|
ОСОБЕННОСТИ ФИЛЬТРОВ НА ПАВ
З.Т. Хакимов (ТУИТ, доцент)
Р.А. Абдусаматов (ТУИТ, магистрант)
К используемым в настоящее время в различных устройствах техники
связи относятся следующие основные виды фильтров:
• LC- и RС-фильтры;
монокристаллические кварцевые и танталато-литиевые
воздушные резонаторные;
керамические коаксиальные;
полосковые и микрополосковые;
Эти фильтры обладают ряд недостатков, которые в той или иной
степени не удовлетворяют определенным требованиям к фильтрующим
устройствам. Поэтому в последние годы широкое применение в устройствах
систем связи находят фильтры на поверхностных акустических волнах.
Поверхностные акустические волны (ПАВ) - упругие волны, распростра-
няющиеся вдоль поверхности твёрдого тела или вдоль границы с другими
средами. ПАВ подразделяются на два типа: с вертикальной поляризацией и с
горизонтальной поляризацией (волны Лява).
Поверхностные акустические волны занимают диапазон длин волн от
10
5
до 10 см, а их частоты соответствуют области ультразвука (от 20 кГц до 1
ГГц; частоты до 100 ГГц - гиперзвук). Замечательным свойством поверхност-
ных акустических волн является их очень невысокая (от 3000 до 4000 м/с) в
сравнении с электромагнитными волнами скорость распространения, что
позволяет применять к ним практически любые математические способы
обработки сигнала.
К наиболее часто встречающимся частным случаям поверхностных волн
можно отнести следующие:
Волны Рэлея (или рэлеевские), в классическом понимании распрос-
траняющиеся вдоль границы упругого полупространства с вакуумом или
достаточно разреженной газовой средой.
Затухающие волны рэлеевского типа на границе твердого тела с
жидкостью.
109
Незатухающая волна с вертикальной поляризацией, бегущая по границе
жидкости и твердого тела
Волна Стоунли, распространяющаяся вдоль плоской границы двух твер-
дых сред, модули упругости и плотности которых не сильно различаются.
Волны Лява — поверхностные волны с горизонтальной поляризацией (SH
типа), которые могут распространяться в структуре «упругий слой на
упругом полупространстве»
Для реализации фильтров на поверхностных волнах используются
пьезоэлектрики, подобные кварцевой пластинке. Поверхностные акусти-
ческие волны распространяющиеся около поверхности пьезоэлектрика
(релеевские волны) или в тонких пьезоэлектрических плёнках (лэмбовские
волны наблюдаются, когда толщина подложки сравнима с длиной волны),
сопровождающиеся модуляцией электрического поля для пьезоэлектрически
активных направлений. Движение частиц среды при обоих типах волн
эллиптическое. Метод генерации ПАВ в пьезоэлектриках с помощью встреч-
но-гребёнчатого преобразователя предложен в 1965 году, что позволило
найти широкое применение в обработке высокочастотных сигналов, линиях
задержки, сенсорах и, в последнее время, для манипулирования частицами в
микроканалах.
Однако кварц редко используется для изготовления широкополосных
фильтров. Обычно применяется титанат бария или ниобат лития. Отличие в
работе ПАВ фильтров от кварцевых или пьезокерамических заключается в
том, что используется не объемное колебание пьезоэлектрика, а волна,
распространяющаяся по поверхности. Для того, чтобы не возникало
объемных волн, которые могут исказить АЧХ, принимаются специальные
конструктивные меры.
Возбуждение поверхностной волны на поверхности пьезоэлектрической
пластинке обычно производится при помощи двух металлических полосок,
нанесенных на ее поверхность на расстоянии λ/2. Для увеличения эффектив-
ности преобразователя количество полосок увеличивают. На рисунке 1
приведена упрощенная конструкция фильтра на поверхностных акустических
волнах с линейной фазовой характеристикой
Рис. 1. Упрощенная конструкция ПАВ фильтра
На данном рисунке видно как распространяется поверхностная волна и
снова
преобразуется
в
электрические
колебания
при
помощи
преобразователя, подобного входному. На концах пьезоэлектрической
пластинки находятся поглотители акустических волн, которые исключают их
отражение. То, что волна распространяется в две стороны означает, что ее
110
энергия делится поровну и половина ее поглощается поглотителем. В
результате потери описываемого устройства не могут быть меньше 3 дБ. Еще
одним принципиальным ограничением является то, что на выходе приемного
преобразователя должна оставаться часть энергии ПАВ. Иначе не удастся
реализовать заданную амплитудно-частотную характеристику. В результате
потери в полосе пропускания для данного типа фильтров на поверхностных
волнах достигает 15 ... 25 дБ.
Do'stlaringiz bilan baham: |
