автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Преобразователи поверхностных акустических волн для фильтров с повышенной избирательностью

НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ УКРА1НИ "КИШСЬКИЙ ПОШТЕХШЧНИЙ 1НСТИТУТ"

Р Г Б ОД

? % (.г О я

'' " На правах рукопнсу

УДК 621.372:534

ЗАПУШШЙ Олексаидр Петрович

ПЕРЕТВОРЮВАЧIПОВЕРХНЕВПХ АКУСТИЧШ1Х ХВИЛЬ ДЛЯ Ф1ЛЫР1В 3 ГНДВИЩЕНОЮ ВИБ1РКОВ1СТЮ

Спещальшсть 05.12.17 - радиотехшчш тателев1зшш

систел!н 1 пристро!

АВТОРЕФЕРАТ дисертаци' на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук

Кшв -1996

Дисерташ'ею е рукопис.

Роботу виконано на кафедр1 конструговшшя 1 виробинцтва радшапаратури в Нацюналыюму техшчному ушверсите-п Украшн "Ктвський полггехшчний шституг".

Науковнй кер|'вннк:

кандидат техшчних наук, професор Погребняк В.Г1.

Офвдйш опоненти:

доктор техшчних наук, старший науковнй сшвробтшк Семенко А.1.

кандидат техшчних наук Коба СЛ.

Провщна установа:

ВАТ НВП "Сатурн", м. Кшв

н-зо

Захист вщбудеться " 9 " грудия 1996 р. о годиш на засщанш спешашзовано! ради К 01.02.21 у Нацюналыюму техшчному ушвераггсп Украшн "Ктвський полггехшчний шститут" за адресою: 252056, Кшв-56, пр.Перемогн 37, НТУУ "КПГ, корпус 17.

3 днсергаш'ао можна ознаЛомитись у бхб/иотещ НТУУ "КПГ.

Автореферат роз1сланнй " £~ " /илЫ~ОУШЛС\ 1996 р.

Вчегаш секрстар спешад1зовано1 ради, кандидат техшчних наук

Куданов е.В.

АН0ТАЦ1Я

Метою днсерташЙ1101 робота е розробка перетворювач!» поверхневих акустичних хвиль (ПАХ) з шдвищеною точшстыо реашзацп розрахункових характеристик та методш синтезу 1х Топологи; дооидження траметр1в цих перетворювачт, створеиня та дослщження ПАХ-фшьтр|'в з шдвищеною вибфковштю в частотшй обласп.

Для досягнения мети автором особисто розвинено таи задач!.•

1. Портнялышй аншнз вщомих методш гндвищення виб1рковосгп ПАХ-фшьтр1'в, визначення доцшыюсп Гх подапьшо! розробки.

2. Розробка 1 досл1джеиня методу шдвищення ваб^риовосп аподизованнх перетв0рювач1в ПАХ на етапах синтезу топологи та н корекци за результатами пимфюваиня частотннх характеристик (ЧХ).

3. Подапьша розробка метод ¡в формуваяня ¡мпульсного в1дгуку (Щ) перетворювач!в ПАХ посл^довним резистивним подшышком та варкщ'ею фази, досл1джеиия впливу властнвих розроблеиим методам похибок на ЧХ перетворювачш.

4. Дослщження вшомими методами додаткового послабления сигнашв, вц(бцтих та регенерованих хвиль, що внникаюгь у розроблених перетворювачах та перетворювач1 ПАХ, 1В якого формуеться смш'сним подшышком.

5. Експерименталыи дослщження зразив розроблених перетворювачт та ПАХ-фшьтр1в на '¿х основ!.

Автор захищае:

1. Метод синтезу топологи аподизованих перетворювач1в ПАХ, який може здШсшоватись без дискретизацн Ю, вперше запропонований перетворювач ПАХ, що реалпуе даний метод; його математичну модель та методику корекци топологи за результатами виш'рювання ЧХ перетворювача.

2. Вар1анти формування Ш перетворювачш ПАХ без зм)ни довжини електрод1в послщовним резистивним подшьником та фазовим методом, сшввщношення для синтезу топологи, результата дослщження характеристик перетворювач!в та ПАХ-фшьтр^в на '¿х осноа1.

3. Методику синтезу топологи -перетворювача ПАХ г похиленими електродамй за потребною характеристикою грулового часу зашзнення та рекомендаци по використанню перетворювач1в з похиленими електродамй у фшьтрах смутою прозоросп »1% та прямокутшстю ЧХ менше 2.

4. Метод зменшення р1вия сигнал1в об'емних та вщбитих поверхневих акустичних хвиль в ПАХ-фшьтрах шляхом фокусуваиия ПАХ та експеримеитальш результата для фiльтpiв на шобал лгаю.

ЗАГАЛЪНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальжсть теми. Зростання вимог до радттсхшчних систем за захшцешстю вщ перешкод та достсимршстю отримано! шформаци при постшному зростанш кшькосп систем, що пращоють одночасно, потребус ш'двищепо'! частотно! вибфконосп кожноУ з них. Типовою е вимога виб1'рковосп у -(60-г65) дБ, практичне досягнення яко! е важлипою задачею. Використання фшьтр1в, створених методами функционально! електрош'кн, дозволяе виринити проблему при одночасному полтшенш конструкторсько-технолопчннх та експлуатат'шшх характеристик систем. Висока внб1рков1стъ та прямокутшсть амшнтудно-частогно! характеристики при задашй форм1 фазочастотно! характеристики, висока вщтворювашсть та стабшыисть параметрш при допустимому послабленш снгналш в смуз1 прозоросп, що можутгь бути досягнул у ПАХ-фшьтрах, зумовлюють Ух широке застосування у радютехшчних системах р!зного призначення.

Головною проблемою при розробщ ПАХ-фшьтрш з пщвншеною вибфков1стю е подолання'розб1жностей М1ж розрахуиковнмн ЧХ та тнмн, що досягаються при практичшн реа_гщаш фшьтру. Причиною розбшностей е недостатня точшсть вщтворення розрахункового 1В (особливо дишнок з малою вцшосною амаштудою), яка внннкае внаслщок впливу другорядннх ефекпв, що звнчаино не враховуються при синтез1 топологи перетворювач|'в. Biдoмi методи проектуваиня фшьтрш з урахуванням дифракцн ПАХ ча шших другорядннх ефекпв значно ускладнюють математичну модель неретво-рювача ПАХ, що обмежуе 1х поишреншть та практичне значения.

1нший вщомин шлях досягнення високо! виб1рковосп ПАХ-фшьтр1в полягае у розробщ' таких перетворювач/в та мегодт синтезу ¡х топологи', як/ мають пщвшцену точшсть витворення розрахункових 1В та ЧХ. Миимальнни вплив дифракцн та ишшх другорядннх ефекпв досягастъся при формувашн Ш (зважувашп) перетворювача ПАХ без змшн довжнни иого електрод1в. Це дозволяе створювати ПАХ-фшьтри з шдвищеною внб1рков1стю, корис-туючись лише моделлю 5-джерел та встановленими сшввщношеннями М1ж тополопею перетворювача 1 амплпудою виб1ркн Ш.

Тага сшввщлошення та можл1Ш вар1анти реал1зацй добре вщолп для методав формування Ю* перетворювачш ПАХ зовшшшм емшсним подшьником, вар1ашею коеф1щенту меташзацн, селективним видаленням електродав та змшою полярносп 1'х гцдюпочення. Значно прше дослщжеш метод формування Ю перетворювача резистивним подшьником та фазовнй метод. Потребують подальшого розвитку методи шдвищення вибфковосп аподнзованнх перетворювач1в ПАХ та методи зменшення впливу об'емних 1

вщбнтнх хвиль па ЧХ ПАХ-фшьтрЬ шляхом '¿х просторово! фшьтраци, що 1 зумовлюе актуалыпсть обраноИемн.

Оснотм метоли дослшжень. Досл1дження проводилмсь з внкорнстанням ш'домих метод/в аиалпу та синтезу фшьтрш на ПАХ, окремнх положень теори розповсюдження пружних хвиль а аипотропних середовищах, числовнх метод! в розв'язання ртнянь та ¡нгегрування, обчислювалыю! техшкн. Эксперименталып дослщжеиня виконаш шляхом втпрювання амплпудннх та фазових профшв ПАХ на стенд1 оптичного зондуваимя поверхневих акустичних хииль, вили'рюваиням ЧХ та ГВ перетворювач1'в I ПАХ-фшьтр1в.

Наукова новизна робота визиачаеться такими результатами:

1. Вперше запропоновано метод синтезу тополога аподизованого перетворювача ПАХ, що здшсшосться наданням кпжелектродному промЬкку гладко!' форм», яка шдгюш'дае його 1В. Розроблено математичну модель перетворювача 1' показано, що метод забезпечуе зменшешш вплив другорядних ефекп'в та лщвшцену вщтворговашсть ЧХ перетворювача.

2. Поширеио фазовий метод формування 1В на-випадок довольного числа об'еднаних у групп джерел ПАХ змпшо! полярносп'. Розроблено вартнт фазового методу, що здшснюсгься вартт'сю вщсташ (при н посттйносл в межах групп) м1ж сусщшми джереламн ПАХ та вперше запропоновано перетворювач ПАХ, що реашзуе фазовшЧ метод змшою ширшш електродав при малш велнчнт м^желектродного нромгжку. Оценено вплив почибки розташуваиня джерел ПАХ та частотно! залежное« внб1рок 1В на ЧХ перетворювача.

3. Розроблено пар ¡ант формування ГО перетворювача ПАХ резистпвним подшьником напруги, якин здшснюеться змшою довжини з'еднаних послщовно дщянок електрод1в, що дозволяе формувати Ю у вциювишосп з гладкою функщею з одним екстремумом. Дослщжено вшшв емшено! с кладов о\' провщнреп електрод1в на точшегь реал1зацн виб1рок 1В та на ЧХ перетворювача,

4. Теоретично та експсрименталыю дослщжено додаткове послабления сигнатв, вщбип та регенероваш хвшн у перетворювачах ПАХ, ГО яюк формусгься посладовним резистивним або емшеним подшьниками та розробленим вар1антом* фазового методу; визначено обмеження на використання цих методов формування ГО.

5. Вперше запропоновано. та дослщжено метод зменшення ршня енгналт об'емних та в1дбитих поверхневих хвиль у ПАХ-фшьтрах шляхом фокусування ПАХ та просторово!' фшьтрацн хвиль у фокалыий площиш. '

Обгрунтовашсть та 'достов|"рнють результап'в . внзначасться коректш'стю постановки задачу вщпов|'дшстю одержаних результате ф1зичинм уявленням щодо перетворюва'пв ПАХ та i'x пор1внянням з вщомими, що отрнмаш ¡ншимн авторами, а також з експериментом.

Практична iiinnicTb роботи внзначасться:

- розробленнми вариантами формування Ш, вперше запропонованимн перетворювачамн ПАХ та программою реашащею метащв сиитезу íx топологи i анализу ЧХ у САПР фтьтрщ на ПАХ;

- методикою KopeKu.ii топологи перетворювач1в ПАХ за результатами вим1рювання ЧХ та П апаратао-програмиою реал1зашсю;

- методиками вим1рювання швидкосп ПАХ, коефшента електро-мехашчного зв'язку звукопровод^в та napawerpie полш ПАХ методом оптичного зондування та створеним стендом для проведения таких вимфювань.

Реал1зац\я результат роботи. Отрнмаш пауков! результата викорис-товуються у промнсловост! та науково-дослцишх оргашзащях:

1. На ochobí вперше залропонованого перетворювача ПАХ, м1желектродиий пром!жок якого мае гладку форму, його математичноГ м о дел i та методики корекцй топологи створено фшьтри np0M¡)kh0'i частота для телев1з1йних приймач1в pi3iinx стандарте. Cepifine виробннцтво фшьтр1В за лщенз1сю освоено на завод! "Чмпульс" (м. Черкасн).

2. Варианта метод1в формування Ю перетворювач1в ПАХ послщовннм резистивним подшьником та змшою взаемного розташування джерел ПАХ, программ розрахунку перетворювач1в та фотошаблошв. перетворювач1в з резистивним та фазовнм методом формування Ш внкористовуютъся на пщприемствах п/с В-8941, ОКБ "Резонанс" (м. Черкасн), ВНД1РА (м. Санкт-Петербург). Економ]чний ефекг становить 75,4 тис.крб./pÍK у цшах 1991 р.

3. Методики BiiMÍpwEainm та стендова апаратура для оптичного дослщження пол1в ПАХ - викорнсташ на шдпрнемст п/с А-1178.

Апробащя роботи. Результата днсертащйно1 робота доповщались на ХШ Всесоюзной конференцп з акустоелектрошкл та квантово! акустики, . м. Чершвщ, 1986 р.; на Республшанських науково-техшчних конференциях "Акустоелектронш та акустооптнчш пристро! обробкн шформацн на поверхневих акустичннх хвилях", м.Черкасн, 1982, 1984, 1988, 1990 p.p.; на мшшароднш конференцн "Acousto Electronical Systems and Components", м.Санкт-Петербург, 1993 p.

Публнсацп. За'-темою дисертацй опублшовано 21 друковану працю, отрнмано 3 авторсыа евщоцтва та 2 патента. Результата роботи вщображено у зв1тах та матер1алах 13 науково-дослцщих po6ÍT.

Структура та об'ем дисертацИ" Днсерташя складасться ¡з вступу, чотирьох глав, пнсновку, списку л1тературн (118 найменуваш.) та додач ку. Роботу вшспадено на 138 cropiiiKax друкованого тексту, шостроваи» рисунками на 36 сторшках та таблицами на 6 cropiiiKax.

СТИСЛИЙ 3MICT РОБОТИ

Проведений за лпгературними джерелами анашз осношшх фактор|'в, то попршують точность вщтворения ID, стрнмують ш'дыицсикя Buöipkouocii ПАХ-фшьтрт, а також ш'домнх методт змешпення ¡х впливу на ЧХ показан, що точшсть вуп"ворення IB i виб|'ркош'сть (¡ii;ibipiii залежить ш'д методу формунания 1В перетрорюпачт ПАХ. Саме метод формувапня Ш визначае додаткове послабления сигналов у смуз! мрозоросп та ciyniui. шшниу дифракцп ПАХ, ii' рсгеиерацц, об'емних хсидь та ¡пшнч другорядних ефеьп ia на ЧХ перетворюаа'мв i ПАХ-ф1льтр1в.

Найбшьш пошнреними е аподизоваш перетворювач! ПАХ, IÜ якнх формуетъся змшою »заемного перекриття протифазних елекгродт. Значки» вплив днфракцй ПАХ, неоднорциюстГ розподшу зарядш та ¡ншнх ефеитш значно noripiuyc послабления сшналш за смугою npoiopocii фшьтрш, що створеш з використанням аподизованнх перетворювач1'в. Звичанпо виб1'рков1сть таких фшьтр1в, створених без урахування дифракцп, не перевшцуе -(40+45) дБ при фззових похибках в смуз1 ripoiopocri у (10fl5) градуст. Зменшити похибку вщтворения 1В та ЧХ фшьтру можна шляхом компенсаци впливу другорядних ефектш. Таку компенсацпо проводять як за результатами анагнзу ЧХ з урахуванням впливу найбтьш значимих другорядних ефекттв (наприклад днфракцй), так i за результатами вим1рюва»ня ЧХ фшьтру. Цей шлях робить практично неможлнвпи безпосередшн синтез топологи перетаорювачш, потребуе високих технологи! при реал1зацп i доцшышй при cepiiiiroMy внробництш фшьгр1'в.

Наименшого впливу дифракцп та деяких ¡нших другорядних ефекпв зазнають перетпорюва'п ПАХ, IB яких формуеться без змши довжшш електродш. В)'дом|' методи такого формування IB та варюнти ix одноканалыю! реашзаци мають иедолшг. обмеження на д1апазон BiiöipoK IB (napiauw коефпценту меташзацн, поогн'дошшй резистивний подшышк, фазовий метод); квантовашеть виб|'рок (селективне видалення електрод1в та змша i'x полярное^); потребують додатково'1 плоди. (емш'сний подшьник). Зроблено виснсвок про доцтьшеть подалыного досл!д-ження перетворювач1в ГТАХ та метод in синтезу ix топологи, що мають пщвищену точшсть в|'дгворення розрахункових характеристик, визначено методи формунания 1В (фазовий, послщошшм резистивним подмьником) та исрстпорюнач: ПАХ (з гладким

¿-¿-з-нз

ьмжелекгродним пром1жком, з похилеинми електродамн, фокусуюч1), що потребують такого дослщження, сформульовано завдання дисертащйно! роботи.

Одшоо з причин, що попршуютъ виб|'рко1исть ПАХ-фшьтр!в, е дискретизащя Ю електродамн зустр1чно-штнрьових перетворюва'пв. Похибка реал1зацн ЧХ, яка виннкае внаспщок днскретносп Ш перетворювача, при нггсгруванш за формулою тралецш виявляеться лропорщйиою 1/М2, де М -число точок днскретизаци Ш на вщсташ одше! довжини ПАХ. Щоб зменшити цю похибку, сл!д збьчышггн юлъюсть виб1рок Ш, що беруться до уваги при сиитез1 топологи перетворювача, або шагал1 вщмовитись вщ дискретизацп Ш. Вперше запропоновано перетворювач ПАХ, що мае гладкий Ш.

. Р1знополяр1п елекгроди перетворювача виконуються таким чипом, що м1желектродиий лром1жок мае малу 1 постшну ширину, а його форма вцщовщае розрахунковому Ш.

Показано, що Ш перетворювача 11(1) дшсно вшповщае розрахунковому I в прямокуттай систем! координат ХОУ, вюь ОХ яко! спрямована вздовж розловсюдження ПАХ, пропорцшнин У(У1), де У(У1) - функщя, що опнсуе форму мГжелеетродного пром!жку, V - швидюсп» ПАХ, I - час. Математичною моделлю ЧХ перетворювача,на В1дмшу вщ вщомого, стае перетворення Фур'е в ¡нтегралыий форм], а збшьшення числа виб1рок Ш, що враховуються при синтез! його топологп на вщетши одше! довжини ПАХ з 4 до 40 (може бутя реалвовано пщ час синтезу запропонованого перетворювача при кусково-лшшшй агтрокснмацн Ш), теоретнчно зменшуе бшьш шж на порядок похибку вцгтворення розрахунковоТ ЧХ. Ршияння розподшу нормовано! амплпуди ПАХ уздовж апертурн такого перетворювача без алодизацн мае вигляд А(у)=[1-(2уЛУ)2]1/2, [у| £ У/72, дс V/ - апертура перетворювача. Такий розподш амплггудн ПАХ зменшуе в пли в дифракци, а гладка форма кра\'в елекгродцв зменшуе вплив неоднорцшосп розподшу заряд в на ЧХ перетворювача. Пщвшцена точш'стъ реал)зацн ЧХ в смуз! прозоросп, наближений до розрахункового р1вень бокових пелюсток при вщсутносп вадгуюв на гармошках та пщвшцена технолопчшеть характерш для фшьтр1в, що створеш на основ! такого перетворювача.

Розроблено вар1ант формуваиня Ш иеретворювач)в ПАХ послщовним резистивним подшышком. Елементами подмышка виступають з'еднаш Послщовно дмянки розщепленлх електродав змшцо! довжини, що, на вщмшу вщ вщомого, доза о ляс зважувати перетворювач1 ПАХ без змшн довжини електродав не ттльки трикутною функшею (яка забезпечуе послабления сигнатв за смутою прозоросп лише на -26 дБ), а й (ншими монотошшми гладкими функщялш з одним скстремумом. Методом еш'валенгноГ схеми

отрнмано рекурентш сшввйшошення для розрахунку елеменп'в послщовного резистивного подшьника при ш'домнх значениях вибфок ГО. У припущешп про маш'сть впливу прош'диосп одша пари електродв внразн спрощуються 1 мають вигляд Ц = ЬЕ()а1.1-а1|)/р, де Ц, Ь - довжнна та ширина ьго елемеиту подшьника, К - загапьнин отр подшьника, р - питомнн ошр металевоТ шпвки, з яко! виготовляються елементи подшышка, а£.|, ai - виб|'рки ГО, що реалпуються ¡-1 та ¡-м вузлами подельника, до яких подключено електродн перетворювача.

Похибка реалпацп таким подшьником пнб]рок 1В, що булн використаш при синтез1 топологи за спрощеннми внразамн, зростае при зростанш добупсу загального опору подшышка на смыслу складову лроы'дносп перетворювача. Розрахунки ЧХ, виконаш з урахуванням похибки реал1'зацн виб1'рок ГО, показують, що р1вень виб1рковогп перетворювача не менше -40 дБ досягаеться при внбор! опору подмышка меншим, игле подвоепа емшсна скпадова ¡мпедансу перетворювача на частой акустичного синхрош'зму (максимальна похибка реашзацн виб1рок 1В у даному раз! менше 1% за модулем та менше 30° за фазою).

ПроаналЬовано внраз для ЧХ трансверсалыюго фшьтру у випадку об'еднання Гюго елементтв у групп з дов1льннм числом. При ртном1рному розташуванш груп та IX симетричносп синтез фшьтру може зд1йсшоватись вщомими методами, заснованими .на вар!'ац1| амгинтуд вибфок при р1виом|'рн1Й днскретизацй' 1В, а потр1бна ампштуда виб!рки 1В може формувзтнсь фазовим методом. Отримано виразн, що е поширеииям фазового методу на випадок довшьного числа елемента, об'еднаиих у групу. В рамках модсл1 б-джерел розроблено вартнт фазового методу формування 1В перетворювач!в ПАХ, що зд!йснюеться вар1'ац1'ею ш'дсташ (при ¡1 постшноеп в межах .групи) М1'ж сус|'дш'ми джерелами ПАХ змшноТ полярносп'. Сп1вв|'дношення для розрахунку вщсташ Дх| мгле 5-джерелами в 1-й груш", що необхщна для реал1зацн виб1рки а| норыованого ГО перетворювача, в залежносп в1д кшькосп 5-джерел у груш та хвильового числа К=2я/Х (де X. - довжина ПАХ), представлен! в таблиш. Слщ зазначити, що у випадку об'еднання у групу двох аба- трьох джерел наведещ вирази под1бж виразам, що отримаш ¡мшими авторами для розглянутих ними вар1антш реагнзацп фазового методу, а при об'еднанш у групу бшьше трьох 8-джерел можливе не тшьки р1вном!рне IX розташуванпя в акустичних каналах.

Вперше запропоновано перетворювач ПАХ, що реаш'зуе фазовий метод змшою ширпии електрод1в при маши величиш м!желектродного пром|'жку. На В1дм1ну вщ В1домого, це дозволяе формувати фазовим методом внб!'ркн Ш В1Д 0 до 1 при розташуванш джерел ПАХ в одному акустичному каи;ип та 2'

застосовуваги фазовнн метод при сннтез1 тополога неретворювач1в з похиленнми слектродамл та фокусуючнх. Жщо у вщповиаастъ 6-джерслам поставит ссредипи лпжелсктродпих промЬкюв, то синтез тополога нсретворювача можиа здшснюпатн за наведеними у таблиц! виразами. Показано, що у даному випадку маамалышй розм(р елементщ тополога становпть >712 (три джерела у груш) та не менше XI8 (бшьше трьох джерел у груш), реал1защя якнх можлива на ни самш технолопчнш баз», що звичайно використовусться при внробництв! ПАХ-фшьтрш. Зазначимо, що змшою коефщкнту мсташ'заан або ж об'сдиамням у групу -пльки двох джерел ПАХ при таких розкпрах елементтв топологи можиа змшити величину виб1рок 1В лише вщ 0,5 до 1, а р1вень бокових пелюсток ЧХ перетворювача ПАХ, 1В якого е узагальненою функщею Хеммшга з такими обмеженнямн, становпть лише «-22 дБ.

Таблиця

Число джерел ПАХ Нормована амшптуда ПАХ (амплпуда виб:'рки нормованого Ш) Вшстань м1ж джерелами у груш

2 ^¡Иш^КАх;) ДхН2/К)агс5ш(|аЛ)

3 |а!'|=[ 1 -2со5(КДхО]/3 Дх(=( 17К)агссо5[( 1-3|аЛ)/2]

4 |аЛ=0,5[5т(0,5КАхО-зт(1,5КДхО] Ршення знаходяться |шсловами методами

ш 1-1

Залежшсть величина внб1рка Ю, реал1зованоТ фазовим методом, гид частей, де дшеним е отстань М1Ж джерелами, а дшышком - довжина ПАХ, зумовлюе а залежнютъ вщ частота та похибш внготовлсння фотошаблону. Врахуватн щ похибки при аналш ЧХ перетворювача можиа за тимн ж сшвглдношениями, що внкористаш при синтезГ топологи. 3 огляду на зростаючу крутизну цк! залежносп при зросташп числа джерел та небажаш частотш вщгуки, рекомендуешься об'еднувагн у групу не б ¡.плие шж три -чотира джерела змшно! полярносп при мламальшй можливш ощсташ М1ж джерелами у груш та М1Ж окремими трупами. Розрахуики ЧХ, виконаш з урахувашгям частотно! залежносп реал[зованих даиим методом виб1рок Ш та днскретпост!" позицюнушння для зважених за узагальненога функщею

Хсммшга неретворювачт з прямимн елекгродами, ноказують, то при вйноснш похибш розташування длсерел менте 5% можна створювати псретворювач4 ПАХ з р|'ппем впб|'рковосп не менше шж -30 дБ при 1х довжиш бшьше (35И0)Х.

Розроблсна перацпша методика формування топологи перетворювача ПАХ з похиленими елекгродами за заданою характеристикою групового часу затзпенпя змшою форми електрод!».

Рекомендовано вибирати апертуру W перетворювачт з похиленими елекгродами в запежносп вщ смугн прозоросп та прямокугносп ЧХ за ст'вв|'дношеннлм V/ £ + "у!)1^, де ДХ. - рпниця мгж максимальним та

мпимальннм перюдами перетворювача, N - мльюсть псрюд1в ного 1В, у -косф|щснт ашзотропн звукопроводу. Показано, шо при викоианш сшввиношення похибка реалпацн виб1рок 1В менше 20% за модулем та 90° за фазою досягасться навггь для фиилрт з выносною смугою прозоросп блнзько 1% при коефадсн-п прямокутносп ЧХ менше 2.

На основ! вщомнх метод!в та сшввщношень дпя визначення параметр1в однор|'дних зважених перетворювачш проведено анаш'з додаткового послабления сигнал1в, регенеровапих та вщбитих хвиль, шо властив1 розробленнм перетворювачам та методам формування 1В, а також перетворювачу, 1В якого формуеться емшеним поильником. Показано, шо додаткове послабления снгнал1в при формуванш 1В розробленнм вар1антом фазового методу та емшеним подгльником випикае тшьки при вщносшй смуз! прозоросп перетворювача бшышн, (лж оптимальна для даного матер!алу звукопроводу, 1 складае величину вщ 1 до 3 дБ на один перетворговач. Додаткове послабления сигнал!в при формуванш 1В послщовним резистивним подшышком винккае в ус1х випадках, що пов'язано з диенпативиими втратами в елементах подшьника. Величина втрат зменшустъея при збшьшешц загалыюго опору подшьника I становить ш"д 3 до 4,7 дБ у випадках, коли його добуток з активною -кладовою акустично! провцшосп' перетворювача змшюеться В1д 1 до 2. Це дозволяе внкорнстовувати резиепшний подишшк у тому випадку, коли вщносна смуга прозоросп перетворювача менша за оптнмальиу для звукопровод1в з великим коефпиентом електромехашчного зв'язку.

Додаткове послабления еигнал|'в у перетворговач! ПАХ, що мае гладкий 1В, внннкае через неоднорши'сть акустнчного потоку та збшьшену ступи] ь металпацп 1 не перевищуе 3 дБ ■ у гюртняшп з традицшним аподизованим перетворювачем.

На основ1 вщомих вираз1в для анашу регенеровпно! перетворювачем хвагп отрнмано сш'вш'дношешю для амгинтуди додатк'ово! складово!

регекеровано! хвши', яка проявляешься в режим! короткого замнкання шип перетворювача при використанш емш'сного або рсзистинного методов формування 1В. Аман ¡туда регенеровано1 одним електродом хшш пропорцШна (1-*0,5а1)/2шС (де со - кругова частота, С - емшсть одного елекгрода перетворювача) при формуванш 1В емшсннм подшьником та 0,5Ка1(1—а^ при використанш послщовного резнстивного подщышка, загалышй ошр якого дор1вшос Я. Це приводить до тдвищено? загально! регенерацн хвиль при формуванш 1В перетворювача емшсшш подшьником у пор1внянш з резистивним подшьником ¡, як наслщок, до шдвнщено'1 ампл[тудно1 та фазово! нер1вном1рност1 ЧХ фшьтрт у смуз1 прозоросп.

Проведено аналЬ вщбитих хвиль для перетворювача ПАХ, Ш якого формусгься розробленим вар1антом фазового методу, остановлено характер розподшу ш'дбитих хвиль уздовж перетворювача. Зменшитн ргвень в]'дбитих хвиль в далому раз! можна змеишенням коефщкнту ш'дбиття ввд одного краю електрода та змеишенням пром1жку м1ж електродами. Проведеш розрахунки показують, що рЬень вшбитих хвиль меншнй, шж -30 дБ, можна отримаги в перетворювачах ПАХ, коротших за 100Х на звукопровод1 з кварцу. Послабления впливу вщбитих хвиль досягасться при зважуванш розробленим вар1антом фазового методу перетворювачш ПАХз похиленимн електродами.

В1дм1чено, що округла форма та змшшш кут нахилу к-раУв електрод!в перетворювача, який мае гладку форму м1желектродного про\ажку, не створюють умов для конструктивно'! штерференцн вщбитих хвшш, що практично усувае IX вплив на ЧХ такого перетворювача.

Вперше запропоновано ефективний метод зменшення р1вня хибних сигнал1в (пов'язаних з об'емними та вщбитими хвилями) у ПАХ-фшьтрах. Реал1'зуеться метод фокусуванням ПАХ та просторовою фшьтращ'ею об'емних хвиль у фокальшй ллощиш. Послабления сигншпв об'емних хвиль досягасться внаслщок того, що електроди фокусуючих перетворювачш виконуються у вадповщносп з кутовою залежшетю групово] швидкосл ПАХ, яка ыдр1зняеться вщ тако) ддя нпиих тип ¡в хвиль. Розрахунковий р1вень послабления сигиашв об'емних мод перевищуе -20 дБ в фшьтрах на шобат! лтю YZ зрЬу при використанш зважепих фокусуючих перетворювачш ПАХ, що мають поспйиу кутову апертуру електрод1в не менше 0,56 рад.

Дослужено можливютъ використання електродних елемент акустичного зв'язку для зменшення впливу об'емних хвиль на характеристики ф|льгр1в на основ1 перетворювач1в ПАХ з похиленими електродами. Показа!!о, що в раз1 використання елементу акустичного зв'язку з прямими електродами виникае додаткове послабления сигналт на (10+15) дБ, пов'язанс з неузгоджеш'спо акустичних пол ¡в перетворювача та елеменгу

- И -

акусти'шого зв'язку. Максимальнин зв'язок м1ж акустичннмн каналами досягаеться при pieiioMipHiii зм/ гii кута нахилу електрод!в елсменту зв'язку В1Д "((,шах до '''шах (^nux ~ •ОТ ,,ахнлУ крайние електродг'в перетворювача), та збшьшеш'й у 24>miLXW/A.+1 рази загалыий кшькосп Кого електрод1в (у nopisHHiuti з вщомим елементом зв'язку, що мае прям! електроди).

Описано стенд оптичного зондування пшпв ПАХ . у реалышх м1кроструктурах та розроблеш методики вимфговання параметра звукопроводш та акустичних пол]*в ПАХ.' Стенд було використано при проведенш експерименталыюго досш'дження акустичних полт перетворювач1в з прямими електродами, ГО яких формувався змшою довжини електродш, а також перетворювачш з прямими та з похиленими електродами . при i'x зважуванш' розробленим варгантом фазового методу. Результата дослщжения евщчать, що за смутою прозоросп перетворювач! ПАХ, IB яких формуегься без змши довжини еле!сгрод1в, збуджують ПАХ значно меншою мфою, шж аподнэоват. Це зменшуе акустичиий зв'язок шж такими перстворювачамн за смугого прозоросп i е одшего ¡з складових, що забезпечують шдвищену внб1рков1'сть ПАХ-ф1пьтр1в на основ1 перетворювач1в з посп'нним перекрнтгям електрод1'в. Результата експериментального дослщження акустичних пол1в ПАХ однородного перетворювача ПАХ, форма М1'желектродиого пром1*жку в якому вщпошдае IB, показують, що амгоитудний профшь збуджувалнх хвнль вцщовщае за формою теоретично розрахованому.

Результата експерименталыюго дослишення св1дчать, що форма сигналов, яю виникають внасладок да регенерованих та вибитнх перетворювачамн хвнль при використанш поелмовного резистнвного та CMHicHoro подшьшшв i рочробленого Bopiainy фазового методу формування IB, вщповщае розрахутшовЫ, а максимальна величина енгнашв вцдоовщно на 27, 10, 2 дБ перевнщуе розраховану за наведеннми в робоп сшввщно-шеннями.

Наведеш парамегри ЧХ деякнх з фи1ьтр1в, що булн створеш з використанням розроблешгх у робоп' перетворговач^в ПАХ та методов синтезу топологи. Piceiib послабления сигналив за смугою прозоросп не менше -60 дБ в фитьтрах з вшюсного смугого прозоросп вщ 0,65% до 23% при коефкцеитах прямокутноетт вщ 1,4 до 2,8 досягнуто при додатковому зважуванш перегворювач1в ПАХ з похиленими електродами пошндовним резистивним подшышком та фазовим методом. На звукопропод! з шобату лтга Биб)рковють фшьтрш з вшюсною смутою прозоросп «10% була збшьшена до -65 дБ за рахунок послабления впливу об'емннх хвиль при використашп елементу акустачного зв'язку з похиленими електродами.

Додаткове послабления сигнашв об'смних акустичних хвнль на (10+ 15) дБ було отримано у ПАХ-фшьтрах на звукопровод! з шобазу лтю при внкористанш фокусуючнх перетворювач1в з кутовою апертурою 0,66 рад 1 фокусною шдстанпю бОА., зважених послщовним резистивним подшышком та розробленим вар1антом фазового методу.

Розроблено методику корекци тополога перетворюпачш ПАХ, за якою коригуючею функцию при кожшй пастуший реал1зацн служить взята з коефинентом ргзниця м1ж спнтезованим 1В та отриманим при його поперсднш реалпацн, що розраховуються в однаковому частотному .шапазош. Практично при п використанш за три - чотирн пераци р1зниця м1ж сиитсзованнм за реашзопапим 1В зменшуеться з (15+20)% до (3+5)%. Методика та аподизованнй перетворювач ПАХ, що мае кпжелектродний ирошжок гладко! форми, були використаш при розробш ряду фшьтр!в пром|'жно|' частота телемзшних нринмач1в рЬних стандарт. Це дозволило зменшитн розм!ри зиукоироводу, шдвшцнти вих1д кондицнншх фгпьтр1в у поршиянш з тими фшырамн, що випускалися ранние, 1 при сершному виробницгв! иаблизити параметри фшьтр1в до параметр1в.кращих заруб1жних аналопв (апертура перетворюиашн (10+15)А., послабления сигнашв за смугою прозорост! и? менше -40 дБ, нершшм1рн1сть ЧХ в смуз1 ирозоросп «0,5 дБ при послабленш сигнал1в на (10+18) дБ, вщхилення частотно? залежносп групового часу зашзнення вщ шщпбио1 не бшьше шж па ±30 не, послабления небажаних ¡мпульсних сигнагнв не менше -40 дБ).

У висновку сформульовано основш результати роботи, и практичну значнлн'сть, показано використання отриманих результатов у промисловосп та науково-досшдних оргашзащях. В додатку наведено акта, що показують впровадження результате роботи у промисловють та науково-дослщш оргашзацп.

ОСНОВШ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. Внерше запропоновано та дослщжено метод синтезу топологи аподизованих перетворювач1в ПАХ з пщвшцеиою точшетю вщтворення-розрахункових характеристик, що здшснюеться .наданням м1желекгродному промгжку гладко? форми, яка вщповщае ГО перетворювача. .

2. Розроблено та дослщжено метод формувания Ш перетворювача ПАХ зовшшшм резистивним подшышком напруги, елементами якого виступають з'еднаш послщовно дшянки електрод1в.

3. Поширецо фазовий метод формування 1В перетворювач1в ПАХ на виладок д(пильного числа об'еднаних у групи джерел ПАХ змшно! полярность Розроблено вар!апт такого методу, що здшснюеться вар1ацкю

в|'дсташ (при и постшносгп в межах групп) м1ж cyciniiiMii джерелами ПАХ та вперше запропоновано перетворювач ПАХ, у якому фазовий метод реашзустъся змшою ширинн електрошв при мат'й величии м1желектродного пром1жку.

4. Проведено оцшку. tomhocti вцггворення импульсного та частотного вщгугав, додаткового послабления снпшпв, регенерованих та вщбнтих хвиль при формуваиж IB перетворювач1в розробленим eapiairroM фазового методу, резнстнвним або емшсним подьльннксм. Дано рекомемдацн по використанню цих метод1в та розроблених перетворювач1в у ПАХ-фшьтрах.

5. Запропоноваш техшчш pimemw та розвикуп методи проекгування реалЬовано в САПР ф1пьтр1в на ПАХ, що дозволяе оперативно створювати фшьтрн з виб1-рков1стю не менше »-60 дБ, смутою прозоросп (0,3+30)% та коефадснтом прямокутосп ЧХ 1,3+3,5,

МАТЕР1АЛИ ДИСЕРТАЦ11ОПУБЛ1КОВАНО У ПРАЦЯХ

1. Биденко В.А., Гриц В.Г., Запунный А.П., Хаустов В.К. Исследование амплитудного поля поверхностных акустических волн оптическим гетеродинным методом // Вестн. Киев, политсхн.ин-та. Радиотехника. - 1980. -Вып. 17. -С.47-49.

. 2. Бородин Ю.Н., Гранкин И.М., Запунный АЛ, Коломейко A.B. Метод уменьшения уровня ложных сигналов в фильтрах на поверхностных акустических волнах К Письма в ЖТФ. - 1986. -Т.12, вып.5. - С.311-315.

3. Бородий Ю.Н., Запунный А.П., Лопушенко В.К. Измерение коэффициента электромеханической связи тонких пьезоэлектрических пленок с помощью установки лазерного зондирования // Весгн. Киев, политехн.ин-та. Радиотехника. - 1983. - Выпь 20. - С.42-43.

4. Бородий Ю.Н., Грибанов A.C., Запунный А.П., Коломейко A.B., Погребняк В.П. Интегральный метод селективного удаления источников в преобразователях ПАВ // Вестн. Киев.политехн.ин-та. Радиотехника. - 1993. -№ 30.- С.55-58.

5. Бородий Ю.Н., Грибанов A.C., Запунный А.П., Изотов A.B., Коломейко A.B., Чайковский В.Р. Система автоматизированного проектирования фильтров на поверхностных акустических волнах // Вестн. Киев.политехн.ин-та. Радиотехника. — 1993. -.'№ 30,- С. 100-102.

6. Вернигор A.A., Запунный А.П., Непочатых Ю.В., Скуртов С.Н. Многоканальный согласованный фильтр фазоманипулировашюго сигнала на поверхностных акустических волнах П Вести. Киев.политехн.ин-та. Радиотехника. - 1987. - № 24. - С.64-66.

7. Гранкин И.М., Запунный А.П., Купаева Ч.Г. Оптические; системы измерения параметров устройств на поверхностных акустических волнах // Зарубежная радиоэлектроника. - 1985. - № 11. - С.38-49.

8. Гранкин И.М., Запунный А.П., Кулаева Ч.Г., Овсянников В.В. Измерение полей ПАВ голографическим и гомодинным методами // Акуст. и ультразвук, техн. (Киев). - 1988. - Ks 23. - С.128-133.

9. Гриц В.Г., Запунный А.П., Хаустов В.К. Измерение скорости поверхностных акустических волн оптическим фазочувствительным методом // Вести.Киев.политехи.ин-та. Радиотехника. - 1980. - № 17. - С.51-53.

10. A.c. 1382370 СССР, МКИ H03h9/64. Фильтр на поверхностных акустических волнах / В.Б.Акпамбетов, Ю.Н.Бородий, В.В.Воронов, А Д Гончаров, U.M.Гранкин, А.П.Запунный, А.В.Коломейко, С.Н.Колесников (СССР). - № 4048992/40-22; Заяв. 1.03.86.

11. A.c. 1376910 СССР, МКИ H03h9/64. Фильтр на поверхностных акустических волнах / Ю.Н.Бородий, Б.И.Воронков, А.Д.Гончаров, И М.Гранкин, А.П.Запунный, А.В.Коломейко, (СССР). - № 4048822/40-22; Заяв. 3.04.86.

12. A.c. 1364205 СССР, МКИ H03h9/145. Преобразователь поверхностных акустических • волн / А.П.Запунный, Ю.Н.Бородий, И.М.Гранкин, А.В.Коломейко (СССР). - № 4006052/40-22; Заяв. 13.01.86.

13. Патеш- России № 1356935 от 27 мая 1993 г. МКИ H03h9/145. Преобразователь поверхностных акустических волн / А.П.Запунный, Ю.Н.Бородий, И.М.Гранкин, А.В.Коломейко - № 4006053/40; Заяв.13.01.86.

1 14. Патент Украши № 1364 в!д 15 липня 1993 р. Перетворювач поверхневих акустичних хвиль / О.П.Запунний, Ю.М.Бород1й, ГМ.Гранкш, А.В.Коломейко - Ks 4006053/40; 3аяв.13.01.86.

15. Алексеев А.Н., Леонов А.И., Гранкин И.М., Бородин Ю.Н., Запунный А.П. Исследование акустодоменного взаимодействия I1AB в монокристаллах ГМО методом лазерного зондирования // Матер, конф. "Акустоэлектронные устройства обработки информации" (Черкассы, 1990г.). - М.: ВИНИТИ, 1990. - С.66-67.

16. Бородий Ю.Н., Гранкин И.М., Грибанов A.C., Запунный А.П, Коломейко A.B. Анализ вносимых потерь и сигналов отраженных волн в преобразователях, взвешенных без изменения длины электродов // Там же. -С.98-99.

17. Бородий Ю.Н., Воронов В.В., Запунный А.П., Коломейко A.B., Чайковский В.Р. Полосовые фильтры на основе взвешенных блочных преобразователей И Там же. - С.100-101.

18. Бороднй Ю.Н., Гранкин И.М., Запунный Л.П., Коломейко A.D., Погребняк В.П. Повышение избирательности фильтров на ПАВ на основе веерных преобразователей с помощью многополоскового ответвнтеля // Там же. - С.121-122.

19. Бороднй Ю.Н., Гранкин И.М., Запунный А.П., Коломейко A.B., Погребняк В.П. Экспериментальное исследование фильтров на основе взвешенных веерных преобразователей с многополосковым ответвнтелем ПАВ //Там же. -С. 123-124.

20. Бондаренко О.В., Гранюш Ü.M., Запунный А.П., Романюк Е.В. Возможности применения AV/V волноводов в малоапертурных фильтрах на ПАВ//Там же.-С. 125-126.

21. Грибанов A.C., Запунный А.П., Коломейко A.B., Погребняк В.П. Влияние методов согласования на характеристики фильтров // Там же. -С.127-128.

22. Бородий Ю.Н., Воронов В.В., Гранкин И.М., Запунный А.П., Колесников С.Н., Коломейко A.B. Опыт разработки полосовых фильтров на ПАВ с фазовым взвешиванием // Матер.конф. "Акустоэлектронные устройства обработки информации" (Черкассы, 1988 г.).- М.: ВИНИТИ, 1988. - С.133-134.

23. Бородин Ю.Н., Гранкин И.М., Запунный А.П., Коломейко A.B. Экспериментальное исследование ориентационных зависимостей групповой гкоростн ПАВ в монокристаллах // Там же. - С.256-257.

24. Бородий Ю.Н., Гранкин И.М., Запунный А.П., Коломейко A.B. Фокусирующие преобразователи для сжатия пучка ПАВ в широкой полосе jacTOT // Там же. - С.322-323.

25. Бородин Ю.Н., Гранюш И.М., Запунный А.П., Коломейко A.B. Ззвешивание преобразователей ПАВ резнстивным делителем // Тезисы юкладов XIII Всесоюзн. конф. по акустоэлекгронике и квантовой акустике Черновцы, 8-10 окт. 1986г.). - Киев: Б.и., 1986 г. - Ч.П. - С. 190.

26. Головнина Т.И., Акламбетов В.Б., Гранкин U.M., Запунный А.П., (оломейко A.B., Лопушенко В.К. Телевизионный фшьтр промежуточной тстоты на силикате висмута// Там же. - С.193-194.

Автор:

Запунный А.П. Преобразователи поверхностных акустических волн для фильтров с повышенной избирательностью, рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы и устройства, Национальный технический университет Украины "КПИ", Киев, 1996.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований преобразователей поверхностных акустических волн (ПАВ) с повышенной точностью воспроизведения характеристик. Разработаны конструкции, методы синтеза топологии и расчета характеристик таких преобразователей. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования дополнительных вносимых потерь, регенерированных и отраженных волн для некоторых методов взвешивания преобразователей ПАВ без изменения длины электродов.

На основе предложенных решений разработан ряд фильтров промежуточной частоты (в-том числе и для телевизионных приемников) и освоен их промышленный выпуск.

Zapunny А.Р. Surface acoustic wave transducers for filters with enhanced selectivity, manuscript.

Ph.D. thesis. Speciality 05.12.17 - radiotechnical and television systems and devices, National Technical University of Ukraine "KPI", Kiev, 1996.

The results of theoretical and experimental investigations of surface acoustic wave (SAW) transducers with high reproduction accuracy are presented. Transducer's constructions, the design procedures and computer programs for characteristics' evaluations are developed. Theoretical and experimental investigations of additional insertion losses, regenerated and reflected waves for some methods of SAW transducers weighing without changing electrode's overlaps have been carried out.

On base of proposed constructions a number of intermediate frequency SAW filters (including EM filters for TV-set) are developed and their industrial production is realized.

Ключов1 слова: перетворювач поверхневих акустичних хвиль, частотна Bn6ipKoaicTb, фшьтр пром1жно1 частота.