книги / Селективные акустоэлектронные устройства

ыегпд ппс'И'Ппц -ипч! пил прпЫп.+ ^нпн Гhicnr? определения амплитуд и флз

частотны/. выборок ш.мислчкжя огсмтюльные частотные характеристик! фильтра

иею импульсный отклик, служащий для вычисления координат цешров и

перекрытия электродов. Метод позволяет синтезировать фильтры с симметрической

инесимметрической АЧХ, линейной и нелинейной фазо-частотной характеристикой

(ФЧХ) /1 0 / и, в случае использования линейного програмирования, позволяет построить оптимальные фильтры /28/. Однако о этом случае вычислительный

процесс является медленным, что ограничивает полосу пропускания рассчитываемых фильтров до 20-40%. Использование линейною програмирования требует еще

больших затрат машиною времени.

Оптимальный синтез ПАВ-фильтров на основе алгоритма Ремеза позволяет реализовать взвешенную чебышевскую аппроксимацию частотных характеристик

с минимальной абсолютной величиной ошибки на всем интервале рассматриваемых частот при заданных границах полос пропыскания и заграждения. Чебышевский

метод синтеза можно сформулировать в оиде задачи линейного программирования, однако такой алгоритм менее эффективен. Достоинство алгоритма Ремеза заключается в том, что дополнительно могут быть введены ограничения на весовые коэффициенты. В /1 0 / показано, что при гой же длине импульсной характеристики ВШП и величине пульсаций АЧХ коэффициенты импульсной характеристики оптимального фильтра в 2 раза больше по сравнению с

аналогичными коэффициентами, полученными методом функций окна с

использованием окна Кайзера-Бесселя. Поэтому дифракционные искажения частотных характернее будут меньше.

Наряду с классическими методами синтеза полосовых ПАВ-фильтров создан ряд специализированных, позволяющих учитывать эффекты второго порядка.

Синтез ПАВ-резонаторных фильтров может быть выполнен разными подходами. На основе эквивательной схемы двухвходового резонатора предложен метод синтеза резонаторных фильтров (РФ) с электрической связью. Недостатком

такого метода является необходимость использования таблиц или графиков для

определения элементов связи, что затрудняет решение задачи на ЭВМ. Другой подход включает синтез, анализ РФ на основе эквивалентных схем и подстройку

частоты каждого резонатора.

Основополагающей работой в области синтеза РФ с разными типами связи

включает следующие принципы: за основу используется фильтр прототип нижних частот (НЧ), применение инверторов сопротивлений или проводимостей, в первом этапе синтеза пренебрегаю гея потери.

При синтезе РФ резонатор ПАВ описывается в виде модели линии передачи, характеризуемой относительным значением акустического импеданса и средним значением скорости распростанения ПАВ. При наличии стоячей волны в резонаторе наблюдаются последовательный и параллельный резонансы, характеризуемые центральной частотой и параметром крутизны. На основе фильтра прототипа НЧ, параметры которых табулированы, составляются

соответствующие схемы полосовых фильтров с инверторами сопротивлений или

проводимостей. Используя известные выражения /30/, определяются добротности резонаторов и коэффициенты связи межды ними. Конструктивно связь между

резонаторами реализуется в виде отражательных решеток связи (ОРС), ВШП,

многополосковых ответвителей.

Анализ акустоэлектронных устройств является следующим' этапом

проектирования и направлен на точное определение частотных характерней'с,

поскольку синтез ведется на основе более простой модели. Анализ топологии

устройств можно выполнить на основе моделей перечисленных в таб.1.1. Более полно требованиям отвечают модели двух дельтаисточников и ‘ эквивалентных

схем. Модель дельтаисточников позволяет определить аналитические зависимости м еж ду геом етрически м и размерами тополгии и частотными характеристиками,учитывает степень металлизации звукопровода. Модель

эквивалентных схем учитывает ряд эффектов второго порядка, но не дает зависимостей в яь.юм виде. При описании параметров матрицами передачи

модель эквивалентных схем пригг та для решения задачи на ЭВМ.

Наряду с указанными создан ряд специализированных методов анализа акустоэлектронных устройств, основные характеристики которых приведены в

таблице 1.2.

Met оды анализа акустоэлектронных устройств

2. 1. Описание элем ентов а кусти ческого тракта

Составной частью любого элемента акустического тракта является акустическая неоднородность, выполненная на рабочей поверхности или в приповерхностном

слое пьезоэлектрического звукопровода определенным технологическим способом. При этом рассматриваются направления пьезоэлектриков, обеспечивающие

возбуждение чистой моды ПАВ.

Можно выделить две совокупности входных [X] QX'], [XT) и выходных [Y]

JY*!, [YMD переменных акустической неоднородности

Выражение (2.1) описывает связь между акустическими переменными, что

характерно для отражательных элементов ПАВ. Выражение (2.2) включает акустические и электрические переменные и позволяет описывать преобразователи,

а также ОР. Связь между совокупностями переменных (2.1) и (2.2) в общем

случае можно выразить через матрицу передачи акустической неоднородности

[А н1 аналогично (1.34)

Тогда основной Задачей при составлении модели и анализе селективных экустоелектронных устройств является следующие требования:

адекватность модели, с высокой точностью отражаючая протекающие а

устройстве физические процессы; - универсальность и возможное!ь применения для описания различных

устройств;

возможность использования модели на разных стадиях разработки

акустоэлектроных устройств;

- удобство при практической реализации.

Исходя из эквивалентности волновых процессов, Ï - ю пасивную акустическую

импедансы неоднородностей; YBL, YBU, у вп, Y bb, YBT - реактивные проводимости, учитывающие эффект реактивного накопления на краях

неоднородностей; я,,, ajj, в", а!, а,. • элементы соответствующих матриц

( I * 1А ) в ); а и , а ик> ат, а э|(, etfk > постоянные затухания-, 1ц, )и, Ц,

Ц, I,- - длина акустических неоднородностей.

Каждый электрод ВШП описывается схемой Мезона /2 6 / с дополнением ее

реактивной ррояодимостью VBE и потерями. Учитывая, что регенерация ПАВ

связана с повышением многократных переотражений на электродах, поэтому атот эффект отражается через импеданс ZE согласно (2.7). Тогда матрица передачи m - го электрода равна

может быть описано при помощи эквивалентной схемы линии передачи нулевой длйны /32/. Матрица передачи таких схем для отражательной решетки [Аор] и

преобразователя [А™] равны

еЛ«о

4-ah«„ ClWL

где oc0 - постоянная затухания, обусловленного генерацией обьемных волн.

2.2 Построение моделей отражательны х реш еток и встречно­

ш ты ревы х преобразователей.

ОР в общем случае представляет регулярную последовательность акустических неоднородностей, характеризуемых импедансами Z ,, Z2, длиной \v 12, скоростью

распространения ПАВ V,, V2 (рис.2.1). Матрица передачи такой ОР получается перемножением матриц передачи соответствующих акустических неоднородностей

с использованием (2.5),при условии 1=1,2, (2.8), (2.25)

где N-количество элементов ОР.

[ А ар]

Рис.2.1. Конструкция и эквивалентная схема регулярной последовательности акустических неоднородностей

Выражение (2.27) может быть использовано для описания ординарных ( при ZJS ZQ, V ^ V J , дублированных и пленочных ОР. Модели других типов ОР строятся

с использованием ранее приведенных выражений.

ОР с расщепленными элементами представляет собой регулярную

последовательность сдвоенных металлических полосок (рис.2.2). Матрица передачи

одной секции ОР составляется на основе (2.17), (2.23) с учетом полярности

Рис.2.2. Конструкция и эквивалентная схема одной секции расщепленной ОР

С использованием (2.2) и (2.3), при условии и.-11|+1 и lj=lJ+1=Ot получаем матрэицу передачи секции OP tApÿ] на основе (2.28)

неоднородностей с противоположными значениями рассогласования акустического

импедацса.ОР может быть описана при помощи выражения (2.30) при замене

соответствующих элементов получаем матрицу (А*), суть которой будет раскрыта

ниже. На основе (2.2),(2.3) и при условии, что UpUJ+1l -y^=Z , . где ZL

сопротивление нагрузки ВШП, получаем матрицу переда (и OP

В случае использований ОР для образования стоячей волны ОР удобно

рассматривать вместе с промежутком ОР-ВШП, что с учетом (2.21) соответствует

PT PT

аап*о+а12

Для получения акустической связи между резонаторами используются ОРС

.coctortmne из определенного количества ОР, разделенных промежутками звукйлроВода. Если матрицы передачи ОРС обозначить через [А РС). что cootëe+cîayet одному из (2.27) или (2.30), то с учетом (2.21) получаем матрицу передёчй Всей конструкции

Обобщенная конструкция и эквивалентная схема ВШП представлена на

рис.2.3. На основе (2.9), (2.17). (2.23), (2.20) получаем матрицу передачи ВШП, содержащего Ж активных электродов