Низкочастотный генератор на поверхностных акустических волнах

 

Использование: техника радиокомпонентов на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Сущность изобретения: низкочастотный генератор на ПАВ содержит автогенераторную схему, включенный в цепь его положительной обратной связи многомодовый ПАВ-резонатор и схему выделения выходного сигнала. ПАВ-резонатор содержит пьезоэлектрическую подложку, отражатели, встречно-штыревой преобразователь. Автогенераторная схема содержит два автогенераторных усилителя, оба усилителя выполнены с фазой коэффициента передачи на частоте одной из мод резонатора, отличающейся на 180^o от фазы другого усилителя на частоте другой моды. Цель - создание сравнительно низкочастотных генераторов на ПАВ, в первую очередь ПАВ-датчиков. 1 ил.

Изобретение относится к технике радиокомпонентов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и может быть использовано для создания сравнительно низкочастотных генераторов на ПАВ, в частности ПАВ-датчиков.

Известен генератор на ПАВ, включающий ПАВ линию задержки и соединенный с ней автогенераторный усилитель.

Однако стабильность известного генератора недостаточна в связи с малым наклоном фазочастотной характеристики линии задержки.

Известен генератор на ПАВ, включающий автогенераторный усилитель и ПАВ-резонатор, выполненный многомодовым с большим количеством физически существующих резонансных частот, вошедших в полосу отражения отражателей резонатора. Для селекции частоты генерации (перестройки) применяется дополнительный селектирующий по частоте одну из мод элемент (сверхузкополосный фильтр). Этот элемент выполнен в виде перестраиваемого одномодового ПАВ-резонатора, в котором физически существует только одна резонансная частота, поскольку только она входит в полосу отражения. Селекция осуществляется также коммутацией непосредственно в многомодовом ПАВ-резонаторе концов входного и выходного его преобразователей. Связано это с тем, что переключение создает условие для возбуждения (баланс фаз) либо четных, либо нечетных мод резонатора, расположенных вдоль оси частот через одну и различающихся по фазе на π. Таким образом, выходной сигнал здесь выделяется с помощью перестраиваемого одномодового ПАВ-резонатора и переключателя выходов преобразователя.

Недостатком известного генератора на ПАВ является высокая частота: нижняя граница диапазона рабочих частот составляет в основном десятки мегагерц, что связано с ограничениями на длину подложки. Это значительно ограничивает применение несмотря на такие известные достоинства, как совместимая в ряде отношений планарная тонкопленочная технология, стойкость к разрушающим и помеховым факторам, широкий круг преобразуемых физических величин с высоким разрешением, линейностью, стабильностью и т.п. Ограничение это обусловлено необходимостью использовать в линиях связи датчики с аппаратурой обработки, дорогостоящие коаксиальные кабели либо преобразование частоты, усложняющее датчик, либо энергоемкие и не всегда удобные радиолинии. По этой же причине в аппаратуре обработки сигнала приходится применять высокочастотные транзисторы и микросхемы, номенклатура которых несравнимо уже, а стоимость выше, чем у более низкочастотных элементов схем.

Цель изобретения создание ПАВ-генератора со сниженной частотой выходного сигнала. Предлагаемое решение этой задачи состоит в обеспечении генерации сигналов на частотах двух соседних мод (различающихся между собой по фазе на 180^о) двухмодового ПАВ-резонатора и выделении выходного сигнала с частотой, равной разности указанных частот, равной частоте наинизшей продольной моды ПАВ-резонатора.

Сущность изобретения заключается в том, что в низкочастотном генераторе на поверхностных акустических волнах, содержащем автогенераторную схему и включенный в цепь ее положительной обратной связи многомодовый резонатор поверхностных акустических волн, а также схему выделения выходного сигнала, резонатор поверхностных акустических волн выполнен двухмодовым, автогенераторная схема включает два автогенераторных усилителя, оба усилителя выполнены каждый с фазой коэффициента передачи на частоте одной из мод резонатора, отличающейся на 180^о от фазы другого усилителя на частоте другой моды.

Схема низкочастотного генератора на ПАВ представлена на чертеже, где 1 пьезоэлектрическая подложка ПАВ-резонатора, 2 отражатели, 3 встречно-штыревой преобразователь (ВШП) ПАВ-резонатора, 4, 5 автогенераторные усилители, составляющие автогенераторную схему, со своими отрезками цепи обратной связи "аб" и "вг", 6 смеситель.

Генератор работает следующим образом.

При включении питания усилителей 4 и 5, а также смесителя 6 в результате неизбежных, как и в любом автогенераторе, флуктуаций, ВШП 3 излучают ПАВ, которые отражаются отражателями 2, так что устанавливаются ПАВ с наибольшей амплитудой на двух резонансных частотах частот двух мод двухмодового резонатора: четной и нечетной, различающихся между собой по фазе 180^о.

Усилители 4 и 5, выполненные каждый с фазой коэффициента передачи одной из частот мод резонатора, отличающейся также на 180^о от фазы другого усилителя на частоте другой моды, обеспечивая баланс фаз и амплитуд каждый для каждой из мод, возбуждают соответственно генерацию электрических сигналов на частоте каждой из этих мод отдельно в отрезках "аб" и "вг" цепи обратной связи каждого из усилителей и обоих вместе в остальной цепи. Выделение выходного сигнала, частота которого в генераторе равна разности частот мод ПАВ-резонатора, может быть выполнено разными методами. Возможно, например, детектирование огибающей биений сигналов двух частот в общих участках цепи обратной связи либо, как это показано на чертеже, выделение с помощью смесителя 6. Как показано на схеме, сигналы каждой из частот из отрезков цепи обратной связи подаются на вход смесителя 6, на выходе которого за счет использования либо низкочастотных элементов, либо фильтра низкой частоты выделяется сигнал разностной частоты наинизшей из комбинационных смесителя.

Описанное устройство использовали в качестве ПАВ-датчика температуры. ПАВ-резонатор выполнен на подложке термочувствительного ICL-среза кварца на частоту около 70 МГц. Пленочная структура выполнена из алюминия вакуумным напылением. ВШП расположены синхронно отражателям (в той же периодичности) и имеют по 50 полосок. Вместе с короткозамкнутыми собственно отражателями число отражающих полосок (включая полоски ВШП) каждого из двух отражателей равно 500. Период и другие геометрические характеристики пленочной поверхностной структуры ПАВ-резонатора выполнены следующими: период 23 мкм, толщина пленки алюминия 0,6 мкм, расстояние между отражателями 14293 мкм, общая длина рисунка резонатора 48035 мкм, ширина 3300 мкм. При этом разность двух резонансных частот такого ПАВ-резонатора и соответственно выходная частота ПАВ-генератора на его основе 88 кГц.

Полученная выходная частота на три порядка ниже нижней граничной для устройств на ПАВ. Сигнал на такой частоте передается обычным двухжильным проводом и обрабатывается широчайшим набором среднечастотных транзисторов, микросхем как аналоговых, так и цифровых.

Формула изобретения

НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ, содержащий автогенераторную схему и включенный в цепь ее положительной обратной связи многомодовый резонатор поверхностных акустических волн, а также схему выделения выходного сигнала, отличающийся тем, что резонатор поверхностных акустических волн выполнен двухмодовым, автогенераторная схема включает два автогенераторных усилителя, оба усилителя выполнены каждый с фазой коэффициента передачи на частоте одной из мод резонатора, отличающейся на 180^o от фазы другого усилителя на частоте другой моды.

РИСУНКИ

Рисунок 1