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

 

3. 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. – 207с.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-08-04 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: