 |
Метод возбуждения и приема ПАВ с помощью ВШП
|
|
|
|
Линия задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (рис.2) является твердотельным функциональным устройством и представляет собой подложку из пьезоэлектрика 1, на поверхность которой методом фотолитографии наносятся системы токопроводящих элементов. Одна из таких систем – излучающий преобразователь ПАВ 2 – подключается к источнику входного сигнала, другая – приемный преобразователь ПАВ 3 – к нагрузке. Под действием высокочастотного электрического напряжения источника сигнала в зазорах между смежными электродами излучающего преобразователя возникает переменное электрическое поле, которое вследствие пьезоэффекта материала подложки вызывает механические колебания в ее поверхностном слое. Эти колебания распространяются в тонком приповерхностном слое подложки в направлениях, перпендикулярных электродам в виде поверхностных акустических волн. Между смежными электродами приемного преобразователя вследствие обратного пьезоэффекта механические колебания ПАВ обуславливают появление электрического напряжения, которое и является выходным сигналом. С целью устранения нежелательных отражений ПАВ от торцов подложки, а также с целью ослабления других типов акустических волн, которые могут быть возбуждены излучающим преобразователем ПАВ, все нерабочие грани и ее торцы покрываются специальным звукопоглощающим покрытием.
Схемы ультразвуковых линий задержки
Схема включения линий задержки на ПАВ, работающих "на проход".
Рис.3.
1 и 2 - преобразователи; 3 - звукопровод.
В зависимости от характера включения линий задержки на ПАВ могут работать “на проход” (рис.3) или “на отражение” (рис.4), причем во втором случае один и тот же преобразователь выполняет функции как излучателя, так и приемника ультразвука (УЗ).
|
|
|
Схема включения задержки на ПАВ, работающих "на отражение".
Рис.4.
Для электромеханического преобразования сигнала в линиях задержки на ПАВ используют в основном пьезоэлектрические, реже магнитострикционные преобразователи. Звукопроводом в линии задержки на ПАВ служит твердая среда, в которой упругие волны распространяются с относительно малыми потерями.
Схема линий задержки на ПАВ с преобразователями в виде эквидистантных (а) и неэквидистантных (б) решеток.
Рис.5.
Схема спиральной линии задержки на ПАВ
Рис.6.
Задержка таких линий задержки достигает 2000мкс на частотах 50 - 60 МГц. В дисковых линиях задержки на ПАВ (рис.7) увеличение акустического пути достигается многократной циркуляцией пучка вокруг замкнутой поверхности тонкого диска из монокристалла пьезоэлектрика.
Схема дисковой линии задержки на ПАВ.
Рис.7.
Расчетная часть
Исходные данные:
Возьмем материал LiTaO3.
- скорость распространения волны в LiTaO3 v = 3290 м/с
- t – время задержки ЛЗ на ПАВ, t = 20 мкс
- 
- частота подаваемого на линию задержки сигнала 7 МГц.
Время задержки 
между входным и выходным электрическими сигналами определяется по формуле:
,
где l - среднее расстояние между системами ВШП,
v - скорость распространения поверхностно-акустической волны.
Вычислим расстояние между ВШП:
l = t*v;
l = 3290*0.00002 = 0,0658 м
l = 65.8 мм
Рассчитаем шаг ВШП 
, определяемой следующим соотношением:
, где h - шаг ВШП
h = v/ = 3290/7000000 = 0,00047 м = 0.47 мм
Заключение
Всякое акустоэлектронное устройство состоит из простейших элементов - электроакустических преобразователей и звукопроводов. Кроме того, применяются отражатели, резонаторы, многополосковые электродные структуры, акустические волноводы, концентраторы энергии и фокусирующие устройства, а также активные, нелинейные и управляющие элементы. Для возбуждения и приема объемных волн в акустоэлектронике используются пьезоэлектрические преобразователи: пьезоэлектрические пластинки (на частотах до 100 МГц), пьезополупроводниковые преобразователи с запирающим или диффузионным слоем (в диапазоне частот 50-300 МГц), пленочные преобразователи (на частотах выше 100 МГц). Гиперзвуковые волны часто возбуждаются с поверхности пьезоэлектрического звукопровода, торец которого для этих целей помещают в зазор СВЧ-резонатора или замедляющую СВЧ-систему. Для возбуждения и приема ПАВ используются главным образом встречно-штыревые преобразователи, представляющие собой периодическую структуру металлических электродов, нанесенных на пьезоэлектрический кристалл. На основе перечисленных элементов создаются различные акустоэлектронные устройства.
|
|
|
Литература
1. Щука А.А. Функциональная электроника: Учебник для вузов: - М.: МИРЭА, 1998.
2. Викторов И.А. "Звуковые поверхностные волны в твердых телах", М., 1991.
3. "Поверхностные акустические волны". Под редакцией А. Олинера, Москва: Мир 1981.
4. Рычина, Т.А. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы / Т.А. РЫЧИНА, А.В. ЗЕЛЕНСКИЙ. – М.: РАДИО И СВЯЗЬ, 1989. – 352 С.
5. Свитенко, В.Н. Электрорадиоэлементы: курсовое проектирование: учебное пособие для вузов / В.Н. Свитенко. – М.: Высшая школа, 1987. – 207 с.
|
|
|
