальванически связанного со второй контактной площадкой 3, на продольной оси х„ преобразователя соответствует условию, согласно которому в центрах с координатами х и -х межэлектродных зазоров, образованных электродом 10 . со смежными электродами 5 первой группы, реализуются максимальные амплитуды импульсного отклика A и -A

В конструкции преобразователя, М показанном на фиг. 1, в котором имеется один электрод 10, гальванически соединенный со второй контакт-ной площадкой 3, ближайшие к нему электроды 6 второй группы целесообразно соединять с двумя.или более электродами 9 вспомогательного ряда 7 перемычками 12. Такое соедине ние уменьшает длины перекрывающихся

:участков соответствующих электродов

9 и 8, необходимые для реализации вторых по величине амплитуд-A и -A ф импульсного отклика. Следующие амплитуды импульсного отклика A,-A3 з 3 и т.д. при быстром их спаде могут быть реализованы при непосредственном соединении каждого электрода 6 второй группы основного ряда 4 с одним электродом 9 вспомогательного ряда 7 без увеличения размеров преобразователя.

Преобразователь IIAB, показанный на фиг. 2, отличается от описанного выше тем, что в него введено несколько электродов 13, гальванически соединенных со второй контактной площадкой 3. Эти электроды 13 расположены на участке преобразователя с координатами х,-х, соответствующими координатам участка импульсного отклика преобразователя, на которых расположены амплитуды с максимальными значениями. Электроды,14 первой группы основного ряда 4.преобразователя, смежные с введенными

;,электродами 13 и образующие с ними пары, расположенные на указанном участке преобразователя с координатами х„,-хК, гальванически соединены с первой контактной площадкой 2.

Остальные электроды 15 первой группы связаны с контактной площадкой

2 через взвешивающие емкости. Эти емкости образованы вторым вспомогательным рядом 16 электродов 17, гальванически соединенных с первой контактной площадкой 2, и электродов

18, гальванически соединенных с co--!

1022292 ответствующими электродами 15 первой группы. Электроды 13 и .14, гальванически соединенные с контактными площадками 3 и 2 соответственно, выполнены..с переменной шириной O изменяющейся вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с.заданными амплитудами на соответствующем участке его импульсного отклика.

Изменение ширины 0 электродов эквивалентно пропорциональному изменению межэлектродной емкости пар электродов 13 и 14. Максимальную ширину 0 имеет пара электродов 13 и 14, расположенная в центральной части указанного участка. Ширина О 15 остальных электродов уменьшается к краям этого участка.

В преобразователе, показанном на фиг. 3, электроды 19, гальванически соединенные с контактной площадкой 3, и смежные с ними электроды

20 первой группы, гальванически соединенные с контактной площадкой 2, выполнены с переменными длинами перекрывающихся участков, изменяющимися вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с заданными амплитудами на соответствующем участке его импульсного отклика. Электроды 19 и 20,а также остальные электроды 21 и 22 основного ряда выполнены расщепленными.При этом электроды 21 первой группы гальванически соединены с несколькими электродами 18 вспомогательного ряда 16 перемычками 23, электроды 22 второй группы гальванически соединены с несколькими электродами 9 вспомогательного ряда 7 перемычками 23. Такое соединение позволяет уменьшить поперечные размеры вспомогательных рядов 7 и 16. 40

Минимальные длины перекрывающихся участков электродов 19 и 20 определяются по допустимому уровню дифракционных эффектов, который зависит еще от целого ряда факторов, таких 45 как расстояние между входным и выходным преобразователями в устройстве, выбор среза анизотропного кристалла для звукопровода, допустимые искажения АЧХ. С учетом этого минимальную длину 6 перекрывающихся участков электродов 19 и 20 рекомендуется выбирать такой, чтобы реализуемые парами этих электродов амплитуды импульсного отклика были в

4-5 раз меньше максимальной амплитуды, реализуемой парой электродов 19 и 20 с наибольшей длиной 6 перекрывающихся участков. Остальные амплитуды импульсного отклика реализуются электродами 21 и 22 основного ряда, 60 связанными с контактными площадками

2 и 3 через взвешивающие емкости, образованные вспомогательными рядами

16 и 7 электродов. Еще большее уменьшение поперечных размеров такого 65 преобразователя может быть получено путем изменения длин перекрывающихся участков электродов 21 и 22 основного ряда и/или изменения ширины электродов 19 и 20.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

При подаче на контактные площадки 2 и 3 (фиг. 1) высокочастотного напряжения между электродом 10 и смежными с ним электродами 5 и 6 возникает знакопеременная разность потенциалов. При этом в соответствующих участках звукопровода 1 возбуждаются ПАВ с амплитудами, пропорциональньвии величинам этих разностей потенциалов. В частности, на участках с координатами х„,-х возбуждаются IIAB с максимальными, одинаковыми по величине амплитудами. На остальных участках звукопровода, где расположены электроды 5 и 6, возбуждаются ПАВ с разными по величине амплитудами, пропорциональными величинам взвешивающих емкостей, которые связывают соответствующие электроды

6 .с контактной площадкой 3. Таким образом, в преобразователе осуществляется амплитудное взвешивание возбужцаемых IIAB. Преобразователь, показанный на фиг. 2, работает аналогично описанному выше, за исключением того, что величина разности потенциалов, возникающей между смежными электродами 13 и 14, различна для каждой пары этих электродов и определяется .величиной межэлектродной емкости данной пары, т.е. шириной 0 электродов 13 и 14, образующих эту пару. В преобразователях, показанных на фиг. 1 и 2, всеми электродами возбуждаются ПАВ с одинаковой апертурой акустического луча. В отличие от этого в преобразователе, показанном на фиг. 3, пары электродов 19 и 20 возбуждают ПАВ с разными апертурами акустического луча, onpezez aemevra длиной перекрывающихся участка электродов 19 и 20, образующих данную пару. В то же время амплитуды ПАВ, возбуждаемых нарами электродов 19 и 20, одинаковы. Таким образом, в предлагаемой конструкции преобразователя осуществляется смешанное взвешивание ПАВ на одном участке преобразователя - с помощью изменения апертуры акустического луча, на других — с помощью изменения амйлитуды ПАВ. Такой преобразователь может работать в паре с преобразователем, имеющим постоянную вдоль преобразователя длину перекрывающихся участков всех электродов основного ряда, например, в паре с преобразователем, показанным на фиг. 1 или 2..

В предлагаемом преобразователе достигается минимально возможная электрическая добротность без увели1022292 чения поперечных размеров преобразователя. Наряду с низкой электрической добротностью преобразователь об-. ладает улучшенной формой АЧХ, так как увеличение взвешивающих емкостей, связывающих электроды 6 основного 5 ряда со второй контактной. площадкой

3 (фиг. 1), приводит к уменьшению переотражений ПйВ. Поперечные размеры преобразователя зависят от ширины полосы его пропускания и могут 10 регулироваться выбором различных вариантов предлагаемого преобразователя.

Конструкцию, показанную на фиг. 1, целесообразно использовать для широ- 15 кополосиых преобразователей с относительной полосой пропускания большей 20%, которые характеризуются резким уменьшением амплитуд импульсного отклика от их максимального зна20 чеиия. Использование такой конструкцци-для построения менее широкополосных преобразователей приводит к .существенному увеличению их размеров из-за больших длин перекрывающихся участков электродов 8 и 9 вспомогательного ряда 7. В этих случаях целесообразнее испольэовать конструкции преобразователей,.показанные на фиг. 2 и 3.

Основным преимуществом предлагаемого преобразователя по сравнению с известными является его низкая электрическая добротность, обуславливающая малые вносимые потери энергии.

При полосе пропускания 10% преобразователь обладает потерями 20 дБ в тракте 75 Ом.

I

Поэтому, используя предлагаемую конструкцию преобразователя, можно получить максимальную относительную полосу пропускания при минимальных потерях. Дополнительным преимуществом преобразователя является улучшенная форма его амплитудночастотной характеристики. Преобразователь, по сравнению с известными, обеспечивает больший уровень подавления боковых лепестков и обладает меньшей неравномерностью вершины АЧХ.

Кроме того, поперечные размеры предлагаемого преобразователя могут быть доведены до 5-10 А (p - длина ПАВ на частоте f ), что в 2-6 раэ меньше по сравнению с известными преобразователями. Уменьшение размеров преобразователя позволяет уменьшить габа- риты звукопровода, что при серийном изготовлении приводит к экономии пьезоэлектрического материала.

1022292

1022292

Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Зака 4063/48

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Банков

Редактор Н. Стащншина Техред.И.Гергель Корректор О. Билак