Реферат: Проектирование и конструирование фильтров на поверхностных акустических волнах

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

“Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники”

кафедра ЭВС

РЕФЕРАТ

На тему:

"ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ"

МИНСК, 2008

Согласование преобразователей. При проектировании и конструировании фильтров на ПАВ необходимо решить ряд вопросов: согласование входной и выходной цепей с акустической частью, учет влияния погрешностей изготовления на характеристики фильтра, учет вторичных эффектов, выбор материалов звукопровода, штырей и корпусов и др.

Выше работа фильтра на ПАВ идеализировалась. Считали, что энергия, поступающая из внешней цепи, без потерь превращается в энергию электрического поля штырей преобразователя, которая, в свою очередь, переходит в энергию акустической волны. Затем энергия акустической волны вновь переходит в энергию электрического поля, которая превращается в энергию сигнала, действующего на выходе фильтра. Для того чтобы эти преобразования происходили без отражений и значительных потерь энергии, необходимо выполнить согласование.

Для сигнала, поступающего из внешней цепи, преобразователь представляет последовательное соединение емкости преобразователя Cпр и сопротивления (сопротивление излучения) Rа(ω0). Эквивалентная схема приведена не рис.1. Существует вариант эквивалентной схемы параллельного соединения емкости и сопротивления. Ограничимся последовательным соединением.

Особенно важно согласование внешней цепи и преобразователя для случая, когда входной сигнал поступает по высокочастотному кабелю, волновое сопротивление которого обычно находится в пределах 50…300 Ом. При отсутствии согласования энергия будет отражаться от перехода кабель ― преобразователь. Для устранения этого необходимо исключить влияние емкости, для чего следует использовать компенсирующую индуктивность Lк и обеспечить такое соотношение между активным сопротивлением излучения Rа(ω0) и волновым сопротивлением кабеля ρк, когда

где ω0 ― частота квазирезонанса.

ρк= Rа(ω0),

(1)

Расчет компенсирующей индуктивности Lк проводится по формуле

Lк = 1/(Cпр ω02).

(2)

Рис.1.

Емкость преобразователя на единицу длины каждой пары штырей (пФ/см) может быть найдена как емкость двух плоских проводников шириной а, находящихся друг от друга на расстоянии h, по приближенной формуле

С1=(ε + 1) 0,09 lg [1 + 2a/h + a2/h2],

(3)

где ε ― диэлектрическая проницаемость материала подложки; а ― ширина штыря; h ― расстояние между штырями. Емкость пары штырей будет равна C1W, где W ― апертура (см. Рис.6.23). Емкость преобразователя

Спр= C1WN,

(4)

где N ― количество пар штырей.

Для расчета емкости и компенсирующей индуктивности нужно знать W и N. Апертура W определяется из условий согласования ρк и Rа(ω0). Активное сопротивление Rа(ω0) отражает потери в электрической цепи из-за излучения и распространения по звукопроводу акустической энергии. Сопротивление Rа(ω0) определяется выражением

Rа(ω0) =4kм2 / (πω0C1W),

(5)

где kм ― коэффициент электромеханической связи.

Для обеспечения согласования ρк=Rа(ω0) необходимо варьировать значением апертуры W, так как частота ω0 задается при расчете фильтра, емкость C1 определяется топологией преобразователя, коэффициент kм ― выбранным материалом.

Из (5) определим значение апертуры при согласовании ρк и Rа(ω0), т.е. при согласовании параметров входной электрической цепи и электрических параметров преобразователя:

Wсогл=4kм2 / (πω0C1 ρк).

(6)

Однако, определяя Wсогл из условия согласования, следует иметь в виду, что апертура W определяется и рядом других факторов, а именно работой фильтра в первой зоне Френеля. Для этого требуется, чтобы

W ≥ √lзλпов.

(7)

Согласование излучателя и акустического канала, по которому распространяется акустическая волна, определяется из условия равенства добротности акустического канала Qа и добротности электрического излучателя Qэ. поскольку полоса ∆fп=f0/N и связь ∆fп и f0 определяется добротностью Qа, то

Qа=N.

(8)

Добротность Qэ зависит от сопротивления излучения и реактивного сопротивления, определяемого емкостью преобразователя:

Qэ=1/ ω0C1WNRа(ω0) =π/4kм2 N.

(9)

Согласование излучателя и акустического канала будет при равенстве Qа= Qэ. При этом N= Nопт. Тогда оптимальное количество пар штырей

Nопт =√π/4kм2.

(10)

Следовательно, для тех случаев, когда важны минимальные потери энергии, число штырей приходится выбирать из соображений согласования. Для наиболее характерных материалов звукопровода Nопт составляет от 5 до 20, т.е. полоса частот, достигаемая при максимальном согласовании, составляет от 5 до 20% несущей частоты. Если фильтр используется в УПЧ, то строгое согласование необязательно и количество штырей можно выбирать исходя из требования к полосе частот.

Влияние погрешностей изготовления преобразователей и нестабильности характеристик материалов на уменьшение выходного сопротивления. Все вышеуказанные зависимости справедливы при определенных допущениях, а именно в предположении, что все размеры фильтра выполнены с высокой точностью и согласованы со скоростью распространения поверхностной волны. При конструировании требуется, чтобы обязательно учитывалось влияние этих отклонений на работу фильтра.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--