Многополосковый ответвитель
Cтраница 3
Строго говоря, анализ многополоскового ответвителя ( рис. 5.7, а) должен учитывать то, что длины акустически неактивных областей электродов различны. Однако было показано, что это незначительно изменяет свойства многополоскового ответвителя, так что матрицу рассеяния (5.39) действительно можно использовать, положив, что Wc представляет собой среднюю длину электродов в неактивной области. [31]
 |
Устройство со встречно-штыревыми преобразователями и многополосковым ответвителем. [32] |
В представленном здесь анализе объемные акустические волны не учитываются. Предполагается ( см. рис. 5.6), что активная область каждого из преобразователей совпадает с соответствующим акустическим каналом многополоскового ответвителя. Апертуры встречно-штыревых преобразователей принимаются равными ширине соответствующих акустических каналов Wa и Wb. Первоначально предполагается также, что преобразователь А подключен к источнику напряжения с нулевым внутренним сопротивлением, а преобразователь В короткозамкнут. При этом потенциал падающей волны в канале А многополоскового ответвителя является функцией координаты у, так как преобразователь А аподизован. Покажем, что амплитуда выходной волны может быть непосредственно найдена на основании принципа суперпозиции. [33]
При конечных сопротивлениях источника и нагрузки частотная характеристика несколько видоизменяется из-за влияния цепей и отражения волн от преобразователей, что приводит к трехпролетному паразитному сигналу. Эти эффекты могут быть рассчитаны исходя из результатов § 4.8, достаточно общих, чтобы описать устройства с многополосковым ответвителем. [34]
На рис. 5.9, б изображен многополосковый переотражатель из канала в канал, который в ответ на входное воздействие пучка ПАВ излучает пучок противоположного направления в соседний канал. Это уст ройство состоит из прямого многополоскового 3 - дБ ответвителя, за которым расположены два многополосковых отражателя. Прямой многополосковый ответвитель распределяет входную волну поровну между двумя многополосковыми отражателями, затем отраженные волны проходят через многополосковый ответвитель второй раз. Если не обращать внимания на смену направления распространения, этот процесс эквивалентен прохождению волны последовательно через два многополосковых 3 - дБ ответвителя, следовательно, в идеале, вся мощность перекачивается в выходной канал. Как и в случае одиночного многополоскового отражателя, выходная мощность слабо зависит от частоты. [35]
Существует ряд модификаций многополоскового ответвителя для разнообразных случаев применения, позволяющих, в частности, уменьшить уровень паразитного трехпролетного сигнала в устройствах на ПАВ. Число электродов, необходимых для создания многополоскового ответвителя, обратно пропорционально значению коэффициента электромеханической связи материала подложки. Поэтому многополосковый ответвитель практически осуществим лишь в случае использования сильных пьезоэлектриков, таких, как ниобат лития. [36]
Другим примером использования пьезоэффекта является устройство, состоящее из группы металлических полосок, установленной на пути распространения волны. Устройство возбуждает вторичную волну, которая может быть смещена в пространстве относительно исходной ( рис. 1.2) или может распространяться в противоположном направлении. Этот принцип используется в многополосковом ответвителе, конфигурация которого зависит от его применения. Решетка металлических полосок может также служить для отражения поверхностных акустических волн, а из двух таких решеток можно создать резонатор. Наличие пьезоэффекта позволяет использовать металлическую полоску в качестве волновода ПАВ, при этом узкий пучок распространяется на большие расстояния без дифракционного рассеяния. Этот метод целесообразно применять только в том случае, если ширина пучка не превосходит примерно пяти длин волн. В большинстве практических случаев ширина пучков оказывается гораздо больше. [37]
Принцип действия иллюстрируется на рис. 8.15. Широкий пучок ПАВ достигает трехдецибельного многополоскового ответвителя, электроды которого смещены на отрезок т, где т - соответствующее время задержки, а и-скорость. Сигналы в выходных каналах А и В многополоскового ответвителя, изображенного на рис. 8.15, а, представляют собой суммы сигналов, появляющихся из-за воздействий в обоих входных каналах, а смещение обусловливает дополнительный фазовый сдвиг ют. Если иг - ( п - 1 / 4) Я, где X - длина ПАВ, то вся падающая мощность поступает в канал А; при v г - ( п 1 / 4) Я, вся мощность поступает в канал В. Однако здесь смещение выбирается несколько большим. Если пренебречь частотной зависимостью коэффициента передачи многополоскового ответвителя, что можно считать оправданным в данном случае, то, полагая мощность падающей волны не зависящей от частоты, можно показать, что амплитуды волн в каналах А п В пропорциональны функциям sin ( ftrr / 2 - л / 4) и sin ( от / 2 л / 4) соответственно. [38]
На рис. 5.9, б изображен многополосковый переотражатель из канала в канал, который в ответ на входное воздействие пучка ПАВ излучает пучок противоположного направления в соседний канал. Это уст ройство состоит из прямого многополоскового 3 - дБ ответвителя, за которым расположены два многополосковых отражателя. Прямой многополосковый ответвитель распределяет входную волну поровну между двумя многополосковыми отражателями, затем отраженные волны проходят через многополосковый ответвитель второй раз. Если не обращать внимания на смену направления распространения, этот процесс эквивалентен прохождению волны последовательно через два многополосковых 3 - дБ ответвителя, следовательно, в идеале, вся мощность перекачивается в выходной канал. Как и в случае одиночного многополоскового отражателя, выходная мощность слабо зависит от частоты. [39]
В § 5.1 рассмотрена бесконечная решетка электродов с ПАВ, однородной в поперечном направлении. Этот анализ необходим для поиска основных мод многополоскового ответвителя; в частности, решения, соответствующие замкнутым и разомкнутым электродам, дают симметричную и антисимметричную моды для основной конфигурации ответвителя. Многополосковый ответви-тель как таковой рассматривается вначале в § 5.2. В § 5.3 обсуждается типичный случай - применение многополоскового ответвителя для связи двух встречно-штыревых преобразователей. В остальных параграфах описано множество других примеров использования, в том числе и модифицированных ответвителей. [40]
Дифракция ПАВ становится существенной, если ширина акустических каналов мала и составляет лишь несколько длин волн. В этом случае амплитуда может изменяться вдоль координаты у в каждом канале. Скорости всех описанных ранее мод меньше скорости волны на свободной поверхности VQ и, следовательно, некоторые характеристики многополоскового ответвителя имеют много общего с характеристиками волновода. Обычно эффектом дифракции можно пренебречь, если ширина акустических каналов превышает 10 длин волн. [41]
Поэтому довольно часто используют фильтры других конструкций, выбор которых зависит от специфики конкретных требований. Почти всегда стремятся к тому, чтобы частотная характеристика фильтра представляла собой произведение частотных характеристик обоих преобразователей, что весьма удобно для проектирования. На подложках из сильных пьезоэлектриков преобразователи можно размещать в разных акустических каналах, осуществляя связь между ними с помощью многополоскового ответвителя, как показано на рис. 5.6. Это снижает уровень паразитных сигналов, обусловленных возбуждением объемных волн, как отмечалось в § 5.3, и особенно выигрышно в случае подложек из ниоба-та лития К, Z-среза. [42]
Этот прием удобен при создании узкополосных фильтров с преобразователями, длина которых составляет много длин волн, так как позволяет избежать искажений, вызванных дифракцией. Кроме того, преобразователь, взвешенный с помощью исключения элементов, можно использовать совместно с аподизованным преобразователем. Это дает возможность сделать процесс проектирования более гибким благодаря использованию двух взвешенных преобразователей на слабых поезоэлектриках, например на кварце, когда многополосковый ответвитель неэффективен. [43]
Основной принцип работы многополоскового ответвителя непосредственно основан на пьезоэлектрическом эффекте. Поверхностная акустическая волна, распространяющаяся в одном из каналов, индуцирует напряжения на электродах, которые оказываются приложенными к соседнему каналу, где генерируется вторичная ПАВ. На любой частоте относительное распределение фазы наведенных напряжений соответствует распределению фазы распространяющейся ПАВ; таким образом, волны, генерируемые каждым из электродов во втором канале, оказываются сфазированными. Из этого ясно, что многополосковый ответвитель работоспособен в широкой полосе частот и эта полоса намного шире полосы пропускания преобразователя сравнимой длины. [44]
Предлагаемый здесь подход основан на методе квазистатической аппроксимации функций Грина с использованием уравнений, полученных в § 4.3. Этот метод достаточно прямолинеен. При квазистатической аппроксимации взаимодействия с электродами не учитываются, вследствие чего нельзя вычислить зоны непропускания. Кроме того, возникают небольшие погрешности в получаемых значениях скоростей ПАВ. Тем не менее применительно ко многим практическим устройствам, сконструированным для работы вне полос режекции многополоскового ответвителя, эти погрешности не имеют большого значения. Этот анализ основан на предположениях, сделанных при выводе уравнений в § 4.3, так что единственным типом акустической волны, присутствующей в структуре, считается пьезоэлектрическая рэлеевская волна. Массовая нагрузка и сопротивление электродов предполагаются незначительными. [45]
Страницы: 1 2 3 4