Смекни!
smekni.com

Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 23 из 102)

где ∆η1 ― рассогласование по задержке на интервале длины волны. Относительное отклонение результирующего напряжения

,

где ∆υпов — отклонение скорости поверхностной волны от номинальной; ∆υпов.н — номинальная скорость поверхностной волны.

Положим, что отклонение ∆η1 определяется отклонением задержки от номинального значения, для которого проведен расчет преобразователей. Если учитывать влияние на задержку только отклонений скорости поверхностной волны ∆υпов то

∆η12/T02 ≈ ∆υ2пов/∆υ2пов.н.

Как видно, влияние зависимых отклонений на потери в фильтре резко возрастает при увеличении числа пар штырей N. Зная отклонение скорости поверхностной волны от номинальной, просто найти уменьшение напряжения отклика. Например, при очень малом отклонении в скорости (∆υ2пов/∆υ2пов.н=10-6) получим

U(∆θ)/ Uн=0,06 при N=100;

U(∆θ)/ Uн=0, 6 при N=300.

Следовательно, отклонения в скорости распространения поверхностной волны и времени задержки в звукопроводе значительно влияют на отклик на выходе фильтра.

При случайных независимых отклонениях полагаем, что известно D )

(оно одинаково для всех штырей). Тогда из уравнения U(∆θ) ≈ ≈

108

.

Следовательно, при увеличении числа пар штырей случайная составляющая ∆U(∆θ)/ Uн уменьшается, устремляясь к нулю. Этот результат аналогичен полученному ранее для фильтров на ПЗС, где относительное влияние случайных независимых отклонений уменьшается с увеличением числа ячеек памяти. В фильтрах на ПАВ остается только незначительное среднее отклонение выходного напряжения, не зависящее от количества пар штырей. Например, при больших относительных отклонениях задержки [D1/2(∆θ1)/Т0=0,01] уменьшение среднего значения составит 0,2% . Следовательно, можно допускать существенные случайные независимые отклонения при изготовлении штырей.

Конструирование преобразователей фильтров на ПАВ. При конструировании фильтров на ПАВ необходимо решить ряд вопросов, связанных с вторичными эффектами, к числу которых в первую очередь следует отнести эффекты отражения акустических волн от штырей преобразователей, от краев звукопровода и т. д. Наиболее существенное влияние оказывает отражение от штырей. Действительно, волна, распространяющаяся под штырями, с одной стороны, накапливает интенсивность, суммируясь с волнами других пар штырей, а с другой ― отражается от каждой последующей пары.

Нанесенные на поверхность звукопровода штыри изменяют условия и скорость движения волны. В них возбуждается электрическое напряжение, происходит вторичное излучение, т. е. отражение волн. Эффект этот тем больше, чем больше пар штырей и чем больше коэффициент электромеханической связи kм. Эффект отражения существенно ограничивает количество пар штырей и требует тщательного выбора материала звукопровода (в зависимости от требований к полосе частот). Заметим, что использование подобных отражений лежит в основе функционирования резонаторов на ПАВ.

В фильтрах на ПАВ эффект отражений стремятся уменьшить, для чего используют очень тонкие напыленные штыри, толщиной примерно 100 … 200 нм, а также подбирают соотношения между величинами a и h. Установлено, что целесообразно выбирать отношение a /(a+h), равное примерно 0,6 при материалах с небольшим значением kм и 0,7…0,8 — с большим kм.

При конструировании фильтров сначала в зависимости от требований к полосе и средней частоте выбирается материал звукопровода. Для звукопровода могут быть использованы как монокристаллические, так и поликристаллические (пьезокерамические) материалы. Монокристаллы обеспечивают малые потери на распространение ПАВ ( около 0,1 … 0,5 дБ/см на частотах до 2 ГГц). Они стабильны во времени (для силиката висмута отклонение скорости волны от кристалла к кристаллу не превышает ±0,06 %). Характеристики некоторых материалов приведены в табл. 1.9.2 и 1.9.3. В фильтрах с соотношением ∆fп/f0 до 0,05 … 0,06 наиболее широко используется кварц SiO2 различных срезов. В этом случае малый коэффициент электромеханической связи позволяет получить

109

низкий уровень отраженных от штырей сигналов даже при числе штырей более 300...500. Кварц также отличается высокой температурной стабильностью, и поэтому могут быть получены кристаллы, позволяющие создать звукопроводы длиной 100...200 мм.

Для фильтров с полосой ∆fп/f0≈0,5...0,6 применяется в основном ниобат лития LiNbO3, который благодаря большому коэффициенту электромеханической связи позволяет уменьшить затухание в фильтре, но при небольшом числе штырей примерно 10. Таблица 1.9.2

Материал

Ориентация

Скорость волны

υпов, км/с

Измене ние

скорост и

∆υ/υпов

Коэффиц иент

электроме ханическо й связи k2м, %

Оптимал ьная

полоса

∆fп/f0,

%

Температ урный

коэффиц иент

скорости αυ.106,

1/°С

Температ урный

коэффици ент

задержки ατ.106,

1/°С

Кварц Ниобат лития

Танталат лития Германат висмута

YX

ухе/420 45'

YZ

41,5°, X ZY

YX

[110] (111)

3,159

3,158

3,488 4

3,329

3,148 1,708

0,09

0,058

2,41

2,77 0,59

0,037

0,82

0,23

0,16

5,04

5,78

1,21

0,075

1,69

5,3

4,6

24

28

11

3,2

15

38

14

-87

-57

-52

-33

-123

-24

0

94

72

69

49

115

Таблица 1.9.3

Марка керамики

Скорость υпов, км/с

Коэффициент электромехани

ческой связи kм, %

Диэлектриче ские потери tgδ, %

Добротно сть Q.10-3

Температурны й коэффициент частоты αf.106

В-16, В-17, В-18

ЦТС- 19

ПКД-38, 329/20

2,2...2,4

2,1

2,3; 2,4

0,3...0,35

0,31

0,38; 0,15

0,25... 0,32

3,5

0,5

1,75

0,5

1,0; 2,5

25

21

30, 120

110 0,04мм

К числу перспективных материалов для звукопроводов можно отнести танталат лития LiТаО3 и германат висмута Bi12GeO20. Танталат лития является единственным материалом, в котором высокие пьезоэлектрические свойства сочетаются с хорошей термостабильностью. Германат висмута применяется для линий задержки на большие длительности из-за низкой скорости распространения ПАВ и для фильтров со сложными ВШП. Это объясняется тем, что можно получить относительно большие размеры кристаллов. налы, состоящие из Nэ элементов сигнала длительностью Тэ с квазислучайными фазами, отличающимися на π. Напомним, что для таких сигналов основные особенности согласованных фильтров заключаются в фазочастотной характеристике. Простейший фильтр для этих сигналов представляет собой совокупность элементов задержки с отводами и сумматора. Описанные выше фильтры могут быть выполнены на основе электромеханических и кварцевых линий задержки. Но это вызывает большие конструкторско-технологические трудности и обычно число отводов, т. е. база сигнала, не превосходит 100 ... 200. Фильтры на ПАВ представляют в этом отношении интересные возможности. Действительно, для формирования отвода достаточно одной или двух пар напыленных встречных штырей. Общая длина такого преобразователя-отвода может составлять сотые и тысячные доли миллиметра. Расстояние между парами штырей lотв определяется длительностью элемента сигнала Тэ:

lотв=υповTэ

Если, например, Тэ составляет 0,25 мкс, как это часто бывает на практике, то расстояние между парами штырей при υпов≈400 м/с должно быть lотв =