Полосовой фильтр на поверхностных акустических волнах (пав)

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в акустоэлектронных устройствах частотной и временной обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. Техническим результатом является подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и возможность включения входного аподизованного преобразователя в прямом и обратном включении при равном уровне сигнала прямого прохождения. В фильтре на пьезоэлектрической подложке выполнены входной аподизованный и выходной неаподизованный встречно-штыревые преобразователи, между которыми расположены экран и треугольный фазокомпенсатор в виде металлических пленок, при этом суммирующие шины входного преобразователя выполнены V-образными и определены соотношения размеров основания и высоты фазокомпенсатора с углом наклона части суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения волн. 2 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в акустноэлектронных устройствах частотной и временной обработки сигналов на поверхностных акустических волнах, в частности в стационарных и переносных телевизионных приемниках и видеомагнитофонах.

Известен полосовой фильтр, содержащий пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности входным и выходным преобразователями, один из которых аподизованный, и экраном между ними в виде металлической пленки. Суммирующие шины преобразователей выполнены параллельно распространению ПАВ.

Для снижения уровня отраженных сигналов от торцов подложки на ее поверхность вблизи торцов нанесено поглощающее покрытие.

Недостатком данной конструкции является наличие больших участков нерабочих поверхностей электродов преобразователя, вызывающих большой уровень отражения ПАВ, что приводит к искажениям импульсного отклика преобразователя и фильтра в целом.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство полосового фильтра, содержащее пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности полосозадающим входным преобразователем, аподизованным путем изменения перекрытия штырей электродов, выходным преобразователем и экраном между ними.

В части полосозадающего преобразователя, обращенной к выходному преобразователю, пространство между наклонными суммирующими шинами и границей зоны перекрытия противофазных штырей заполнено проводящим покрытием.

Для обеспечения равенства относительных фазовых набегов ПАВ при ее распространении от границы зоны перекрытия электродов до границы преобразователя выполняется условие: фазовый набег волны, распространяющейся в активной зоне, равен сумме фазовых набегов волны в любом из смещенных относительно оси преобразователя в зонах проводящего покрытия и свободной поверхности пьезоэлектрической подложки.

Одним из недостатков данного устройства являются большие уровни отражения ПАВ от рабочих электродов за счет большого пути прохождения сигнала в зоне перекрытия противоположных штырей преобразователя.

Изобретение направлено на подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и на возможность включения входного аподизованного преобразователя в прямом и обратном включении при равном уровне сигнала прямого прохождения.

При решении данной задачи повышается качество полосового фильтра на ПАВ, что расширяет область его использования.

Полосовой фильтр на ПАВ содержит пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности входным аподизованным преобразователем, имеющим суммирующие шины, выходным неаподизованным преобразователем и выполненным между ними экраном. Суммирующие шины входного преобразователя выполнены V-образными, а между входным преобразователем и экраном расположен фазокомпенсатор в виде остроугольного треугольника.

Размеры основания и высоты треугольного фазокомпенсатора взаимосвязаны с углом наклона части суммирующей шины входного преобразователя следующими математическими выражениями: a = Z/4-d; b = (L/2)-d)·tgΨ, где a - основание треугольного фазокомпенсатора; L - проекция длины входного аподизованного преобразователя на направление распространения ПАВ; d - проекция ширины наклонной части суммирующей шины входного преобразователя на направление распространения ПАВ; b - высота треугольного фазокомпенсатора; Ψ - - угол наклона части суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения ПАВ.

Благодаря скосу суммирующих шин входного аподизованного преобразователя симметрично уменьшается площадь участков нерабочих поверхностей электродов преобразователя, что дает малое различия уровня сигнала прямого прохождения при прямом и обратном включении аподизованного преобразователя.

Это обеспечивает возможность изменения полярности подключения входного аподизованного преобразователя.

Наличие в совокупности признаков заявленного изобретения треугольного фазокомпенсатора, размеры основания и высоты которого взаимосвязаны с углом наклона части суммирующих шин входного преобразователя, вызывает подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и уменьшение отклонения формы АЧХ от расчетной в полосе пропускания.

На фиг. 1 изображен общий вид предложенного устройства, на фиг. 2 - входной преобразователь с наклонной структурой аподизации.

Полосовой фильтр на ПАВ /фиг. 1/ содержит пьезоэлектрическую подложку 1, на поверхности которой выполнены входной аподизованный 2 и выходной неаподизованный 3 встречно-штыревой преобразователь /ВШП/.

Аподизация входного преобразователя 2 имеет наклонную структуру перекрытия электродов, области перекрытия которых симметричны относительно линии, проходящей по диагонали преобразователя /фиг. 2/.

Входной преобразователь 2 на половине проекции своей длины на направление распространения ПАВ имеет скос, так что первая половина суммирующих шин /фиг. 2, участки AB и B'D'/ выполнены параллельно, а другая половина /фиг. 2, участки BD и A'B'/ - под углом Ψ к направлению распространения ПАВ, т.е. суммирующие шины 4 входного преобразователя 2 выполнены V-образными.

Угол наклона Ψ выбирается из условия максимального приближения шины к области перекрытия электродов. Между встречно-штыревыми преобразователями 2, 3 выполнен наклонный к фронту ПАВ экран 5 /фиг. 1/ в виде металлической пленки для уменьшения отражений вдоль оси преобразователя.

Для выравнивания фронта волны введена дополнительная металлизация на подложке - фазокомпенсатор 6. Фазокомпенсатор 6 выполнен в виде остроугольного треугольника, одна сторона которого совмещена со стороной экрана 5.

Размер высоты и основания треугольного фазокомпенсатора 6 взаимосвязаны с углом наклона Ψ части суммирующей шины 4 входного преобразователя 2.

Устройство работает следующим образом.

Подают сигнал на входной аподизованный преобразователь 2. Преобразователь 2 возбуждает ПАВ, которые распространяются вдоль пьезоэлектрической подложки 1 в двух направлениях: в направлении к выходному преобразователю 3 и от него.

При прохождении волны под электродами входного преобразователя 2 происходит отражение поверхностных волн от электродных структур, которые искажают АЧХ фильтра. Величина искажения импульсного отклика зависит от пути прохождения сигнала под нерабочими участками электродов.

Для снижения уровня искажения отражения ПАВ от нерабочих участков электродов уменьшают их область выполнением скосов входного преобразователя 2 /фиг. 2, треугольники BDE, B'A'E'/.

Скошенные области нерабочих электродов состоят из двух равных частей свободной и металлизированной поверхности. Скорость распространения ПАВ в зоне проводящего покрытия /металлизации/ и на свободной поверхности звукопровода различна.

В результате этого возникают искажения фазового фронта волны /фиг. 1, сеч. 1-1/. Для устранения возникающего фазового искажения распространяющиеся волны проходят дополнительную металлизацию - фазокомпенсатор 6.

Размеры фазокомпенсатора 6 выбирают из условия: волна по каждому горизонтальному каналу пьезоподложки 1 проходит путь дополнительной металлизации, равный скошенной металлизации в области нерабочих электродов.

ПАВ с компенсированным фазовым сдвигом /фиг. 1, сеч. 111-111/ проходят к выходному преобразователю 3, где преобразуются в электрический сигнал.

При построении аппаратуры возникает необходимость использования симметричного включения аподизованного преобразователя 2. При данном построении аподизованного преобразователя 2 обеспечивается высокий уровень симметрии по прямому прохождению сигнала за счет того, что площади разноименных электродных структур при данном построении преобразователя 2 равны.

Поэтому при изменении полярности подключения преобразователя 2 уровень прямого прохождения сигнала практически не изменяется, что позволяет использовать данную структуру аподизованного преобразователя 2 в симметричном включении при высоком качестве симметрии электрических сигналов.

Примером конкретного выполнения может служить полосовой фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлектрическую подложку из ниобата лития 15х3х07 мм /ОДО 734.033 ТУ/.

На поверхности подложки методом магнетронного напыления с последующей фотолитографией выполнены входной аподизованный, выходной неаподизованный встречно-штыревые преобразователи, экран и фазокомпенсатор. Наносимые слои: 1/ адгезионный - ванадий ВнПл - 1 или ВнПл-2 /ТУ 48-4-373-76/; толщина слоя 200±100 А;
2/ проводящий - алюминий А-995 /ЯЕО.021.157 ТУ/; толщина слоя 0,2±0,02 мкм.

Проекция длины входного аподизованного преобразователя фильтра на направление распространения ПАВ L равна 6,0001 мм.

Проекция ширины суммирующей шины входного преобразователя фильтра на направление распространения ПАВ d равна 0,1278 мм.

Аподизация входного встречно-штыревого преобразователя имеет наклонную структуру перекрытия электродов. Угол наклона половины суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения ПАВ Ψ равен 36,1^o.

Согласно приведенной зависимости размеры основания и высоты треугольного фазокомпенсатора определяются


Испытания полосового фильтра на ПАВ показали следующие его преимущества:
- высокое подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и незначительное отклонение формы АЧХ от расчетной в полосе пропускания ввиду снижения уровня отражения ПАВ от нерабочих участков электродной структуры входного преобразователя;
- малое различие уровня сигнала прямого прохождения при прямом и обратном включении аподизованного преобразователя, что позволяет изменять полярность подключения входного аподизованного преобразователя.

Формула изобретения

Полосовой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности входным аподизованным преобразователем, имеющим суммирующие шины, выходным неаподизованным преобразователем и выполненным между ними экраном, отличающийся тем, что суммирующие шины входного преобразователя выполнены V-образными, фильтр снабжен фазокомпенсатором, выполненным в виде остроугольного треугольника, расположенного между входным преобразователем и экраном, при этом одна сторона треугольника совпадает со стороной экрана, а размеры основания и высоты треугольного фазокомпенсатора взаимосвязаны с углом наклона части суммирующей шины входного преобразователя следующими математическими выражениями:
a=L/4-d;
b=(L/2-d)tg Ψ,
где
a - основание треугольного фазокомпенсатора;
L - проекция длины выходного аподизованного преобразователя на направление распространения ПАВ;
d - проекция длины ширины наклонной части суммирующей шины входного преобразователя на направление распространения ПАВ;
b - высота треугольного фазокомпенсатора;
Ψ - угол наклона части суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения ПАВ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2