Преобразователь поверхностных акустических волн

.4, с ЮфСТВЕКНЦЙ КОМИТЕТ СССРми НВИП 5 ВЯ И О%УМ%9.(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН.СССР(54)(57) 1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОВЕРХ- .НОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЙН, содержа-.щий размещеннме на звукойроводе-первую и-.вторую контактные площадки, основной ряд штыревых электродов,.со. стоящий из первой группы электродов,электрически соединенных с первой контактной площадкой, и второй группы электродов, перекрывающихся с электродами цервой группы и расположенных между ними, и по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, содержащий первую группу электродов, гальванически соединенных со второй контактной .площадкой, и.вторую группу электродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие.,электродов первой и второй групп во вспомогательном ряду выполнено неравномерныа, о т л и ч а.ю-.щ и й с я тем, что, с целью снижения вносимых потерь энергии преобразователя без увеличения его размеров и уменьшения искажений амплитудночастотной характеристики, он содержит дополнительные электроды, гальваиически соединенные со второйконтактной площадкой, перекрывающиеся с электродами первой группыосновного ряда и расположенные междуними на участке, координаты которого на продольной оси преобразователясоответствуют координатам участкаимпульсного отклика с максимальнымиамплитудами, при этом электроды первой группы основного ряда, смежныес дополнительньвюи электродами и образующие с нимй пары, расположенныена указанном участке преобразователя, гальванически соединены с первой контактной площадкой.2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что электроды, гальванически соединенные совторой контактной площадкой, к смежные с ними электроды первой группыосновного ряда, гальванически соединенные с первой контактной площадкой, выполнены с переменной ширинойизменяющейся вдоль продольнойоси пре. образователя в соответствии с заданными амплитудами его импульсного от:клика,3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что электроды, гальванически соединенные со второй.контактной площадкой, и смежныес ними электроды первой группы основного ряда, гальваническн соеди:ненные с первой контактной площадкой, выполнены с переменными длинамиперекрывающихся участков, изменяющимися вдоль продольной оси прЕобразователя в соответствии с заданными амплитудами его импульсного отсИзобретение относится к радиоэлек- тронике и может использоваться в устройствах обработки сигналов на поверхностных акустических волнах(ПАВ).Известен преобразователь ПАВ, содержащий звукопровод и размещенйую на его поверхности встречно-штцревую электродную структуру с перекрытием электродов, при этом в контактных площадках выполнены выемки, в которые входят концы штыревых электро дов, что обеспечивает емкостное взвешивание 1).Недостатком этого преобразователя является сложность расчета и наличие. диФракционных эФФектов на концах 15 электродов, входящих в выемки малойглубины, чтО искажает амплитудно- частотную характеристику (АЧХ).Известен также преобразователь ПАВ, содержащий размещенные на звукопроводе первую и вторую контактные площадки, основной ряд штыревыхэлектродов, состоящий из первой груп"пы электродов, гальванически соединенных с первой контактной площад.кой, и второй группы электродов, пе 25 рекрывающихся с электродами первой группы и расположенных между ними, и .по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, состоящийиз первой группы электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и второй группыэлектродов, соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группы основного ряда, причем перекрытие электродов первойи второй групп во вспомогательномряду выполнено неравномерным 1 21Формирование АЧХ этогопреобразователя также осуществляется путем изОменения величин емкостей вдоль егооси в соответствии с заданными амплитудами импульсного отклика преобразователя.Основным недостатком преобразова" 45теля с емкостнцм взвешиванием, является сравнительно высокий уровень вносимых потерь энергии, что связано сбольшой величиной электрической добротности. Особенно сильно вносимыепотери возрастают в преобразователях, имеющих широкую относительную .полосу пропускания частот. Большая добротность таких преобразователей обусловлена связью через емсгкости каждой пары смежных электродов " основного ряда с соответствующей кон.тактной площадкой. Другим недостат" ком этого преобразователя является искажение АЧХ вследствие переотражений ПАВ иа. электродах, связанных 60с контактниьи .площадками через малые емкости. Вносимые потери и вели.чины электрической добротности в описанных преобразователях с емкостным взвешиванием могут быть уменьшены 65 путем увеличения взвешивающих емкос"тей, однако такой путь приводит кнежелательному увеличению размеровпреобразователей и, соответственно,устройств, в которых они используются,Цель изобретения - снижение вносимых потерь энергии преобразователя без увеличения его размеров иуменьшение искажений АЧХ.Поставленная цель достигается тем,что преобразователь ПАВ, содержащийразмещенные на звукопроводе первуюи вторую контактные площадки, основной ряд штыревых электродов, состоящий из первой группы электродов,электрически соединенных с первойконтактной площадкой, и второй группы электродов, перекрывающихся сэлектродами первой группы и расположенных между ними, и по меньшей мере один вспомогательный ряд штыревых электродов, состоящий из первойгруппы электродов, гальванически соединенных со второй контактной площадкой, и второй группы электродов,соединенных гальванически с соответствующими электродами второй группыосновного ряда, причем перекрытиеэлектродов первой и второй группво вспомогательном ряду выполненонеравномерным, содержит дополнительные электроды, гальванически соединенные со второй контактной площад-кой, перекрывающиеся с электродамипервой группы основного ряда и рас-.положенные между ними на участке,координаты которого на продольнойоси преобразователя соответствуюткоординатам участка импульсного отклика с максимальными амплитудами,при этом электроды первой группы оцновного ряда, смежные с дополнительными электродами и образующие с ними пары, расположенные на указанном участке преобразователя, гальванически соединены с первой кон"тактной площадкой.Причем в преобразователе электроды, гальванически соединенные совторой контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группыосновного ряда, гальванически соединенные с первой контактной площадкой,могут быть выполнены с переменной шириной, изменяющейся вдоль оси преоб,разователя в соответствии с заданными амлитудами его импульсного отклика.Кроме того, электроды, гальванически соединенные со второй контактной площадкой, и смежные с ними электроды первой группы основного ряда,гальванически соединенные с первойконтактной площадкой, могут быть выполнены с переменными длинами пере)срывающихся участкбв, изменяющимисяадоль продольной оси преобразователяФя,-1 я характеризуют положение амплй- туд А к-А, А,-АА,-Ан импульсного отклика вдоль временной оси Ся, соответствующих амплитудам ПАВ, возбуждаемых в звукопроводе 1 парами смежных электродов основного ряда 4, образующих межэлектродные зазоры с центрами в точках х ,-хл ф х,-х хя, -хсоответственно. Положение введенного. в преобразователь электрода 10, гальванически связанного со второй контактной площадкой 3, на продольной оси х преобразователя соответствует условию, согласно которому в центрах с координатами хл и -х межэлектродных зазоров, образованных электродом 10 . со смежными электродами 5 первой группы, реализуются максимальные амплитуды импульсного отклика Ал и -АВ конструкции преобразователя, показанном на фиг. 1, в котором имеется один электрод 10, гальвани- чески соединенный со второй контакт ной площадкой 3, ближайшие к нему электроды 6 второй группы целесообразно соединять с двумя.или более электродами 9 вспомогательного ряда 7 перемычками 12, Такое соединение уменьшает длины перекрывающихся участков соответствующих электродов 9 и 8, необходимые для реализации вторых по величине амплитуд А и -А импульсного отклика. Следующие амплитуды импульсного отклика А -Аз 3 и т.д. при быстром их спаде могут быть реализованы при непосредственном соединении каждого электрода 6 второй группы основного ряда 4 с одним электродом 9 вспомогательного ряда 7 без увеличения размеров преобразователя.Преобразователь ПАВ, показанный на фиг. 2, отличается от описанного выше тем, что в него введено несколько электродов 13, гальванически соединенных со второй контактной площадкой 3. Эти электроды 13 располо-жены на участке преобразователя с координатами х,-х, соответствующими координатам участка импульсного отклика преобразователя, на которых расположены амплитуды с максимальными значениями, Электроды,14 первой группы основного ряда 4.преобразователя, смежные с введенными ;,электродами 13 и образующие с ними пары, расположенные на указанном участке преобразователя с координатами х,-хК, гальванически соединены с первой контактной площадкой 2. Остальные электроды 15 первой группы связаны с контактной площадкой 2 через взвешивающие емкости. Эти емкости образованы вторым вспомогательным рядом Х 6 электродов 17, гальванически соединенных с первойонтактной площадкой 2, и электродов 18, гальванически соединенных с сов соответствии с заданными амплитудами его импульсного отклика.На фиг. 1 приведена конструкция преобразователя с одним вспомогательным рядом электродов и импульсный отклик этого преобразователя; 5 на фиг. 2 - вариант преобразователя с двумя вспомогательными рядами; на фиг. 3 - другой вариант преобразователя с двумя вспомогательными рядами.Преобразователь содержит размещен ные на поверхности звукопровода 1 (фиг. Ц первую 2 и вторую 3 кон. тактные площадки, основной ряд 4 штыревых электродов, состоящий из первой группы электродови второй группы 15 электродов 6, перекрывающихся с элек-. тродами 5 первой группы и расположенных между ними. Электроды 5 первой группы гальванически соединены с первой контактной площадкой 2, а электроды 6 второй группы связаны со второй контактной площадкой 3 через взвешивающие емкости. Эти емкости образованы с помощью вспомогательного ряда 7 первой группы электродов 8, гальванически соединенных со второй .контактной площадкой 3, и второй группы электродов 9, перекрывающихся с электродами 8, расположенных между ними и гальванически соединенных с соответствующими электродами 6 второй группы основного ряда 4, Величины взвешивающих емкостей прямо пропорциональны длинам перекрывающихся участков электродов 8 и 9. вспомогательного ряда 7. Преобразователь со держит дополнительный электрод 10, гальванически соединенный перемычкой 11 со второйконтактной площадкой 3, перекрывающийся с электродами 5 первой группы основного ряда 4 и40 расположенный между ними. Для поясне. ния места расположения электрода 10 по длине преобразователя на фиг, 1 приведена продольная ось хд последнего, на которой координатй х и х 1 соответствуют положению центров зазоров между электродом 10 и смежными с ним электродами 5 первой группы основного ряда 4,координаты х;х; х -х- х,-х соответствуют положению центров-зазоров между остальными электродами 5 первой группыи смежньажи с ними электродами 6 второй группы, Ниже приведен импульсный отклик преобразователя на временной оси й которого координаты й Ф, 1,-С 1 я,-1 н соответствуюткоординатам .х-х , х,.-х 1 хя, -:х,1 на продольной оси х преобразователя. Координаты точек на продольной оси х преобразователя и на вре менной оси й его импульсного отклика связаны между собой соотношением хи-й 7, где Ч - скорость распространения ПАВ в материале звукопровокда 1. Координаты л -лг. г65ответствующими электродами 15 первой группы. Электроды 13 и .14, гальванически соединенные с контактными площадками 3 и 2 соответственно, выполнены.с переменной шириной О, изменяющейся вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с заданными амплитудами на соответствующем участке его импульсного отклика. Изменение ширины О электродов эквивалентно пропорциональному изменению межэлектродной емкости пар электродов 13 и 14. Максимальную ширину а имеет пара электродов 13 и 14, расположенная в центральной части указанного участка. Ширина О 15 остальных электродов уменьшается к краям этого участка.В преобразователе, показанном на фиг. 3, электроды 19, гальванически соединенные с контактной площадкой 3, и смежные с ними электроды 20 первой группы, гальванически соединенные с контактной площадкой 2, выполнены с переменными длинами перекрывающихся участков, изменяющимися вдоль продольной оси преобразователя в соответствии с заданными амплитудами на соответствующем участке его импульсного отклика. Электроды 19 и 20,а также остальные электроды 21 и 22 основного ряда выполнены расщепленными.При этом электроды 21 первой группы гальванически соединены с несколькими электродами 18 вспомогательного ряда 16 перемычками 23, электроды 22 второй группы гальвани- чески соединены с несколькими электродами 9 вспомогательного ряда 7 перемычками 23. Такое соединение позволяет уменьшить поперечные размеры вспомогательных рядов 7 и 16. 40 Минимальные длины перекрывающихся участков электродов 19 и 20 определяются по допустимому уровню дифракционных эффектов, который зависит еще от целого ряда Факторов, таких 45 как расстояние между входным и выходным преобразователями в устройстве, выбор среза анизотропного кристалла для звукопровода, допустимые искажения АЧХ. С учетом этого минимальную длину 6 перекрывающихся участков электродов 19 и 20 рекомендуется выбирать такой, чтобы реализуемые парами этих электродов амплитуды импульсного отклика были в 4-5 раз меньше максимальной амплитуды, реализуемой парой электродов 19 и 20 с наибольшей длиной 6 перекрывающихся участков. Остальные амплитуды импульсного отклика реализуются электродами 21 и 22 основного ряда, 60 связанными с контактными площадками 2 и 3 через взвешивающие емкости, образованные вспомогательными рядами 16 и 7 электродов. Еще большее уменьшение поперечных размеров такого 65 преобразователя может быть получено путем изменения длин перекрывающихся участков электродов 21 и 22 основного ряда и/или изменения ширины электродов 19 и 20.Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.При подаче на контактные площадки 2 и 3 (фиг. 1) высокочастотного напряжения между электродом 10 и смежными с ним электродами 5 и 6 возникает знакопеременная разность потенциалов. При этом в соответствующих участках звукопровода 1 возбуждаются ПАВ с амплитудами, пропорциональными величинам этих разностей потенциалов. В частности, на участках с координатами х,-х возбуждаются ПАВ с максимальными, одинаковыми по величине амплитудами. На остальных участках звукопровода, где расположены электроды 5 и 6, возбуждаются ПАВ с разными по величине амплитудами, пропорциональными вели" чинам взвешивающих емкостей, которые связывают соответствующие электроды 6,с контактной площадкой 3. Таким образом,в преобразователе осуществляется амплитудное взвешивание возбужцаемых ПАВ, Преобразователь, показанный на фиг. 2, работает аналогично описанному выше, за исключением того, что величина разностипотенциалов, возникающей между смежными электродами 13 и 14, различна для каждой пары этих электродов и определяется величиной межэлектродной емкости данной пары, т.е. шириной а электродов 13 и 14, образующих эту пару. В преобразователях, показанных на фиг. 1 и 2, всеми электродами возбуждаются ПАВ с одинаковой апертурой акустического луча. В отличие от этого в преобразователе, показанном на фиг, 3, пары электродов 19 и 20 возбуждают ПАВ с разными апертурами акустического луча, определяемыми длиной перекрывающихся участка электродов 19 и 20, образующих данную пару. В то же время амплитуды ПАВ, возбуждаемых нарами электродов 19 и 20, одинаковы. Таким образом, в предлагаемой конструкции преобразователя осуществляется смешанное взвешивание ПАВ на одном участке преобразователя - с помощью изменения апертуры акустического луча, на других - с помощью изменения амйлитуды ПАВ. Такой преобразователь может работать в паре с преобразователем, имеющим постоянную вдоль преобразователя длину перекрывающихся участков всех электродов основного ряда, например, в паре с преобразователем, показанным на Фиг. 1 или 2В предлагаемом преобразователе достигается минимально возможная электрическая добротность без увеличения поперечных размеров преобразователя. Наряду с низкой электрической добротностью преобразователь об-. ладает улучшенной формой АЧХ, так как увеличение взвешивающих емкостей, связывающих электроды 6 основного . 5 ряда со второй контактной. площадкой 3 (фиг. 1), приводит к уменьшению переотражений ПАВ, Поперечные размеры преобразователя зависят от ширины полосы его пропускания и могут 10 регулироваться выбором различных вариантов предлагаемого преобразователя.Конструкцию, показанную на фиг. 1, целесообразно использовать для широ кополосиых преобразователей с относительной полосой пропускания большей 20, которые характеризуются резким уменьшением амплитуд импульсного отклика от их максимального зна 20 чеиия. Использование такой конструкцци для построения менее широкополосных преобразователей приводит к,существенному увеличению их размеров из-за больших длин перекрывающихся участков электродов 8 и 9 вспомогательного ряда 7. В этих случаях целесообразнее испольэовать конструкции преобразователей, показанные на фиг. 2 и 3. Основным преимуществом предлагаемого преобразователя по сравнению с известными является его низкая электрическая добротность, обуславлива" ющая малые вносимые потери энергии. При полосе пропускания 10 преобразователь обладает потерями 20 дБ в тракте 75 Ом.1Поэтому, используя предлагаемую конструкцию преобразователя, можно получить максимальную относительную полосу пропускания при минимальных потерях. Дополнительным преимуществом преобразователя является улучшенная форма его амплитудно- частотной характеристики. Преобразователь, по сравнению с известными, обеспечивает больший уровень подавления боковых лепестков и обладает меньшей неравномерностью вершины АЧХ. Кроме того, поперечные размеры пред" лагаемого преобразователя могут быть доведены до 5-10 . ( Ао- длина ПАВ на частоте й, ), что в 2-6 раэ меньше по сравнению с известными преобразователями. Уменьшение размеров преобразователя позволяет уменьшить габа- риты звукопровода, что при серийном изготовлении приводит к экономии пьезоэлектрического материала..1022292БанкСоставитель В. овРедактор Н. Стащншина Техред.И.Гергель Корректор О, Билакака 4063/48 Тираж 936 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж, Рауюская наб., д. 4/5 иал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная,