Линии задержки на ПАВ (стр. 2 из 2)

v - скорость распространения поверхностно-акустической волны.

Максимальное акустоэлектрическое взаимодействие систем ВШП имеет место при характеристической частоте

, определяемой следующим соотношением:

, где h - шаг ВШП.

Физика ПАВ.

Поверхностные акустические волны (ПАВ), упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной поверхности твердого тела или вдоль границы твердого тела с другими средами и затухающие при удалении от границ. ПАВ бывают двух типов: с вертикальной поляризацией, у которых вектор колебательного смещения частиц среды расположен в плоскости, перпендикулярной к границе (вертикальная плоскость), и с горизонтальной поляризацией, у которых вектор смещения частиц среды параллелен границе и перпендикулярен направлению распространения волны. Простейшим и наиболее часто встречающимся на практике ПАВ с вертикальной поляризацией являются Рэлея волны, распространяющиеся вдоль границе твердого тела с вакуумом или достаточно разряженной газовой средой. Фазовая скорость волн Рэлея c_R=0,9 c_t ;где c_t – фазовая скорость плоской поперечной волны. В простом случае изотропного твердого тела эта

волна содержит продольную и поперечную компоненты, сдвинутые по фазе на p/2 и лежащие

в плоскости, определяемой волновым вектором и нормалью к поверхности. Таким образом, в общем

Ширина электродов и промежутков между ними в направлении распространения ПАВ обычно равна l/4, где l - длина ПАВ. Толщина электродов обычно не превышает 0.1 - 0.2 мкм.

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.

Схема включения линий задержки на ПАВ, работающих "на проход".

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".

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.

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.

- скорость распространения волны в LiTaO₃v= 3290 м/с

где l - среднее расстояние между системами ВШП,

v - скорость распространения поверхностно-акустической волны.

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.

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. – 207с.