книги / Селективные акустоэлектронные устройства
..pdf___________ _________________________________ п
! |
| |
№ 05 |
|
|
|
|
|
I |
|
I |
|
|
|
|
|
1 |
|
/ r t f |
г ^ |
_____ |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
{ |
|
Ï |
нет |
да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
! |
Il Т Ш А 1 |
| |
1 |
ГАШ2 |
|| |
||
1 |
|
|
|
||||
1 |
— |
k |
|
|
|
|
|
|
Ркчст [А/1] |
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
* |
|
|
|
|
|
|
ТАШ |
|
|
|
|
||
ï |
|
I |
|
|
|
||
ï |
_________ к________ _ |
|
|
|
|||
i |
|
|
|
||||
1 |
Расчет матрицы |
|
|
|
|
||
1 |
|
Экрана |
|
|
|
|
|
i i |
|
|
|
|
|
|
|
и ---------------------------- |
|
* |
------------------------------------ |
|
|
1 |
|
CRLR
i
II 1
Расчет [ AF] Расчет KU(NF)
г |
* |
1 |
|
tfP-NS*l |
/Ьсчет FAZ(ffF) |
|
1*1+1 |
|
Продолжение pnoJA .
ф
/ щ |
ъ , FA l(F) / |
|
' |
h--------- |
^ |
Ç |
Конец |
|
Продолжение (M C .SA
|
Таблица 5.3 |
|
Подпрограммы анализа РФ |
Обозначение |
Наименование и назначение подпрограммы |
SB4C06 |
Расчет постоянных затухания на свобойдной |
|
поверхности эауколровода и в акустических |
|
неоднородностях. Расчет акустического импе |
|
данса и реактивной проводимости |
GARB |
Расчет матрицы реактивной проводимости ОР |
|
и ОРС |
BULK |
Расчет матрицы потерь на генерацию обьемных |
|
волн в ОР и ОРС |
ТАНКА |
Расчет матрицы передачи OP-ВШП, ВШП-экран, |
|
ВШПЮРС. ОРС-ОРС |
GARJU |
Расчет матрицы передачи полости ОР, ОРС. |
|
экрана |
QARTA |
Расчет матрицы передачи промежутка ОР и |
|
ОРС |
MATH |
Перемножение двух матриц одинаковой |
|
размерности |
КЕГГВ |
9 Расчет матрицы передачи реактивной прово |
|
димости на электродах ВШП |
КЕГГА |
Расчет матрицы передачи промежутков ВШП |
KBTBU |
Расчет матрицы потерь на генерацию обьемных |
|
волн в ВШП |
KEITEL |
Расчет матрицы передачи активных секций |
|
ВШП |
8UDQR |
Расчет матрицы передачи согласующей цели |
CflLR |
Расчет матрицы передачи элементов связи |
UNB |
Массив данных ниобата лития XZ-среэа |
QUAHZ |
Массив данных пьезокварца БТ-среэа |
матрицы потерь на генерацию обьемных волн [ABBU], матрицы передачи: реактивной проводимости [АВВ]. промежутков ВШП [А ТА ], электродов [AEL]. На ^основе полученных матриц определяется матрица передачи ВШП [АКЕГГ], которая далее преобразуется в матрицы входного [AKIN] и выходного [A K I8]
ВШП размерностью 2x2.
Производится проверка числа резонаторов в группе NGR(I). Если NGR(I)*1 проверяется есть ли экран в промежутке между ВШП. Если экрана нет, то по
подпрограмме Т А К А рассчитывается матрица [АТС ] промежутка ВШП-ВШП.
Если экран есть, по подпрограмме ТАКА рассчитывается матрица передачи
промежутка ВШП-экран [А Т ], по подпрограмме GARJU - матрица экрана [AN].
После перемножения матриц получаем матрицу передачи промежутка ВШП-
• ВШП с экраном [АТС ] (блок III). Если |
NGR(I) > 1 (блок IV), то означает, |
что связь между первым NP и последним |
NG резонаторами группы |
акустическая. Тогда рассчитываются матрицы передачи ОРС с числом элементов NN(J,J+1) для каждого резонатора и матрицы передачи
промежутков ВШП-ОРС, ОРС-ОРС, ВШП-ВШП. Такие расчеты проводятся для
каждой группы акустически связанных резонаторов.
Если связь между резонаторами электрическая, то матрицы передачи каждой группы резонаторов или отдельного резонатора перемножаются с матрицей передачи элементов связи [ACL]. В результате этого полученная матрица передачи фильтра [A F] перемножается с матрицей согласующей цели со стороны
нагрузки [ A6UD ].
На основе полученной матрицы определяется АЧХ и ФЧХ РФ на одной
частоте. Расчеты повторяются в заданном диапазоне частот.
Вывод данных анализа можно произвести на разные носители информации: АЦПУ, в файл на магнитном диске, на перфоленту.
5.3. А лгори тм ы расчета преобразователей
Преобразователи ПАВ сложной конструкции, элементы которого работают на основе эффектов различной физической природы, предложено исследовать путем численного моделирования, а оптимальную топологию выбрать, используя теорию планирования эксперимента /6 0 /. Такой подход использован для
исследования однонаправленного преобразователя с холостыми секциями.
Методика численного исследования включает этапы синтеза и анализа топологии
преобразователя.
На этапе синтеза по совокупности исходные данных моделируется топологии и определяются основные параметры: эффективная скорость распространения ПАВ и изменение акустического импеданса под отдельными элементами.
Учитывая эффекты закорачивания льезоэффекта, нагрузки массой и реактивного накопления энергии на краях акусти ских неоднородностей, эффективную
скорость распространения ПАВ можно описать на основе (5.8Н5.11) и с учетом /6 0 /
(М1)
где Um - коэффициент заполнения топологии.
Акустические импедансы под активными электродами ZE , разомкнутым ZL
и замкнутым Zy |
холостыми электродами определяются по выражениям |
|
|
|
= |
Z o [ 1 + D. e + |
|
« |
Z ^ Z |
o f l + D ^ + O , , , ! . ] |
{SA2) |
2и * Zo [ 1 + Di u + 0 « "T C j]
где DZEVD2Lt02uкоэффициенты, учитывающие изменение акустического
импеданса в результате закорачивания пьезоэффекта проводящей пленкой
под активными электродами, разомкнутыми и замкнутыми холостыми электродами, соответственно: DZM * коэффициент, учитывающий изменение акустического импеданса в результате нагрузки массой.
На основе исходных данных с учетом (5.41) и (5.42), и приблизительного
топологического рисунка можно синтезировать топологию преобразователя, а выбрать оптимальный вариант возможно, используя модель анализа. Основным
критерием оценки топологии является АЧХ преобразователя, которая в общем
случае равна
Н * Н(1, Хи, XL, lu> lL, h, w, N, м атериал, R r, RM) , |
(6.43) |
где Хи, XL ly, IL - координата центра и ширина замкнутых и разомкнутых холостых электродов соответственно,
Для получения АЧХ преобразователя и определения основных ее параметров
исследована структура, содержащая тестовые широкополосные ВШП, размещенные с боковых сторон ОНП. Такая конструкция имеет преимущество в отношении
экспериментальной проверки. Учитывая сложность (5.43), выбор параметров АЧХ и определение их зависимости от параметров топологии проведена методом
активного эксперимента. Алгоритм исследования ОНП представлен на рис.5.9 /
60/, а основные подпрограммы перечислены в таблице 5.4.
ВШП с электродами сложной конструкции отличаются наличием участков с различными значениями скорости распространения ПАВ и акустического
импеданса. В общем случае, если электрод в поперечном сечении содержит
К 1 2 ,_ р участков различной толщины h,, скорость распространения ПАВ и импеданс определяются по выражениям
v ' * ф |
' " т - * С“ Т 7 * с » [ т У ' ] |
(6 М ) |
|
* г “ |
< м ч |
где Z141 значение акустического импеданса дополнительной неоднородности, размещенной под 1-ым участком электрода.
Эффективная скорость распространения ПАВ в ВШП равна
|
Таблица 5.4 |
|
Подпрограммы исследования ОНП |
Обозначение |
Наименование и назначение подпрограммы |
М Ш Т |
Расчет матрицы ВШП |
MASR |
Расчет коэффициента трансформации в схеме |
|
Мэзона и погонной емкости электродов |
F1CQ> |
Расчет коэффициента трансформации и ем |
|
кости пары электродов |
UNITMA |
Образование единичной матрицы комплекс |
|
ных переменных |
(Ni |
Присваивание значений матрицам |
МАВК |
Расчет матрицы передачи активного элект |
|
рода |
МАВТ |
Расчет матрицы передачи промежутка меж |
|
ду электродами |
MABL |
Расчет матрицы передачи холостого разом |
|
кнутого электрода |
MABU |
Расчет матрицы передачи холостого замк |
|
нутого электрода |
MABULK |
Расчет матрицы цепи, учитывающей потери |
|
на генерацию обьемных волн |
МАВО |
Расчет матрицы передачи реактивной про |
|
водимости |
MULTI |
Перемножение двух матриц |
ELIPS |
Расчет полных эллиптических интегралов |
|
первого рода |
TRIGON |
Расчет гиперболических функций |
FILT |
Расчет коэффициента передачи |
TEST |
Расчет матрицы передачи тестового ВШП |
SECÛ5 |
Расчет матрицы передачи секции ВШП |
V3«.= *й------------------------------- |
(6.40) |
n-1
где Mm, - коэффициент заполнения.
Алголритм исследования ВШП представлен на рис.5.10. Расчет включает
этап синтеза топологии ВШП по заданной совокупности исходных данных и ее анализ. Изменяя сменные блоки (рис.5.10) можно провести анализ желаемой
конструкции ВШП. В построении алгоритма использовано ряд подпрограмм, перечисленных в табл.5.4.
Задача оптимизации ВШП на базе функций окна описана в разделе 4.4, Процедура расчета включает выбор функции окна, длины ВШП с целью
удовлетворения предьявляемых требований и обеспечения электрических
характеристик в условиях производства. На рис.5.11 показан алгоритм /6 1 /,
позволяющий по массиву параметров функций окна W (n) и исходным данным
выбрать оптимальное окно и определить максимально допустимые значения технологических погрешностей и дефектов топологии ВШП.
ГЛАВА 6. ХАРАКТЕРИСТИКИ АКУСТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
6.1 И сследование ВШП о расщ епленны м и электродам и
На основе выражений (2.23), (2.36Н2.40) и алгоритма (рис.5.10) проведены
исследования ВШП на эвукопроводэх из ниобата лития и пьезокварца. В модели
ВШП учтены потери на распространение ПАВ, рассогласование акустических
импедансов и реактивное накопление ~чергии на краях электродов. Частотные
зависимости реальной и мнимой составляющих входной проводимости ВШП,
рассчитанные согласно (2.40). приведены на рис.6.1. С увеличением коэффициента
р от 0 до I значения составляющих проводимости уменьшаются. Для сравнения
приведены кривые G‘ê (f) и (В, (f)+2JtfCTr /6 2 /.
Следовательно, в указанном интервале значений р имеется такое значение, которое удовлетворяет (2.39).
Зависимости реальной составляющей проводимости от числа пар электродов
ВШП и значения р приведены на рис.6.2. Анологичные результаты получены и в случае пьезокварца. На основе рис.6.1, 6.2 и с учетом (2.39) установлена
зависимость коэффициента р от число пар электродов ВШП (рис.6.3). При этом
зависимость р (рис.6.3) для ниобата лития и пьезокварца совпадает, что
позволяет утверждать об универсальности выбранного коэффициента, пригодного
для любых пьезоэлектрических материалов и отражающего реальное распределение
электрического поля в ВШП.
___ 1____
Расчет [А 0* ]
I ~ I Расчет^As
I |
I |
^ |
Перемножение гматриц
нет
Ь_____
Fbc4tm [ l ]
-----------4
Расчет tE t t n
Расчет[A cJ,[A en]
Рис.6.10. Алгоритм анализа ВШП; a - основной алгоритм; б. в - сменные блоки расчета матриц передачи ВШП и секции