Преобразователь поверхностных акустических волн (варианты)

Изобретение относится к акустоэлектронике, а именно к преобразователям ПАВ, работающим на высших гармониках. Техническим результатом является увеличение потерь преобразования на нерабочих гармониках, сокращение числа нерабочих полос преобразования и увеличение частотного разделения между рабочей и нерабочими гармониками. В первом варианте изобретения периодический элемент (ПЭ) встречно-штыревой структуры (ВШС) преобразователя ПАВ образован двумя соседними секциями, которые содержат один или несколько штырей. Число штырей в соседних секциях отличается, по крайней мере, на единицу. Ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр или 0,96λp≤Δ≤1,50λp или 2,09λр≤Δ≤2,37λр. Расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, а расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники. Во втором варианте изобретения ПЭ ВШС состоит из двух одинаковых по протяженности частей, каждая из которых содержит 2n+1 секций, где n>1. Топологический рисунок второй части образован путем переноса топологического рисунка первой части на полпериода периодического элемента вдоль оси встречно-штыревой структуры с последующим зеркальным отражением его в скользящей плоскости симметрии, проходящей через эту ось, а число штырей в разнополярных секциях каждой части ПЭ отличается, по крайней мере, на единицу. Три следующих варианта изобретения отличаются взаиморасположением секций в одинаковых частях ПЭ, наличием неодинаковых частей ПЭ, типом симметрии в расположении секций в этих частях и количеством штырей в секциях. 5 н. и 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к акустоэлектронике, а именно к устройствам на основе поверхностных акустических волн (ПАВ), в частности к встречно-штыревым преобразователям (ВШП) электрического сигнала в акустическую волну, работающим на высших гармониках.

Актуальной задачей акустоэлектроники является повышение рабочей частоты устройств на ПАВ. Период встречно-штыревой структуры (ВШС) преобразователя, на котором должно быть размещено, по крайней мере, два штыря противоположной полярности, определяет рабочую частоту ВШП. Так, частоте 1 ГГц соответствует период структуры около 3,2 мкм на пьезокварце. Обычно устройства на ПАВ содержат два таких преобразователя - входной и выходной. Перспективным решением задачи повышения рабочей частоты, не требующим уменьшения ширины штырей, т.е. усложнения технологических проблем формирования ВШП, является возбуждение ПАВ на частоте одной из высших пространственных гармоник ВШС преобразователя. Однако во всех известных конструкциях ВШП более низкочастотные гармоники возбуждаются эффективнее, чем рабочая гармоника, т.е. на частоте рабочей гармоники они имеют более высокие потери преобразования. При этом в любом известном ВШП наряду с используемой поверхностной волной Рэлея, возбуждаются паразитные типы волн, например медленная и быстрая сдвиговые волны и объемная волна, которая, отражаясь от нижней грани звукопровода, попадает в выходной ВШП. Частоты этих паразитных типов волн превышают частоту соответствующей поверхностной волны fПАВ в 1,05 раза для медленной сдвиговой волны (fМС=1,05fПАВ), в 1,61 раза для быстрой сдвиговой волны (fБС=1,61fПАВ) и в ˜1,82 раза для объемной волны (fОВ≈1,82fПАВ). Во всех наиболее эффективных с точки зрения повышения рабочей частоты известных конструкциях ВШП рабочая гармоника имеет недостаточно большое частотное разделение с ближайшими нерабочими гармониками, и поэтому на частотах близких к рабочей гармонике возможны помехи в виде отклика на других типах волн, соответствующих более низкочастотным пространственным гармоникам ВШП.

Известен классический ВШП с двумя штырями противоположной полярности на период, в котором для повышения рабочей частоты без уменьшения ширины штырей может быть использовано возбуждение ПАВ на частоте пятой пространственной гармоники электрического поля ВШП [1]. Преобразователь содержит образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных штырей, а периодический элемент встречно-штыревой структуры образован двумя соседними штырями. Ширина штырей равна ширине зазоров между ними и составляет 1,25λ5, где λ5 - длина ПАВ на частоте рабочей пятой гармоники. Рабочая частота при этом повышается в 5 раз при той же ширине штырей по сравнению с работой на первой гармонике. Частотное разделение между рабочей гармоникой и ближайшей нерабочей (первой) составляет 80%. Недостатком такого ВШП являются очень большие потери преобразования на рабочей пятой гармонике по сравнению с первой гармоникой. Однако в реальных конструкциях ВШП при несоблюдении строгого равенства ширины штырей ширине зазоров начинают возбуждаться и другие нерабочие гармоники - третья или седьмая.

Известен ВШП со сдвоенными («расщепленными») штырями, в котором для повышения рабочей частоты без уменьшения ширины штырей используется возбуждение ПАВ на частоте третьей пространственной гармоники ВШП [2]. Преобразователь поверхностных акустических волн содержит образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит два штыря одинаковой полярности, а периодический элемент встречно-штыревой структуры образован двумя соседними секциями. Ширина штырей равна ширине зазоров между ними и составляет (3/8)λ3, где λ3 - длина ПАВ на частоте рабочей третьей гармоники. Рабочая частота при этом повышается в 1,5 раза при той же ширине штырей по сравнению с традиционным ВШП [1], имеющим два штыря на период, при работе его на первой гармонике. Частотное разделение между рабочей гармоникой и ближайшей нерабочей (первой) гармоникой составляет 66,7%. Потери преобразования на рабочей гармонике ненамного превышают потери на частоте первой гармоники. Недостатками ВШП является то, что данная конструкция обеспечивает относительно небольшое повышение частоты, при этом потери преобразования на частоте рабочей гармоники выше, чем на частоте нерабочей первой гармоники, а частотное разделение между рабочей третьей и ближайшей нерабочей гармоникой невелико.

Известен ВШП с отличающимся числом штырей в периодическом элементе, в зависимости от их принадлежности к одному или другому гребенчатому электроду, в котором для повышения рабочей частоты без уменьшения ширины штырей может быть использовано возбуждение ПАВ на частоте второй пространственной гармоники ВШП [3]. Преобразователь поверхностных акустических волн содержит образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций. Периодический элемент встречно-штыревой структуры образован двумя соседними секциями и содержит три штыря, причем секции из двух штырей соединены с одним гребенчатым электродом, а секции противоположной полярности содержат по одному штырю и соединены с другим гребенчатым электродом. Ширина штырей равна ширине зазоров между ними и составляет (1/3)λ2, где λ2 - длина ПАВ на частоте рабочей второй гармоники. Рабочая частота при этом повышается в 1,33 раза при той же ширине штырей по сравнению с традиционными ВШП [1], имеющими два штыря на период, при работе их на первой гармонике. Частотное разделение между рабочей гармоникой и ближайшей нерабочей (первой) составляет 50%. Потери преобразования здесь ненамного превышают потери на частоте первой гармоники. Недостатками данного несимметричного ВШП является то, что возможное повышение частоты в нем меньше, чем в предыдущей конструкции ВШП [2], потери преобразования на частоте рабочей второй гармоники выше, чем на частоте нерабочей первой гармоники, а частотное разделение между рабочей гармоникой и ближайшей нерабочей гармоникой недостаточно большое, поэтому на частотах, близких к рабочей гармонике, возможны помехи в виде отклика на объемных волнах, соответствующих нерабочей первой гармонике ВШП.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению (прототипом изобретения) является ВШП со сдвоенными штырями [4]. Относительная ширина штырей на рабочей седьмой гармонике в таком ВШП больше, чем в описанной выше конструкции ВШП со сдвоенными штырями [2]. Преобразователь поверхностных акустических волн содержит образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит два штыря одинаковой полярности, а периодический элемент встречно-штыревой структуры образован двумя соседними секциями. Ширина штырей в три раза меньше ширины зазоров между ними. ВШП возбуждает первую, третью, пятую и седьмую гармоники, а относительная ширина штырей при этом составляет 0,0625 λ1, 0,1875 λ3, 0,3125 λ5 и 0,4375 λ7 соответственно. При работе на седьмой гармонике рабочая частота повышается в 1,75 раза при той же ширине штырей по сравнению с традиционными ВШП, имеющими два штыря на период [1], при работе их на первой гармонике. Частотное разделение между рабочей гармоникой и ближайшей нерабочей (пятой) составляет 28,6%. Потери преобразования здесь превышают потери на частоте первой гармоники. За счет большей ширины зазоров конструкция ВШП более технологична и обеспечивает более высокий выход годной продукции при изготовлении ее методом фотолитографии.

Недостатками прототипа являются, во-первых, больший уровень потерь на рабочей гармонике по сравнению с нерабочими гармониками (этот уровень потерь на рабочей гармонике немного больше, чем у второго [2] и третьего [3] аналогов изобретения, но меньше, чем у первого [1] аналога изобретения). Во-вторых, наличие нескольких нерабочих полос преобразования, соответствующих первой, третьей и пятой гармоникам и малое частотное разделение между рабочей седьмой гармоникой и ближайшей нерабочей пятой гармоникой, что затрудняет селекцию рабочей гармоники. Кроме того, вблизи частоты рабочей гармоники возможны помехи в виде отклика на других типах волн (в частности объемной волны и быстрой сдвиговой волны), соответствующих более низкочастотным нерабочим пространственным гармоникам ВШП.

Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения рабочей частоты преобразователя ПАВ без уменьшения ширины штырей за счет использования возбуждения на одной из высших гармоник. При этом заявляемая конструкция ВШП обеспечивает внутреннюю (без применения внешних частотоизбирательных элементов) селекцию рабочей гармоники путем увеличения потерь преобразования на всех нерабочих гармониках, сокращение числа нерабочих полос преобразования и увеличение за счет этого частотного разделения между рабочей гармоникой и ближайшей наиболее интенсивной из нерабочих гармоник.

В первом варианте изобретения предлагается преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, а периодический элемент встречно-штыревой структуры образован двумя соседними секциями, при этом секции содержат один или несколько штырей, число штырей в соседних секциях отличается, по крайней мере, на единицу, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр, 0,96λр≤Δ≤1,50λр, 2,09λр≤Δ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

Во втором варианте изобретения предлагается преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, при этом секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух одинаковых по протяженности частей, каждая из которых содержит 2n+1 секций, где n≥1, при этом топологический рисунок второй части образован путем переноса топологического рисунка первой части на полпериода периодического элемента вдоль оси встречно-штыревой структуры с последующим зеркальным отражением его в скользящей плоскости симметрии, проходящей через эту ось, причем число штырей в разнополярных секциях каждой части периодического элемента отличается, по крайней мере, на единицу, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр, 0,96λр≤Δ≤1,50λр, 2,09λр≤Δ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λp - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

В третьем варианте изобретения предлагается преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, при этом секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух одинаковых по протяженности и числу штырей в секциях частей, каждая из которых содержит 2n+1 секций, где n≥1, причем секции обеих частей периодического элемента, расположенные вблизи его центра, обладают точечной симметрией относительно этого центра, а топологический рисунок остальных секций второй части периодического элемента повторяет топологический рисунок остальных секций первой его части, причем число штырей в соседних секциях каждой части периодического элемента отличается, по крайней мере, на единицу, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр 0,96λр≤Δ≤1,50λр, 2,09λр≤Δ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

В четвертом варианте изобретения предлагается преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, при этом секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух частей, каждая из которых содержит нечетное, не менее трех, число секций, причем число штырей в соседних секциях каждой части периодического элемента отличается, по крайней мере, на единицу, при этом каждая часть состоит из двух половин, зеркально симметричных относительно плоскости, проходящей через центр этой части перпендикулярно оси встречно-штыревой структуры, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λp, 0,96λр≤Δ≤1,50λp, 2,09λр≤Δ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники. Обе части периодического элемента могут быть выполнены одинаковыми по протяженности вдоль оси встречно-штыревой структуры.

В пятом варианте изобретения предлагается преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, при этом секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух частей, каждая из которых содержит четное число секций, причем общее число штырей одной части периодического элемента отличается от общего числа штырей другой его части, по крайней мере, на два, при этом каждая часть состоит из двух половин, имеющих точечную симметрию относительно центра этой части, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр, 0,96λp≤Δ≤1,50λp, 2,09λр≤Δ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана топология известного ВШП [1] с двумя штырями на период встречно-штыревой структуры и равной шириной штырей и зазоров между ними, а также график распределения смещений А частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени для первой (А1) и пятой (А5) гармоник. Под графиками смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). При работе на пятой гармонике относительная ширина штырей и зазоров между ними составляет 1,25λ5, а потери преобразования существенно больше, чем на первой гармонике.

На фиг.2 дана топология известного ВШП [2] с четырьмя штырями на период встречно-штыревой структуры и равной шириной штырей и зазоров между ними, а также график распределения смещений А частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени для первой (А1) и третьей (А3) гармоник. Под графиками смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). При работе на третьей гармонике относительная ширина штырей и зазоров между ними составляет 0,375λ3, а потери преобразования лишь незначительно больше, чем на первой гармонике.

На фиг.3 изображена топология известного несимметричного ВШП [3] с тремя штырями на период встречно-штыревой структуры и равной шириной штырей и зазоров между ними, а также график распределения смещений А частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени для первой (А1) и второй (А2) гармоник. Под графиками смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). При работе на второй гармонике относительная ширина штырей и зазоров между ними составляет 0,333λ2, а потери преобразования почти одинаковы с первой гармоникой.

На фиг.4 показана топология известного ВШП [4], взятого в качестве прототипа, с четырьмя штырями на период встречно-штыревой структуры и шириной зазоров между штырями, втрое превышающей ширину штырей, а также графики распределения смещений А частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени для первой (А1), пятой (A5) и седьмой (А7) гармоник. Под графиками смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). При работе на седьмой гармонике относительная ширина штырей составляет 0,4375λ7, а потери преобразования больше потерь на первой, третьей и пятой гармониках.

На фиг.5 изображена одна из возможных конструкций ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по первому варианту изобретения, а также графики распределения смещений А6 и А1 частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей шестой гармоники и наиболее интенсивной нерабочей первой гармоники соответственно. Под графиками смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). Относительная ширина штырей составляет 0,4λ6.

На фиг.6 изображена одна из возможных конструкций ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по второму варианту изобретения, а также график распределения смещений А21 и А3 частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей двадцать первой гармоники и наиболее интенсивной нерабочей третьей гармоники соответственно. Под графиками смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). Относительная ширина штырей составляет 0,4λ21.

На фиг.7 изображена одна из возможных конструкций ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по третьему варианту изобретения, а также графики распределения смещений А21 и А3 частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей двадцать первой гармоники и наиболее интенсивной нерабочей третьей гармоники соответственно. Под графиками смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). Относительная ширина штырей составляет 0,4λ21.

На фиг.8 изображена одна из возможных конструкций ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по четвертому варианту изобретения, а также график распределения смещений А18 частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей восемнадцатой гармоники. Под графиком смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). Относительная ширина штырей составляет 0,4λ18.

На фиг.9 изображена одна из возможных конструкций ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по пятому варианту изобретения, а также графики распределения смещений А14 и A2 частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей четырнадцатой гармоники и наиболее интенсивной нерабочей второй гармоники соответственно. Под графиком смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). Относительная ширина штырей составляет 0,4λ14.

На фиг.10 изображена вторая из возможных конструкций ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по пятому варианту изобретения для структуры с тремя штырями в секциях первой части периодического элемента и с четырьмя штырями в секциях второй его части при ширине штырей, выбранной из второго интервала допустимых значений (1,25λ44), a также график распределения смещений А44 частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей сорок четвертой гармоники. Под графиком смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники).

На фиг.11 изображена одна из комбинированных конструкций ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники, объединяющая два периодических элемента конструкций ВШП по четвертому и пятому вариантам изобретения, а также приведен график распределения смещений А32 частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей тридцать второй гармоники. Под графиком смещений приведено соотношение сопротивлений излучения Rа для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования. Относительная ширина штырей составляет 0,4λ32.

Сопротивление излучения Rа периодического элемента ВШП изменяется в зависимости от ширины штырей как квадрат функции Бесселя первого рода нулевого порядка, аргументом которой является набег фазы ПАВ на полуширине штыря. Подобная зависимость, соответствующая модели распределения заряда по ширине штыря, как на одиночной проводящей полосе [5] той же ширины, в сочетании с теорией нормальных акустических волн, изложенной в [6], хорошо описывает амплитудно-частотную характеристику протяженного ВШП. Соответственно, повышение рабочей частоты ВШП при работе их на высших пространственных гармониках структуры ВШП сопровождается ростом потерь преобразования. Справедливость такой модели хорошо подтверждается качественно и количественно, как это показано на фиг.1-4, на примерах широко известных ВШП с одиночными штырями [1] (фиг.1), с «расщепленными» штырями с шириной, равной ширине зазоров между ними [2] (фиг.2), и с шириной втрое меньшей ширины зазоров [4] (фиг.4), а также на примере ВШП с тремя штырями на период [3] (фиг.3), возбуждающего как четные, так и нечетные гармоники. Как показывают расчеты, эффективность возбуждения ПАВ, величина которой пропорциональна сопротивлению излучения Ra, с увеличением ширины штырей падает, периодически изменяясь, как квадрат функции Бесселя, и происходит увеличение потерь преобразования. При этом можно выбрать интервалы значений ширины штырей, при которых ПАВ возбуждается наиболее эффективно. В предлагаемом изобретении за границы первых трех практически важных интервалов значений ширины штырей приняты значения, соответствующие уменьшению сопротивления акустического излучения Ra в 10 раз по сравнению со значением, соответствующим ширине штырей в четверть длины волны, как в классическом ВШП [1]. При этом в первой области допустимых значений ширина штырей Δ не превышает 0,61λр, во второй относительная ширина штырей находится в пределах 0,96λр≤Δ≤1,50λр, а в третьей области она находится в пределах 2,09λp≤Δ≤2,37λр.

Во всех известных конструкциях, работающих на одной из высших пространственных гармоник, более низкочастотные гармоники возбуждаются эффективнее, чем рабочая. Во всех вариантах конструкции предлагаемого ВШП подобные нерабочие гармоники в большей или меньшей степени подавлены и имеют равную или меньшую, чем у рабочей гармоники, амплитуду на АЧХ преобразования при выборе ширины штырей Δ из первой области допустимых значений. Еще в большей мере подавлены нерабочие гармоники с большими, чем у рабочей гармоники номерами.

На чертежах (фиг.1 - фиг.11) изображены ВШП, содержащие пьезоэлектрический (или покрытый пьезоэлектрической пленкой) звукопровод 1, на поверхности которого расположены металлические пленочные электроды гребенчатой формы 2 и 3, содержащие направленные навстречу друг другу штыри 4. Периодический элемент ВШП длиной Λ может быть образован двумя, тремя и более чередующимися разнополярными секциями 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, которые могут содержать один или несколько штырей 4. Штыри электродов взаимно перекрываются по длине, что приводит к появлению между штырями противоположной полярности знакопеременного электрического поля, направленного параллельно продольной оси ВШС, в случае приложения переменного напряжения к электродам преобразователя. При этом, вследствие обратного пьезоэффекта, возникают упругие смещения частиц приповерхностного слоя звукопровода, имеющие максимальную величину в местах наибольшей напряженности электрического поля, т.е. на краях штырей. Направление смещения от положения равновесия для частиц приповерхностного слоя звукопровода вблизи каждого из штырей зависит от знака заряда на этом штыре в данный момент времени. Эти упругие знакопеременные смещения под каждым из штырей ВШП приводят к возникновению поверхностной акустической волны, распространяющейся в обе стороны от источника (заряженного штыря). Все парциальные волны от отдельных источников в результате интерференции образуют суммарную волну, излучаемую преобразователем в обе стороны вдоль его продольной оси. На частоте электроакустического синхронизма, когда все парциальные волны складываются синфазно, преобразование переменного электрического сигнала в акустическую волну происходит наиболее эффективно, потери преобразования минимальны, а сопротивление излучения, соответствующее этому преобразованию на эквивалентной электрической схеме ВШП, при этом максимально и должно быть согласовано с сопротивлением возбуждающего генератора.

Повышенные потери преобразования на нерабочих гармониках вызваны тем, что на частотах этих гармоник парциальные волны от каждого из штырей внутри периодического элемента не синфазны между собой и при их интерференции происходит частичное или полное взаимоподавление различных парциальных волн, приводящее к ослаблению суммарной волны на частотах этих гармоник. Это хорошо видно на графиках смещений А частиц приповерхностного слоя звукопровода в фиксированный момент времени - пространственное расположение смещений одного направления строго совпадает с расположением штырей соответствующей полярности, обеспечивая синфазное сложение парциальных волн от всех штырей периодического элемента только на частоте рабочей гармоники. На нерабочих гармониках, даже на самой интенсивной с минимальными потерями преобразования, такого эффекта не наблюдается. Отдельные штыри периодического элемента в этом случае могут попадать даже в области смещений противоположного знака, ослабляя тем самым суммарную волну периодического элемента за счет противофазного сложения своей парциальной волны с волнами от других штырей, находящихся в согласованном взаиморасположении с областями своего знака смещений частиц поверхностного слоя звукопровода.

Примеры конкретного выполнения ВШП предлагаемой конструкции с внутренней селекцией рабочей гармоники, осуществляемой за счет интерференции парциальных волн периодического элемента ВШС, показаны на фиг.5 - фиг.11. На каждой из фигур показана топология соответствующего варианта ВШП, а под ней - график мгновенного распределения смещений А частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне, распространяющейся вдоль ВШС и являющейся результатом суммирования парциальных волн от каждого из штырей преобразователя. Под графиками смещений приведено расчетное соотношение сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник с наименьшим уровнем потерь преобразования (n - номер гармоники). Относительная ширина штырей составляет во всех примерах 0,4λр, где р - номер рабочей гармоники. Это соответствует повышению рабочей частоты в 1,6 раза по сравнению с классическими ВШП [1] с шириной штырей в четверть длины волны. Расстояния между центрами соседних штырей одинаковой полярности составляет λр, а между центрами соседних разнополярных штырей, принадлежащих разным электродам, составляет 1,5λр. Варианты выполнения ВШП отличаются числом штырей в секциях и их взаимным расположением в пределах периодического элемента ВШС.

На фиг.5 приведена конструкция ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по первому варианту изобретения. Рабочей для него является шестая гармоника. За счет существенного увеличения потерь преобразования все остальные нерабочие гармоники практически полностью подавлены и единственной сравнимой по величине сопротивления излучения Ra нерабочей гармоникой является первая, максимально отстоящая от рабочей шестой гармоники. Частотное разделение между ними составляет 83,33%. Периодический элемент ВШС образован двумя секциями 5, 6 штырей 4 противоположной полярности, число штырей в которых отличается на единицу. Сопротивление излучения на нерабочей первой гармонике не превышает сопротивления на рабочей шестой гармонике, хотя относительная ширина штырей на этих гармониках отличается в шесть раз, т.к. 0,0667λ1=0,4λ6. В классической конструкции с такой же относительной шириной штырей (Δ/λ1=0,0667) сопротивление излучения было бы примерно в 2,37 раза больше, чем в предложенном ВШП при ширине штырей 0,4λ6. Наиболее интенсивная первая гармоника подавлена в этой конструкции в 2,4 раза. Таким образом, в данной конструкции значительно облегчена селекция рабочей шестой гармоники.

На фиг.6 и фиг.7 приведены конструкции ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по второму и третьему вариантам изобретения соответственно, работающие на двадцать первой рабочей гармонике, периодический элемент которых состоит из двух частей одинаковой протяженности l1 и l2, образованных подобными секциями штырей 4 и отличающихся взаимным расположением секций в этих частях.

Во втором варианте изобретения (фиг.6) топологический рисунок секций 8, 9, 10 второй части периодического элемента образуется переносом топологического рисунка секций 5, 6, 7 первой части вдоль ВШС на полпериода с последующим зеркальным отражением их в плоскости симметрии, расположенной вдоль продольной оси ВШС перпендикулярно рабочей поверхности звукопровода.

В третьем варианте изобретения (фиг.7) две центральные секции 7 и 8, каждая из которых состоит из двух штырей, имеют точечную симметрию относительно центра периодического элемента, т.е. относительно точки на продольной оси ВШС в середине зазора между этими секциями. Две другие секции 9, 10 второй части, содержащие три и четыре штыря соответственно, образованы переносом двух подобных секций 5, 6 первой части периодического элемента в конец второй его части.

В обоих вариантах за счет существенного увеличения потерь преобразования все нерабочие гармоники подавлены и единственной сравнимой по величине сопротивления излучения Ra нерабочей гармоникой является в обеих конструкциях третья гармоника, максимально отстоящая от рабочей двадцать первой гармоники. Частотное разделение между ними составляет 85,7%. Сопротивление излучения на самой интенсивной нерабочей третьей гармонике не превышает сопротивления на рабочей двадцать первой гармонике для второго варианта изобретения, а для третьего варианта оно даже меньше, чем на рабочей, хотя относительная ширина штырей на этих гармониках отличается в семь раз, т.к. 0,057λ3=0,4λ21. В классической конструкции с такой же относительной шириной штырей (Δ/λ1=0,057) сопротивление излучения было бы примерно в 2,42 раза больше, чем в предложенных ВШП при ширине штырей 0,4λ21. Наиболее интенсивная третья гармоника подавлена в этих конструкциях в 2,42 раза во втором варианте изобретения и более чем в три раза в третьем варианте. Таким образом, в данных конструкциях значительно облегчена селекция рабочей двадцать первой гармоники.

На фиг.8 показана конструкция ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по четвертому варианту изобретения. Рабочей гармоникой для ВШП является восемнадцатая гармоника. Периодический элемент ВШП состоит из двух неодинаковых по протяженности и по числу штырей в секциях частей l1 и l2. Каждая часть содержит по три секции (секции 5, 6, 7 и секции 8, 9, 10 соответственно) штырей 4, обладающих зеркальной симметрией относительно плоскостей, проходящих через середину центральной секции каждой части (через середину одиночного штыря в случае первой части периодического элемента) перпендикулярно оси ВШП. За счет существенного увеличения потерь преобразования все нерабочие гармоники сильно подавлены, при этом наиболее интенсивной нерабочей гармоникой является четвертая, достаточно удаленная от рабочей восемнадцатой гармоники. Частотное разделение между ними составляет 77,8%. Сопротивление излучения на нерабочей четвертой гармонике в два раза меньше сопротивления на рабочей восемнадцатой гармонике, хотя относительная ширина штырей на этих гармониках отличается в 4,5 раза, т.к. 0,089λ4=0,4λ18. В классической конструкции с такой же относительной шириной штырей (Δ/λ1=0,089) сопротивление излучения было бы примерно в 2,33 раза больше, чем в предложенном ВШП при ширине штырей 0,4λ6. Наиболее интенсивная четвертая гармоника подавлена в этой конструкции в 4,66 раза. Таким образом, данная конструкция ВШП является практически однополосной.

На фиг.9 приведена конструкция ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по пятому варианту изобретения. Периодический элемент состоит из двух неодинаковых по протяженности и по числу штырей в секциях частей l1 и l2. Каждая часть содержит по две секции (секции 5, 6, и секции 7, 8 соответственно) штырей 4, обладающих точечной симметрией относительно центра этой части, т.е. точки на оси ВШП в середине зазора между секциями этой части периодического элемента. Секции 5, 6 первой части содержат по два штыря, а секции 7, 8 второй части - по четыре штыря. Рабочей гармоникой является четырнадцатая. За счет существенного увеличения потерь преобразования все нерабочие гармоники сильно подавлены и единственной сравнимой по величине сопротивления излучения Ra нерабочей гармоникой является вторая, максимально отстоящая от рабочей четырнадцатой гармоники. Частотное разделение между ними составляет 85,7%. Сопротивление излучения на самой интенсивной нерабочей второй гармонике в 1,35 раза ниже сопротивления на рабочей четырнадцатой гармонике, хотя относительная ширина штырей на этих гармониках отличается в семь раз, т.к. 0,057λ2=0,4λ14. В классической конструкции с такой же относительной шириной штырей (Δ/λ1=0,057) сопротивление излучения было бы примерно в 2,42 раза больше, чем в предложенном ВШП при ширине штырей 0,4λ14. Таким образом, наиболее интенсивная вторая гармоника подавлена в этой конструкции в 3,37 раза, а частотная характеристика является практически однополосной.

На фиг.10 показана разновидность конструкции ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники по четвертому варианту изобретения для случая более широких штырей с шириной, соответствующей середине второй области допустимых значений (0,96λp≤Δ≤1,50λp). Рабочей гармоникой для предложенного ВШП является сорок четвертая. Здесь периодический элемент также состоит из двух неодинаковых по протяженности и по числу штырей в секциях частей l1 и l2. Каждая часть содержит по две секции штырей 4, обладающих точечной симметрией относительно центра этой части, т.е. точки на оси ВШП в середине зазора между секциями этой части периодического элемента. Секции 5, 6 первой части содержат по три штыря, а секции 7, 8 второй части - по четыре штыря. За счет существенного увеличения потерь преобразования нерабочие гармоники сильно подавлены, при этом наиболее интенсивной нерабочей гармоникой является вторая гармоника, достаточно удаленная от рабочей сорок четвертой гармоники. Частотное разделение между ними составляет 95,45%. Второй нерабочей гармоникой, сравнимой по величине сопротивления излучения Ra с рабочей, является шестнадцатая гармоника, имеющая частотное разделение с рабочей гармоникой 63,6%. Сопротивление излучения на самой интенсивной нерабочей второй гармонике в 2 раза выше сопротивления на рабочей сорок четвертой гармонике, а относительная ширина штырей на этих гармониках отличается в 22 раза, т.к. 0,057λ2=1,25λ44. В классической конструкции с такой же относительной шириной штырей (Δ/λ1=0,057) сопротивление излучения более чем в 6 раз превышало бы сопротивление излучения в предложенном ВШП при ширине штырей 1,25λ44. Таким образом, наиболее интенсивная вторая гармоника подавлена в этой конструкции более чем в 3 раза. Другая, сравнимая с рабочей гармоникой по величине сопротивления излучения Ra, шестнадцатая нерабочая гармоника подавлена в 4,3 раза. Следовательно, несмотря на значительное подавление нерабочих гармоник, при использовании широких штырей из второй разрешенной области значений не удается на нерабочих гармониках получить потери преобразования большие, чем на рабочей гармонике из-за существенного снижения на последней сопротивления излучения (которое в 4,5 раза меньше по сравнению с классическим ВШП) при переходе во вторую область разрешенных значений ширины штырей. Однако, благодаря большому частотному разделению с ближайшими нерабочими низкочастотными гармониками, такие ВШП имеют существенные преимущества перед известными аналогами и прототипом.

На фиг.11 приведена конструкция ВШП с внутренней селекцией рабочей гармоники, содержащая в своем периодическом элементе комбинацию периодических элементов по двум вариантам изобретения - четвертому и пятому, примеры которых даны на фиг.8 и фиг.9. ВШП рассчитан на работу на частоте тридцать второй гармоники. Периодический элемент ВШП Λ образован двумя элементами Λ1 и Λ2, каждый из которых, в свою очередь, образован двумя неодинаковыми частями l1, l2 и l3, l4 соответственно. Из графика сопротивлений излучения Ra для возбуждаемых гармоник видно, что комбинация двух предложенных конструкций дает эффект, превышающий эффекты от их отдельного использования, а частотная характеристика является практически однополосной.

Необходимо отметить, что наряду со значительным подавлением даже самых интенсивных нерабочих гармоник частотное разделение их с рабочими гармониками во всех приведенных вариантах предлагаемой конструкции составляет от 63,6 до 85,7%.

Графики распределения смещений An частиц приповерхностного слоя звукопровода в акустической волне вдоль оси ВШП в фиксированный момент времени на частоте рабочей р-й гармоники наглядно показывают, что направления смещений под штырями строго соответствуют полярности штырей лишь на частоте рабочей пространственной гармоники. Подобное совпадение положения штырей с максимумами смещений частиц звукопровода соответствующей полярности имеет место только для рабочих гармоник при ширине штырей, соответствующей первой области разрешенных значений (Δ≤0,61λр) и соответствует строго синфазному сложению парциальных волн от всех штырей периода. Если положение штырей не соответствует максимумам смещений частиц приповерхностного слоя звукопровода в ПАВ (что имеет место на нерабочих гармониках), то происходит частичное (как в конструкциях фиг.5, 6) или значительное (как в случае фиг.7 и особенно фиг.8) взаимное ослабление парциальных волн, сопровождающееся в большей или меньшей мере ростом потерь на соответствующей нерабочей гармонике в зависимости от степени смещения штырей от их оптимального положения для ПАВ на частоте этой гармоники.

Зависимость распределенного сопротивления излучения Ra (которое пропорционально эффективности преобразования электрического сигнала в акустическую волну) от номера гармоники для всех этих ВШП изображена на чертежах в виде столбчатых диаграмм. Диаграммы наглядно показывают, что по мере увеличения относительной ширины штырей (нормируемой к длине ПАВ на частоте соответствующей гармоники), особенно при переходе от первой разрешенной области ширины штырей к следующей области эффективность возбуждения ПАВ, т.е. сопротивление акустического излучения Ra, уменьшается. Это уменьшение достигает 4,5 раз при переходе от ширины классического ВШП [1] (0,25λр) к середине второй разрешенной области (˜1,25λр) и 8 раз при переходе к середине третьей разрешенной области (˜2,25λр).

Из этих столбчатых диаграмм видно соотношение уровней рабочей и нерабочих гармоник для каждого варианта конструкции ВШП при относительной ширине штырей на частоте рабочей гармоники, равной 0,4 длины ее волны λр. Номер рабочей гармоники равен числу длин волн, укладывающемуся на длине одного периода ВШП Λ. В подавляющем большинстве случаев в спектре присутствует лишь одна нерабочая гармоника с амплитудой, сравнимой по величине с рабочей гармоникой (кроме варианта, показанного на фиг.10). Причем эти нерабочие гармоники отличаются по частоте от рабочей не менее, чем в 3-7 раз. При необходимости их дополнительного подавления, например, путем использования относительно низкодобротных резонансных согласующих цепей на частоте рабочей гармоники, добиться этого в предлагаемых конструкциях значительно проще из-за большого частотного разделения рабочей гармоники с нерабочими. Графики мгновенного распределения смещений частиц приповерхностного слоя звукопровода наглядно показывают, что в данных примерах расстояние между центрами однополярных штырей кратно целому числу длин волн на частоте рабочей гармоники (в частности равно одной длине волны между соседними штырями на фиг.5 - фиг.9, фиг.11 и равно трем длинам волн на фиг.10), а между центрами штырей противоположной полярности оно составляет нечетное число полуволн (полторы длины волны между соседними штырями на фиг.5 - фиг.9, фиг.11 и 3,5 длины волны на фиг.10). В приведенных на фиг.5 - фиг.9, фиг.11 конструкциях ширина штырей составляет 0,4λр, а в конструкции, показанной на фиг.10, она составляет 1,25λр, т.е. обеспечивается соответственно повышение рабочей частоты в 1,6 и в 5 раз по сравнению с классическим ВШП [1], работающим на первой гармонике.

В прототипе (фиг.4) относительная ширина штырей при работе на седьмой гармонике равна 0,4375λ7, что обеспечило повышение частоты в 1,75 раза при немного больших потерях преобразования, чем в приведенных в описании вариантах изобретения, где округленно взята ширина штырей 0,4λp. Но, при практически одинаковом повышении частоты, в прототипе не обеспечено подавление нерабочих низкочастотных гармоник 1-й, 3-й и 5-й, а сопротивление излучения Ra на них соответственно в 2,9, 2,49 и 1,77 раза выше, чем на рабочей седьмой гармонике. Частотное разделение с ближайшей 5-й гармоникой составляет 28,6%. Во всех вариантах изобретения обеспечено полное подавление ближайших нерабочих гармоник, минимальное частотное разделение в приведенных примерах - не менее 63,6%-85,7%, а наиболее интенсивные нерабочие гармоники, которых в большинстве предложенных вариантов не более одной, имеют потери большие или, по крайней мере, равные с рабочей гармоникой.

Встречно-штыревые преобразователи с внутренней селекцией рабочей гармоники во всех предлагаемых вариантах изобретения работают следующим образом.

Переменный электрический сигнал подается на электроды гребенчатой формы 2 и 3 ВШП. Знакопеременный заряд, наводимый при этом на штырях 4, вызывает упругие смещения частиц приповерхностного слоя звукопровода 1 относительно их положения равновесия. Смещения частиц вызывают на поверхности звукопровода упругие поверхностные волны, распространяющиеся в обе стороны от источника (заряженного штыря) вдоль оси ВШП. Парциальные волны от каждого из штырей складываются синфазно на частоте рабочей гармоники. Потери преобразования при этом минимальны. На частотах нерабочих гармоник парциальные волны взаимно гасят друг друга, что увеличивает потери преобразования на этих гармониках, особенно на нерабочих гармониках, расположенных вблизи рабочей гармоники. В результате этого в обе стороны от ВШП вдоль его оси распространяются поверхностные акустические волны только на частотах рабочей гармоники. Таким образом, предлагаемые ВШП обладают свойством внутренней селекции рабочей гармоники и имеют практически однополосные частотные характеристики преобразования.

Один из примеров практической реализации предлагаемого изобретения представляет собой конструкцию встречно-штыревого преобразователя с внутренней селекцией рабочей гармоники, и рассчитанного на рабочую частоту около 1260 МГц, топологический рисунок которого показан на фиг.8. На полированную грань звукопровода 1, выполненного в виде монокристаллической подложки термостабильного ST-среза пьезокварца термическим напылением в вакууме нанесен слой алюминия толщиной 0,02-0,03 мкм, из которого методом фотолитографии сформированы гребенчатые электроды 2 и 3 с шириной штырей 1 мкм (0,4λр) и шириной зазоров между соседними однополярными штырями в секциях -1,5 мкм (т.е. с расстоянием между их центрами λр), а между соседними разнополярными штырями - 2 мкм (т.е. расстоянием между их центрами 3λр/2). Первая часть периодического элемента состоит из трех секций 5, 6, 7, вторая часть - из секций 8, 9, 10. Каждая часть периодического элемента обладает зеркальной симметрией относительно середины своей центральной секции. Первая часть содержит две одинаковые секции 5 и 7 по два штыря в каждой, расположенные симметрично, относительно центральной для этой части секции 6, состоящей из одного штыря. Вторая часть также содержит две одинаковые секции 8 и 10 по три штыря в каждой, расположенные симметрично, относительно центральной секции 9 из четырех штырей. При таком взаимном расположении штырей рабочей гармоникой является восемнадцатая, а длина периодического элемента составляет 45 мкм. Как показывают расчеты, сопротивление излучения на наиболее интенсивной из нерабочих гармоник (четвертой) почти вдвое меньше сопротивления излучения рабочей гармоники, а частотное разделение между ними составляет 77,7%. Нерабочие гармоники в фильтре или линии задержки с двумя такими преобразователями подавлены на 6-7 дБ без применения каких-либо внешних частотоизбирательных элементов и могут быть дополнительно подавлены на 10 дБ и более при использовании обычного индуктивного согласования на частоте рабочей гармоники.

Использование изобретения не требует каких-либо новых технологических операций и лишь незначительно усложняет методику расчета ВШП. Особенно большой эффект изобретение дает в коротковолновой части дециметрового диапазона длин волн, где в случае классической конструкции вместо фотолитографии необходимо уже использовать более дорогостоящий и менее надежный в настоящее время метод электронолитографии. Использование изобретения позволит снизить трудоемкость изготовления и повысить технологичность конструкции и выход годной продукции при массовом производстве за счет большей ширины штырей и зазоров между ними.

Источники информации

1. White R.M., Voltmer F.W. Direct piezoelectric coupling to surface elastic waves, - Applied Phys. Lett., v.7, No.12, p.314-316, Dec., 1965.

2. Патент США №3803520, кл. 333-30R, опубл. 9.04.74.

3. Патент США №3870975, кл. 333.30R, опубл. 11.02.75.

4. Haydl W.H. Multiple-bandpass and narrow-bandpass surface waves filters, - 1973 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Pub. 73CH0807-8SU, 1973, Nov., p.460-463.

5. Горышник Л.Л., Кондратьев С.В. Возбуждение поверхностных электроакустических волн электродными преобразователями, - Радиотехника и электроника, 1974, т.19, №8, с.1719-1728.

6. Auld В., Kino G. Normal mode theory of acoustic waves and its application to interdigital transducer, - IEEE transactions on electron devices, 1971, vol. ED-18, No.10, p.898-908.

1. Преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, а периодический элемент встречно-штыревой структуры образован двумя соседними секциями, отличающийся тем, что секции содержат один или несколько штырей, число штырей в соседних секциях отличается, по крайней мере, на единицу, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр, или 0,96λp≤Δ≤1,50λp, или 2,09λp≤Δ≤2,37λp, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λp, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

2. Преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, отличающийся тем, что секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух одинаковых по протяженности частей, каждая из которых содержит 2n+1 секций, где n≥1, при этом топологический рисунок второй части образован путем переноса топологического рисунка первой части на полпериода периодического элемента вдоль оси встречно-штыревой структуры с последующим зеркальным отражением его в скользящей плоскости симметрии, проходящей через эту ось, причем число штырей в разнополярных секциях каждой части периодического элемента отличается, по крайней мере, на единицу, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λp, или 0,96λр≤Δ≤1,50λр, или 2,09λр≤Δ≤2,37λp, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

3. Преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, отличающийся тем, что секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух одинаковых по протяженности и числу штырей в секциях частей, каждая из которых содержит 2n+1 секций, где n≥1, причем секции обеих частей периодического элемента, расположенные вблизи его центра, обладают точечной симметрией относительно этого центра, а топологический рисунок остальных секций второй части периодического элемента повторяет топологический рисунок остальных секций первой его части, причем число штырей в соседних секциях каждой части периодического элемента отличается, по крайней мере, на единицу, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр, или 0,96λp≤λ≤1,50λp, или 2,09λр≤λ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

4. Преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, отличающийся тем, что секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух частей, каждая из которых содержит нечетное, не менее трех, число секций, причем число штырей в соседних секциях каждой части периодического элемента отличается, по крайней мере, на единицу, при этом каждая часть состоит из двух половин, зеркально симметричных относительно плоскости, проходящей через центр этой части перпендикулярно оси встречно-штыревой структуры, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр, или 0,96λр≤Δ≤1,50λр, или 2,09λр≤Δ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.

5. Преобразователь поверхностных акустических волн по п.4, отличающийся тем, что обе части периодического элемента выполнены одинаковыми по протяженности вдоль оси встречно-штыревой структуры.

6. Преобразователь поверхностных акустических волн, содержащий образованную двумя разнополярными электродами гребенчатой формы, размещенными на поверхности звукопровода, периодическую встречно-штыревую структуру, выполненную в виде чередующихся разнополярных секций, каждая из которых содержит штыри одинаковой полярности, отличающийся тем, что секции содержат один или несколько штырей, периодический элемент встречно-штыревой структуры состоит из двух частей, каждая из которых содержит четное число секций, причем общее число штырей одной части периодического элемента отличается от общего числа штырей другой его части, по крайней мере, на два, при этом каждая часть состоит из двух половин, имеющих точечную симметрию относительно центра этой части, ширина штырей Δ выбирается из интервалов Δ≤0,61λр, или 0,96λр≤Δ≤1,50λр, или 2,09λр≤Δ≤2,37λр, расстояния между центрами штырей одинаковой полярности кратны λр, расстояния между центрами штырей разной полярности составляют нечетное число полуволн λр/2, где λр - длина поверхностной акустической волны на частоте рабочей гармоники.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в акустоэлектронных устройствах для обработки сигналов на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве фильтра промежуточной частоты в бытовой электронике. .

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения механических величин - давления, деформаций, перемещений, и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов сложных технических систем топливоэнергетического комплекса, АЭС, автомобильного и железнодорожного транспорта и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано при передаче дискретной информации М-ичными шумоподобными сигналами, формируемыми на основе системы циклических сдвигов N-разрядной двоичной псевдослучайной последовательности.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в акустоэлектронных устройствах частотной и временной обработки сигналов на поверхностных акустических волнах.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в фильтрах промежуточных и несущих радиочастот для селекции сигналов в радиотелефонах, пейджерах, мобильных системах связи и т.д.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в фильтрах промежуточных и несущих радиочастот для селекции сигналов в радиотелефонах, пейджерах, мобильных системах связи и т.д.

Изобретение относится к идентификации объектов, преимущественно крупногабаритных, например контейнеров для пищевых продуктов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности, для контроля и слежения за перемещением грузовых, контейнерных и транспортных потоков в соответствии с данными о качественном состоянии и координатами мест захоронения в зависимости от степени радиационного заражения, а также для осуществления сторожевых систем, устройств паспортизации в большом диапазоне расстояний от объекта в условиях нормального и неблагоприятного воздействия внешней среды.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов систем связи и радиолокации. .

Изобретение относится к радиэлектронике. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации и охраны различных объектов

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах идентификации объектов

Изобретение относится к области электроники и может использоваться в качестве датчиков, резонаторов, фильтров, линий задержки, в генераторах. Достигаемый технический результат - уменьшение влияния установки структуры электродов на подложке на затухание, получение излучения поверхностной акустической волны с максимальной амплитудой. Преобразователь с «естественным» однонаправленным излучением поверхностных акустических волн (ПАВ) характеризуется тем, что встречно-штыревая структура электродов расположена на пьезоэлектрической кристаллической подложке, которая скомпонована со встречно-штыревыми преобразователями, которые состоят из коллекторов и зубцов, причем по меньшей мере два зубца образуют ячейку преобразователя, которая содержит по меньшей мере одну систему возбуждающих электродов для возбуждения электрической потенциальной волны и по меньшей мере одну систему отражающих электродов для отражения электрических потенциальных волн, зубцы установлены вертикально к направлению R, которое параллельно оси симметрии кристалла-подложки, и для направления R действует производная dv/dθ=0, где v - фазовая скорость поверхностной акустической волны и θ - угловое отклонение вертикали к направлению зубца от данного направления R. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к акустоэлектронике, а именно к преобразователям ПАВ, работающим на высших гармониках

Наверх