Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия), страница 15

Преимуп<ества поверхиостпых акустич. волн — ПАВ (см. Поверхностные волны) — Малые пОтЕ- ры па преобразование при их возбуждеыии и приеме (коафф. преобраа<>ваыпя можио получить блпакпм к 100е>е ), доступность волнового фропта, что АКИСТОПЛИКТРОИИКА поаволяет снимать сигнал и управлять распростраыеннем волнм в любых точках авукопровода, а также управлпть характеристиками устройств; поэтому большинство устройств выполняется иа ПАВ. Общие параметры устройств Ал рабочая частота А полоса частот А), полные вносимые потери В и время обработки сигнала т.

Значения 1 и А( определяются характеристиками электроакустического преобразователя, т — разыерами звукопровода и скоростью авука, а  — потерями на двойное преобрааование и поглощением авука. Величина В определяется в дБ из соотношения: 20 =20)д (П х!ьГзых), где () „и П напряжения на входном и выходйом преобразователях. Важным параметром устройств А. является информационная еыкость, определяемая как злй где 1 — время задержки сигнала.

По фнзич. принципам, лежащим в основе работы акустоэлектронных устройств, их ползло рааделить на пассивные линейные устройства, в к-рых проиаводится линейное преобразование сигнала (линии задержки, фильтры и др.), активные линейнме устройства (усилители сигналов) и нелинейные устройства, где происходит генерация, модулация, перемножение и др. преобрааования сигыалов.

Наиболее распространены и давно применяются пассивнме устройства. Элементы акустоэлектроники. Как отдельные устройства обработки сигнальной иыфорыации, так и большие многоканальные и многофункциональные системы создаются из отдельных элементов. Основные элементы акустоэлектрониых устройств — электро- акустические преобразователи и авукопроводы. Кроме того, приыеняются отражатели, резонаторы, многополосковые электродные структуры, акустич. волноводы, коыцентраторы энергии и фокусирующие устройства, а также активные элеыенты, ыелинейные и управляющие элементы.

Для возбуждения и приеыа объемных волн в А. в основном используются пьезоэлектрическое преобрезоэатзли.' пьезоэлектрич. пластинки (на частотах до 100 МГц), пьезополупрозодникозые преобразователи (диффузионные илп с аапирающим слоем, в диапазоне частот 50 — ЗОО МГц), пленочные преоброэозатези (на частотах выше ЗОО МГц). Гиперзвуковые волны часто возбуждаются с поверхности пьеаоэлектрич. авукопровода, торец к-рого для этих целей помещают в зааор СВЧ-резонатора или в СВЧ ааыедляющую систему (см. Гипзрэзук). Для возбуждения и приема ПАВ используются гл. обр. встречно-штыревые преобразователи (рис.

1, о), представ- Ркс. 1. Пленеятм аптстозлептропикп: о — эстречяо-штмрееоа преобраэоеатель ПАВ; б — металлическая отражающая решетка; з — система отражающих канаооп. ллюп1ие собой периодич. структуру металлич. электродов, нанесенных на пьезоэлектрич.

кристалл. В качестве звукопроаодов для устройств А. применяются искусственно выращиваемые монокристаллы диалектриков, пьезоэлектриков, полупроводников, в аависимостп от назначения и характеристик устройства. В большинстве случаев — ато пьеэоэлектрич. ыопокристаллы кварца, ниобата лития, германата висыута, отличающиеся хорошими пьезоэлектрич. свойствами и высокой акустич. добротностью. Для изменения направления распространения акустич. пучка, что необходимо для увеличения вреыеии аадержки сигнала, в УЗ-вых линиях задержки и других устройствах применяются отражатоли.

В случае объемных волн — зто хорошо отполированные свободные плоские поверхности монокристаллич, авукопровода, в случае ПА — решетки с периодом Й из металлич. или диэлектрич, полосок или канавок в звукопроводе (рис. 1, б, з), установленные перпендикулярно или наклонно к падающей волне. Интерференция ПАВ от большого числа отражателей позволяет получить высокий коэфф. отРаизенил К р в Уакой полосе частот. Так, прп 100 полосках К достигает 98% в узкой полосе с цейт- ральной частотой уо =- с 12д, гдз о„ вЂ” скорость ПАВ. Отражение объеззиых акустич.

волН от граней кристаллов позволяет со- АКУСТОЭЛВКТРОИИКА вдавать пьезокристаллич. монолитные или пленочные реаонаторы. Наиболее широко используются кварцевые резонаторы в диапазоне частот 0,5— 30 МГц. При качественном изготовлении и вакуумировании резоиа- Рно. Э. Резонансная структура на ПАВ с одним нреобразоеателем: г — преобразователь; х— система отражателей <металзнческне элек- троны нан канавки). торов их добротность достигает 5 10'.

Напылением тонких эпитаксиальных пьезоэлектрич. пленок С08, ХВО или А1Х иа дизлектрич. подпои<ни создают резонаторы иа частоты до 10 ГГц. Системы отражателей для ПАВ поаволяют соадавать реаонаторы с добротностью до 10<, низкими вносимыми потерями (- 5 дБ) в диапазоне частот 30 — 1000 МГц. В этом случне мюкду отражателями 2 (рис. 2) соадается стоячая поверхностная волна, к-рая возбу)вдается и принимается преобразователеы 1. Добротность та- Рэс.

3. многозаектроаные структуры нля ПАВ: о — направленный отеетентель; б — отражатель; ) — входная преабразоеетелзе з — еыхонной преобразователь', 3 — многоэлектрааная структура, перееоляжан волну нэ канала г е канал П; з— мног<жзектролная структура-отражатель. кого резонатора определяется коэфф. отражения ПАВ от отражателей и ее поглощением в звукопроводе. Разновидностью отражателей для ПАВ являются ыиогополосковые влектродиые структуры (МЭС), состоящие иа однородной незамкнутой периоднч. системы металлич.

полосок (рис. 3), расположенных перпендикулярно направлению распространения ПАВ. В МЭС падающая волна зани- мает лишь половину их апертуры (канал 1). При достаточной длине МЭС это приводит к тому, что волна, распространяющаясн в нанале 1, возбу)кдает свнзаиную с ней ыоду колебаний в канале П, чем достигается направленное ответвление волны. МЭС поаволяют создавать направленные ответвитоли ПАВ, расширить н сжимать пучки ПАВ, изменять траектории пучков, создавать эффективные отражатели ПАВ, одгюиаправлеииые преобрааователи и т. д. Частпыы случаем звуконроводов являются акустические волноводы, по к-рым вюжет распространятьсн не только волна пулевой моды, т.

е. с равномерным распределением амплитуды по сечению, ио и другие моды а б в Рнс. З. Тяпы акустических воаноэоаое Вля ПАВ: о — выступ; б — нанаэка; в— металлическая пленка. колебаний. Акустич. волноводы иа объемных волнах представлнют собой полоски, ленты или проволоку, в к-рых воабуждаются определенные нормальные золян. Такие волиоводы слун<ат в качестве линий задержки ва болыпие вромеиа илн в качестве дисперсиоиных линий аадер>ккн, если волноводы возбуждаются иа иодах, обладающих заметной дисперсией. В случае ПАВ волноводы представляют собой металлич. илк дпэлектрич. полоски (рис.

4) определанных раамеров и сечения. Волноводы служат для канализации энергии ПАВ, изменения их направления распространения, увеличения времени задержки и т. д. К о и ц е в т р а т о р ы — авукопроводы переменного сечения, к-рые служат для увеличенян плотности энергии УЗ-вых волн и длн анода энергии в акустич. волководы. Для ПА — это металлич. кли диалектрич, полоска переыенного сечения (рис. 5). В качестве активных алев< е и т о в А. обычно используются пьезополупроводннковые монокристаллы, пьеаополупроводннковые пленки илн слоистые структуры: пьезо- АКУСТОЭЛВКТРОНИКА фильтры иаходят широкое примеиеиие в рааличиых системах свяаи от радиовещания и телевидения до космич, связи, радиолокации и др.

Оки используются для отфильтровываиия лежелательиых сигналов, поступающих в устройство, для ивтегрироваиия (иакапливаиия) сигнала с определенными характеристиками, для измекеиия частотного спектра сигнала. Фильтры иа ПАВ отличаются простотой устройства, техиологичиостью, воспроизводиыостью характеристик, воаможиостью массового проиаводства. Двумериость поверхиостиых волн позволяет создавать фильтры с довольно сложныыи частотимыи характеристиками, что достигается подбором размеров и геометрии преобразователей.

Типичные впутреяцие потери в пределах полосы пропускаиия для фильтров па ПАВ— дБ и доли дБ, фазовые ошибки— элсктрич. пленка ка полупроводкиковой подложке или полупроводииковая пленка (ииогда кристалл) иа пьезоэлектрич. подложка, В активных злемеитах проясходит взаимодействие ультразвука е электронами з Рае.

5. Как- центратор ПАВ аля еое- бужаеккя еал- каееаа: преабразсеа- тель; 3 — кек- цейтратар; З вЂ” валкавед. несколько градусов, а подавление сигнала вие полосы и паразиткого сигнала составляет около 60 дБ. В табл. 5 приведены тикичиые характеристики паласовых и ааграждающих фильтров, а иа рис. 6— низ а кк ищ кина ика ийкйк ~какй Тип Фяльтра 60-80 Паласовые монолит кые пьезазлектри ческие .......

1 — 10 яравадимаети, что позволяет их использовать для усиления и генерации волн, для управлекия амплитудой и фазой волн, В качество и е л к и е й и ы х а л ем е и т о в попользуются зеукопроводы с большими иелииейиыми акустич. параметраыи, пьеаополупроводкиковые материалы и слоистые структуры, а также системы полупроводкиковых диодов, включеииых последователько или параллельно системе электродов, кавесбикых иа поверхность пьезоэлектрич.