книги / Селективные акустоэлектронные устройства
..pdfРисЛ .П Алгоритм оптимизации ВШП
Ш
5а ( Л ‘ / 0 '[ 0 м - '
Рие.6.1 Частотные зависимости реальной (а) и мнимой (б) составляющих
входной проводимости ВШП
6а ,0 м '1
Р т Л Л . Зависимость реальной составляющей входной проводимости
ВШП от числа пар электродов
Я
Рио.ё.3. Зависимость параметра эквивалентной схемы |1 от числа пар электродов ВШ П
.6.2. Частотные характеристики однонаправленных преобразователей
Частотные характеристики ОНП определяются параметрами топологии,
свойствами материала пьезоэлектрического звукопровода и внешними целями. Эффективность ОНП выражается направленностью излучения Г1АВ /3 4 /
|
Hnp (f) |
|
|
|
(в.1) |
|
“МО = н°в (1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Н"р (f) , Н°в (1) |
- АЧХ ОНП в прямом и обратном направлениях, |
|
|||
соответственно. |
|
|
|
|
|
Учитывая реальную АЧХ ОНП можно выделить основные параметры: |
|||||
максимальная направленность излучения |
у т , направленность |
излучения |
при |
||
центральной частоте |
Yû минимальное |
затухание Вт1п |
и |
затухание |
при |
центральной частоте В0
ОНП с холосты м и секциями (рис.2.7). Ввиду отсутствия теории синтеза ОНП по заданным частотным характеристикам, оптимальную топологию возможно
построить с использованием модели анализа и активного эксперимента. В качестве независимых переменных выбраны геометрические размеры топологии:
координаты центров замкнутых Хи и разомкнутых XL холостых электродов, их
ширина 1и |
, lL , и тольщинэ металлизации h. На основе этого составлена матрица |
|
эксперимента 25 Учитывая, что необходимо' обеспечить условия |
ZL/Zg>1 и |
|
ZU /Z QCI, |
в качестве материала звукопровода ОНП выбран ниобат лития. |
|
Составлена структура устройства, содержащего исследуемый ОНП и
расположенные с боковых сторон широкополосные ВШП. Принято, что Rr = RH |
|
* 76 Ом, W = 4мм |
и число пар электродов ОНП Н = 20. Используя алгоритм |
(рис.5.9). выполнены |
расчеты. |
Предполагаем, что математическая модель будет выражаться в виде |
|
H |
= |
Вд+В, Х 1+Ва Xg+Bj х3+в4 Х4+Вв хб+в12х, х2+в1Эxtх3+ |
|
||||||||
|
|
+в14х, х4+в15 к, х,+в2Эх2 х,+в24 х2 х4+ви х2 xs+ |
(вл ) |
||||||||
|
+ ®34 * 3 Х 4+ ®Зв * 3 Х в+ В 45 Х 4 Х в |
|
|
|
|
||||||
где В - коэффициенты регрессии; X - независимые переменные. |
|
||||||||||
Приняв интервалы варьирования переменных Ig |
=(0,08-0,12) XQ |
X и « (0,14- |
|||||||||
0,16) Xg |
, |
lL |
= (0,13-0,17)Х0 |
,XL |
= (0,315-0,355)Х0 , h = (0,1-0,9)MKM, |
||||||
получены значения коэффициентов регрессии (таблица 6.1). Значения |
|||||||||||
дисперсий |
равны: |
Б2 |
(Y J |
= |
1,0619 |
, |
Sa(Yo) |
55 0,6253 , |
62(Bmlft) * |
||
0,001803 |
, |
|
82(В0) |
s |
0,01946 |
Для перехода в нормальный масштаб |
|||||
значения |
независимых переменных X |
в (6 2) заменяются на |
|
||||||||
|
|
|
|
|
х |
= 2 |
Х| ‘ |
х ‘° |
|
<®3> |
|
|
|
|
|
|
|
|
X lm*x* |
X lmln |
|
|
|
где X, |
Xl0 |
- текущее значение переменной и начальная точка |
|
||||||||
эксперимента, соответственно; Х|твж , Xkmln * максимальное и минимальное |
|||||||||||
значения |
независимых переменных. |
|
|
|
|
||||||
После обработки результатов активного эксперимента и проверки эначимогти
Переменные
Обозна |
Пара |
|||
чение |
метры |
|||
|
X, |
'u |
|
|
|
X2 |
Xu |
||
|
Хз |
|
'u |
|
|
x 4 |
|
|
|
|
X 3 |
|
h |
|
|
|
|
|
|
X 1X 2 |
c |
X |
||
|
c |
|||
Х Л |
' U |
' |
L |
|
X fX 4 |
' U |
X |
I |
|
Х |
Л |
'uh |
||
* |
Л |
X<À |
||
X 2X 4 |
X U X L |
|||
Х |
Л |
V » |
||
X 3X 4 |
' Л |
|
|
|
X 3X 5 |
'Lh |
|
||
|
|
|
||
* 4 * . |
XLh |
|
|
Р езул ьтаты расчета ОНИ |
|
|||
|
Соеффи- |
Значения коеффициенгоа регрессии |
|||
|
циенты |
Ут |
Уо |
В , |
Во |
|
регресии |
m in |
|||
|
|
|
|
|
|
|
в , |
0,7103 |
0.4381 |
*0.01094 |
-0,08062 |
|
|
|
|
|
|
|
В2 |
-0,2284 |
-0.3619 |
0.02156 |
-0.03437 |
|
|
|
|
|
|
|
В3 |
0,5234 |
0.4094 |
-0,02531 |
0,003126 |
|
|
|
|
|
|
|
В4 |
0.4022 |
0,2301 |
0.01406 |
-0.10120 |
|
|
|
|
|
|
|
В 5 |
0,1665 |
0,1962 |
-0,06718 |
-0.01375 |
|
|
|
|
|
|
|
В 12 |
-0.03094 |
-0.09562 |
0.00594 |
0.00062 |
|
|
|
|
|
|
|
В ,3 J |
-0.002812 |
-0.05562 |
-0.00469 |
-0.01187 |
|
0.00469 |
-0.00750 |
|||
|
В 14 |
0.002187 |
-0.0703 |
||
|
|
|
|
|
|
|
В,5 |
-0,04468 |
-0.0302 |
-0.00281 |
0.00125 |
|
|
|
0.00406 |
0.01687 |
|
|
В23 |
-0.004062 |
-0,0206 |
||
|
|
|
-0.00156- |
-0.00750 |
|
|
В24 |
0.008437 |
-0,0204 |
||
|
|
|
0.00219 |
0.00125 |
|
|
В23 |
-0.02218 |
-0.03125 |
||
|
|
|
0.00156 |
-0.00750 |
|
|
В34 |
0.03906 |
-0.00875 |
||
|
|
|
-0,00719 |
-0.00750 |
|
|
В33 |
0.05093 |
0.060 |
||
|
|
|
-0.00156 |
0,00687 |
|
. |
В43 |
-0.02781 |
-0.01187 |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
8.1828 |
7.755 |
-27,180 |
-27.561 |
В„ |
|
|
|
коэффициентов регрессии получено /6 3 / |
|
|
|
X |
I |
X |
|
Т „ = -9,44+35,51 - ^ . 2 2 ,8 4 - ^ + 2 5 ,1 7 -^ - + « ° ,2 2 T Ç * |
+1>005h |
||
I |
X |
| |
XL |
Y0* 0,203+21,9 |
-35,19 |
+20,17 -^ - + 2 3 |
+°.4Wl |
Вт,П=-27,1-0,545 |
+2,155 - J j - -1,255 |
+1,4 |
|
I |
X 4 |
I |
|
B „ * -23,37-4,03 - г - |
-3 .4 4 "JT* |
-10,1-ÿ- |
|
AQ |
o |
o |
|
ОбйоружеНо смещение частой Минимального затухания в область более^
низких 4actot до 1,86% и колебание частоты, при |
которой достижеется • |
максимальная направленность, • пределах |
Влияние координат*- |
центров холостых алектродоа на направленность излучения ОНИ при фиксированных
значениях Ик ширины показано на рис.6.4, 8.5. Получены следующие интервалы
изменения Вносимого затухания: й0 в -(tr,l..l8 ,fe ) Йё, ё т1(1 « ДБ.
0) |
0,1 |
0,125 |
0,15 |
0,175 |
0,1 |
U , $ B
8 )
Рйо.84. Зависимость напрааленностииэлучения от координаты
замкнутых электродов: а - максимальная направленность; б - направленность п; и центральной частоте
t m . p
h >96
XL
Г0
ô)
РнсЛЛ. Зависимость направленности излучения от координаты
разомкнутых электродов: а - максимальная направленность; б * направленность при центральной частоте
ё качестве критерия эффективности ОНП из перечисленных параметров Выбрана направленность при центральной Частоте, исходя из чего определены оптимальные значения координат цейтров холостых электродов:
у - - 0,125...0,15 й |
у 1- a M is -0,35. |
Л 0 |
Л 0 |
Влияние взаимного |
расположения холостых электродовнэ направленность |
Излучений показана на рис.6.6, что noAtBep«Aaet указанные значения. Исходя из
технологических огрэниченийопределены приемлемые значения координат центров
холостых электродов х
—Д - 0.15. Ао
4
V
Рис.6.6. Зависимость направленности излучения ОНП
от взаимного расположе шя холостых электродов:
• * при систематическом смещении; б * при симметричном смещении
При этом получено В0 = *(27,22...29,07) дБ и BmJ|1 = (27,14...28,23) дБ. По результатам пропеденных исследований и с учетам технологических ограничений
выбраны следующие значения ширины холостых электродов: |
| |
| |
0.16/64/ |
у ~ |
= 0.1, - i - - |
|
Л 0 |
|
k
Рис 6.7. Зависимость направленности излучении
от ширины холостых электродов
При выбранных значениях геометрических размеров топопоши ОНП исследованы зависимости параметров от толщины металлиэациии и числа пар электродов. С увеличением толщины алюминиевой пленки в пределах 0,001.1
мкм получен следующий интервал изменения направленности излучения: у 0 *
(7,04-0,58) дБ, Изменение числа пар электродов ОНП от 1 до 60 соответствует параметрам у 0 = (0,5-12,75) дБ, у т ■ (0,5.J26,93) дБ. Следовательно,
изменение толщины металлизации имеет незначительное влияние на
направленность из лучения ввиду того, что изменение акустического импеданса
основано на закорачивании пьезоэффекта и регенерации ПАВ.
На рис.6.8 показаны расчетные АЧХ ОНП при рациональных значениях геометрических размеров топологии. Экспериментальные АЧХ представлены на рис.6.9, а сравнение основных параметров - в таблице 6.2 /63,65/.
* i!h fi
РиоАЛ, Расчетные АЧХ ОНП а прямом (I) и обратом (2) 1мг,р*.г.п*’ни'1<
r n . f i
|
|
s;m |
|
|
PifoA.9. Экспериментальные АЧХ ОНП в прямом |
|
|
|
(1) и обратном (2) |
направлениях |
|
И з полученных результатов следует, |
что АЧХ ОНП близка |
к elm t/* 9 |
|
совпадение расчетных и экспериментальных параметров не хуже |
115%. |
||
ОНП с |
а кусти че ски м и неоднородностям и (рис.2.8) является дальнейшим |
||
развитием |
конструкции преобразователя |
с холостыми электродами, которые |
|