Фильтр на поверхностных акустических волнах

 

Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной и временной обработки сигналов, в частности, в стационарных и переносных телевизионных приемниках и видеомагнитофонах. Изобретение позволяет снизить уровень паразитных сигналов на заданных частотах режекции, увеличить процентр выхода годных изделий и улучшить их качество. На пьезоэлектрической подложке 1 выполнены входной 2 и выходной 3 встречно-штыревые преобразователи (ВШП), между которыми размещен экран 4 в виде металлической пленки. Для подавления отраженных волн от краев подложки 1 между ее торцами и ВШП 2, 3 нанесен акустопоглотитель 5. Расстояние между центрами ВШП 2, 3 выбрано из условия где l - расстояние между центрами ВШП 2, 3; V_ак.в скорость распространения паразитной акустической волны; n нечетное число, выбираемое из условий оптимального конструктивного построения устройства; f_реж - частота режекции фильтра. 2 ил.

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

Известно устройство на ПАВ, содержащее пьезоэлектрическую подложку с противоположными плоскими поверхностями. На одной из поверхностей подложки имеются входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП) акустических волн. На поверхности обратной стороны подложки сделаны канавки под углом относительно направления распространения акустических волн для подавления объемных акустических волн, вносящих искажения в сигнал ПАВ, формирующий амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) устройства.

Недостатками данной конструкции устройства на ПАВ являются необходимость выполнения трудоемкой операции рифления обратной стороны подложки, снижение механической прочности пьезоэлектрической подложки ввиду нарушения целостности одной из ее поверхностей. Все это уменьшает процент выхода годных изделий и, следовательно, увеличивает стоимость устройства на ПАВ, при этом не обеспечивается достаточный уровень подавления объемных акустических волн.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство на ПАВ, содержащее пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности входным и выходным преобразователями и экраном, который частично подавляет паразитные сигналы прямого прохождения. Для снижения уровня отраженных сигналов от торцов подложки на ее поверхность вблизи торцов нанесено акустопоглощающее покрытие.

При подаче электрического сигнала на входной преобразователь возбуждаются, помимо ПАВ, определяющих выходной сигнал устройства, объемные акустические волны и сигнал прямого прохождения, вызывающие искажения и не позволяющие добиться глубокой режекции на определенной частоте или частотах.

Недостатком данной конструкции является ограниченный уровень подавления сигнала в заданных частотных точках режекции, что обусловлено наличием паразитных сигналов прямого прохождения и объемных волн.

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является снижение уровня паразитных сигналов на заданных частотах режекции, что позволит увеличить процент выхода годных изделий по электрическим параметрам и повысить их качество.

Указанный технический результат достигается тем, что в фильтре на ПАВ, содержащем пьезоэлектрическую подложек из ниобата лития с расположенными на ее поверхности входным и выходным ВШП, выполненным между ними экраном, а на торцах подложки укустопоглотителя, расстояние между центрами ВШП выбрано из условия l , где l расстояние между центрами ВШП; v_ак.в скорость распространения паразитной акустической волны; n=1, 3, 5. нечетное число, определяемое из условий оптимального конструктивного построения устройства; f_реж. частота режекции устройства.

На фиг. 1 изображен выполненный в соответствии с изобретением на ПАВ; на фиг. 2 графики частотных характеристик возбуждаемых ВШП волн.

Фильтр на ПАВ содержит пьезоэлектрическую подложку 1, на поверхности которой выполнены входной 2 и выходной 3 ВШП на расстоянии l между их центрами. Между ВШП 2, 3 размещен экран 4 в виде металлической пленки. Для подавления объемных отраженных волн от краев пьезоэлектрической подложки 1 между ее торцами и ВШП 2, 3 нанесен акустопоглотитель 5.

Фильтр работает следующим образом.

Подают сигнал на входной ВШП 2. ВШП 2 возбуждает акустические волны, распространяющиеся вдоль пьезоэлектрической подложки 1 в направлении выходного ВШП 3, который преобразует акустические волны в электрический сигнал. Отраженные от торцов подложки 1 акустические волны гасятся акустопоглотителем 5.

Несмотря на то, что при создании устройства на ПАВ с встречно-штыревыми преобразователями материал подложки и ориентация выбираются такими, чтобы из всех акустических волн возбуждалась лишь рэллеевская волна, всегда происходит возбуждение паразитных объемных акустических волн: сдвиговой, продольной. Благодаря шероховатости нижней поверхности подложки 1 падающие на нее объемные продольные волны рассеиваются некогерентно. Этим снижается уровень паразитного сигнала на выходе от продольных акустических волн.

Как видно из графика на фиг. 2, частотная характеристика сдвиговой волны 6 достигается максимума на частоте, близкой к центральной частоте характеристики 7, которая соответствует ПАВ, поскольку скорость сдвиговой волны лишь немного превышает скорость ПАВ. Поэтому характеристика сдвиговой волны 6 накладывается на характеристику 7 ПАВ на частотах верхней области полосы задерживания устройства 1,05-1,1 f_о, где f_о центральная частота полосы пропускания фильтра.

Скорость продольной волны, как правило, в 1,6-1,8 раз превышает скорость ПАВ. Это приводит к сдвигу частотной характеристики продольной волны 8 в область более высоких частот. Следовательно, сигналы, формируемые продольной волной, не оказывают влияния на сигнал ПАВ на частоте режекции устройства.

Сигналы 9 прямого прохождения частично ослабляются экраном 4 (фиг. 1).

Выходной сигнал на частотах режекции определяется как векторная сумма всех трех составляющих сигналов (ПАВ, прямого прохождения, объемных волн). Причем в нижней области полосы задерживания происходит наложение сигналов прямого прохождения и ПАВ, а в верхней области полосы задержания (вблизи нее) сигналов прямого прохождения, ПАВ и сдвиговой акустической волны. Для устранения паразитных сигналов и достижения на заданной частоте глубокой режекции необходимо выбрать расстояние между центрами ВШП так, чтобы паразитные волны, подошедшие к выходному ВШП, складывались в противофазе на этой частоте, т. е. взаимокомпенсировались. Это обеспечивается при выборе расстояния между центрами ВШП 2,3 из условия: l .

Указанное расположение элементов применимо при создании любого типа устройства на ПАВ с двумя ВШП: фильтра, линии задержки и др.

Примером конкретной реализации изобретения является фильтр на ПАВ, применяемый в телевизионных приемниках в тракте промежуточной частоты (ПЧ), имеющий следующие характеристики.

Пьезоэлектрическая подложка пластина ниобата лития ориентации YX<128, размерами 15х3х0,7 мм. На поверхности подложки методом магнетронного напыления с последующей фотолитографией выполнены входной, выходной ВШП и экран в виде металлических пленок. Наносимые слои: адгезионный ванадий ВнПл-1 или ВнПл-2, толщина слоя 200±100 проводящий алюминий А=995, толщина слоя 0,2± 0,02 мкм. На торцах подложки нанесен акустопоглотитель.

Расстояние между центрами входного и выходного ВШП, при котором поступившие на выходной ВШП паразитные сигналы сдвиговой волны и сигнал прямого прохождения складываются в противофазе при самом неблагоприятном случае (результат сложения паразитных сигналов складывается в фазе с сигналом ПАВ), определено следующим образом: l 4,820мм, где 4,008775 скорость распространения сдвиговой волны, мм/мкс; 95 нечетное число, выбранное из условий оптимального конструктивного построения устройства, т. е. его физической реализуемости; 39,5 частота режекции устройства, МГц.

Уровень подавления результирующего сигнала, поступившего на выходной преобразователь, на частоте режекции 39,5 МГц фильтра, в котором расстояние между центрами входного и выходного ВША равно 4,820 мм, составил 49 дБ, что соответствует требованиям, предъявляемым к модулю телевизионных приемников тракта ПЧ (величина подавления сигнала на частоте режекции 39,5 МГц не должна быть меньше чем 46 дБ).

Фильтр на ПАВ с взаимным расположением ВШП, выбранным согласно изобретению, характеризуется следующими преимуществами: увеличением типового уровня режекции на частотах режекции, что повышает качество изделий и расширяет область их применения;
увеличением процента выхода годных устройств на ПАВ по электрическим параметрам;
технологическим запасом по электрическим параметрам, что позволяет уменьшить габариты серийно выпускаемых устройств.

Формула изобретения

ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ, содержащий подложку из ниобата лития с расположенными на ее поверхности входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями, выполненным между ними экраном, а на торцах подложки акустопоглотителем, отличающийся тем, что расстояние l между центрами встречно штыревых преобразователей выбрано из условия

где v_{ак.волн.}- скорость распространения паразитной акустической волны;
n 1,3,5. нечетное число;
f_реж частота режекции устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2