Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 137
Текст из файла (страница 137)
2.15. ПАВ-резонатор, выпопняющии функцию фил~ тра а — резонагорные лопасти (1, 2), акустические пОглотители (3), многеполоскоаый огеетвитель (4), кварцевая подложка (5); б, е, г — отражательные структуры (з 4 5 — — и,„„ 1 2 а) В соответствии с принятой моделью устройства функциональной электроники между генератором и детектором динамических неоднородностей вводится дополнительное устройство управления в виде многополоскового отражателя (МПО). Например, МПО расположены непосредственно в акустическом канале на рабочей поверхности заукопровода и конструктивно могу~ быть выполнены в виде напыленных электродов или распределенных отражателей — канавок (акустических неоднородностей). Как правило, МПО представляют собой эквидистантную решетку отражателей с шагом г), так что центральная частота)з = 1'„г 2г( Добротность ПАВ резонаторов определяется в основном потерями на распространение волны в резонируюгпей полости, дифракционными эффектами, генерацией паразитных объемных волн, потерями энергии волны в самих отражателях и составляет — 10 .
Введением входного ВШП между ПАВ-отражателями можно получить ПАВ-резонатор с одним входом. Такая структура поддерживает несколько стоячих волн и позволяет выделизь нужную моду путем выбора соответствующей конструкции электродов преобразова. тела и определенной формы отражателя. Повышения селективности полосовых фильтров можно достичь путем использования аподизированных входного и выходного преобразователей, расположенных в параллель ных акустических каналах. Связь между каналами и управление распространением ПАВ осуществляется с помощью МПО (рис. 2.19, а). В процессе переизлучения волны из верхнего в нижний канал происходит преобразован ание апертурной модуляции ПАВ в модуляцию интенсивности звуковой волны. Эпюры ( ) (Э)) топологического взвешивания с помощью МПО преобразуются в зпюры внешнего шве шивания (32).
Это позволяет принимать сигнал выходным ВШП, аподизированным не непосредственным взвешиванием электродов. В таком фильтре происходит достаточно с сияя ного нос подавление сигнала вне полосы пропускания входного (рис. 2.!9, о) и выхол (рис. 2.19, е) преобразователей. Амплитудно-частотная характеристика такого фил р ильтра получается путем перемножения парциальных характеристик: Аг = Ак„хАк,. полосой Полосовые фильтры позволяют реализовать заданную АЧХ с подавлением за пол +, ильтры пропускания до 40 — 70 дБ с коэффициентом прямоугольности формы 1,2+ 1,5.
фия р рассчитаны на центральные частоты от !0 до 1О Гц с полосой пропускания от 1О 4х10' Гц 2. Функциональная акустоэлактроника г) в) б) Рис. 2дв. Фильтр с испол~зеванием ПАВ-резонаторов; в — общая схема; б — АЧХ входного ВШП, в — АЧХ выходного ВШП; г — суммарная АЧХ Микроэлектронная технология производства полосовых фильтров позволяет легко интег- рировать их в радиотехнические цепи и системы, тиражировать без подстройки лара- метров. Системный анализ показал, что улучшение характеристик полосовых фильтров возможно за счет снижения вклада физических эффектов второго порядка: ьз многократные отражения ПАВ от краев ВШП; С) сигналы тройного прохождения, обусловленные преобразователями; электроакустическая регенерация вследствие постоянного чередования электрических и акустических полей; С) дифракпия пучка ПАВ и его отклонение от направления распространения; С) отражение от краев звукопровода; ЬЗ ложные сигналы, вызываемые объемными, продольными и поперечными модами; изменение скорости ПАВ из-за поверхностной загрузки звукопровода; дисперсия скорости звука в металлизированных областях; С) искажение фазового фронта ПАВ вследствие различия прохожаения в центральной н периферийной областях; краевые эффекты взаимодействия соседних электродов; паразитные электростатическая и электромагнитная связи входного и выходного преобразователя; искажение характеристик внешними цепями согласования и т.
п, ~)олосовыс фильтры имеют достаточно широкий диапазон частот и полос пропускания (Рис. 2.20). Поэтому они нашли применение в качестве фильтров промежуточной частоты для телевизионных приемников, в системах связи и радиолокации. (вскерснонлые чзкяылры представляют собой функциональное линейное устройство, редназначеннае для получения задержки, зависимой от частоты и имеющее молулнро- Часть ЛТ Функциональная электронике 652 ванную импульсную характеристику.
Устройства со сжатием импульса находят широк~ распространение в радиолокационных системах. В этих системах увеличение длительно сти зондирующего импульса позволяет увеличить чувствительность за счет увеличения отношения сигнал!шум. При этом необходимо сузить полосу пропускания приемника н снизить мощносгь шума на входе. Рис. 2.20. Рабочий диапазон полосовых фильтров т †широкополосн трвнсвврсвльные фильтры; 2 — узкополосные фильтры на резонаторах; 3 — узкополосные фильтры на термоствбипизироввнных резонаторах Однако большая длительность импульса ведет к ухудшению разрешающей способности по дальности и невозможности различать две близко находящиеся цели.
Это противоречие можно разрешить методом сжатия импульсов с использованием дисперсионных фильтров. В системе со сжатием импульса используются ЛЧМ-сигналы с большой базой, лругими словами, произведение длительности импульса на полосу пропускания имеет большую величину.
Основное свойство ЛЧМ-снгнала состоит в том, что форма его огибающей прн амплитудной модуляции воспроизводит форму модуля его спектральной плотности в частотной области, Идея сжатия ЛЧМ-сигнала приведена на рис. 2.21. Сигнал Яг) от точа" ной цели имеет форму, представленную на рис. 2.21, а и характеризуется увеличением во времени частоты сигнала. Фильтр необходимо изготовить так, чтобы его импульсная ха рактеристика Фгг) представляла обращенный во времени сигнал.
Тогда частота тако кого сигнала падает линейно со временем (рис. 2.21, 6). Выхолной суммарный сигнал ВВ), прошедший дисперсионный фильтр, имеет вид, пред и ина ставленный на рис 2,21 е. Такогк сигнал называется корреляционным пиком, шнр а шиспектра которого является обратной величиной ширины спектра входного сигнала, а на Т'В рина выходного пика намного меньше длительности входного сигнала Т. Величина называется коэффициентом сжатия, где  — девиация частоты.
ые вре Если имеются две точечные цели, то на вход поступают два сигнала, разделенны яционменным интервалом. В выходном сигнале также будут присутствовать два коррсляц но прн ных пика. Если оба импульса перекрываются во времени, то их разрешение возможно ное знз условии превышения разницы времени задержки длительности пика Т1 В Типичн~ чение ширины спектра составляет 20 МГц. 2. Функциональная акусгоэлвкгроника в) в) Рис. 2.21. Обработка ЛЧЫ-сигналов дисперсиоииым фильтром. а — входной сигнал Я(!), б — харахтерисгиха фильтра Ф(1); е — выходной сигнал; г — конструкция дисперсианного фильтра на отражательных решетках На рис.
2.2!й в представлена конструкция дисперсианного фильтра. Входной и выходной ВШП практически идентичны. В качестве устройства управления ПАВ используются отражательные незквидисгантные решетки из канавок, шаг которых меняется от г1,„= !'„12),„до гу,„,„= Р;,121" „. Каждая из решеток меняет направление волн на 90'. В фильтрах 1!ЧМ-сигналов используется амплитудное взвешивание для подавления помех.
С этой целью изменяется глубина канавок, которая пропорциональна коэффициенту отражения. Канавки травятся методом ионной бомбардировки. Такая технология весьма трулоемка. ЛЧМ-фильтрьг позволяют обрабатывать сигналы длительностью Т- !О' с и девиацией В = Лг"ж (3 + 5)х!О' Гц 2.2.3. Генераторы на ПАВ Акустозлекгронный генератор является актианыч акустозлектронным устройством, предназначенным для генерации акустических сигналов.
Исследованы конструкции генераторов с позиций предложенной модели прибора функциональной электроники. Различают два типа генераторов на ПЛВ в зависимости от исгюльзуечого стабилизирующего элемента. В первач типе используется ПЛВ-линия задержки, включенная в цепь положительной обратной связи усилителя (рис. 2.22. о). Лггния залержкн позволяет возбудить колебания на частотах ш, определяемых соотношением ш = 2п!'„11, г'де б — длина линии задержки.
1!ля получения одномолового режима необходимо строгое выполнение соотношения 1, = и)., Часть ))У. Функциональная электроника 654 где ). — длина звуковой волны, и — целое число. Частота генераций может быть измене на за счет изменения скорости ПАВ в резонирующей полости или введением фазовог сдвига во внешней цепи. Спектральные характеристики генератора на /13 приведены н рис, 2.22, б. а) б) г) Рис.
2,22. ПАВ-генератор на основе ЛЗ (а) и его спектральная характеристика (б); на основе резонатора(в) и его спектральная характеристика(г); ! — ВШП, 2 — отражательные структуры; 3 — усилитель; 4 — подложка В генераторе второго типа в качестве стабилизатора частоты используется ПАВ- резонатор с одним входом (рис. 2.22, в). Усилитель подключается между разнополярными шинами преобразователя. Селективные свойства генератора определяются размерами резонирующей полости и параметрами отражательной структуры. Добротность ПАВ- резонаторов составляет — 10" н это позволяет создавать конкурентоспособные генераторы. В одновходовых генераторах возникают трудности с перестройкой частот, )!ннейная модуляция в таких генераторах обеспечивается в очень узкой полосе.
У генераторов этого типа шумовые характеристики лучше, чем у генераторов на ПАВ ЛЗ На рис. 2.22, г приведены спектральные харалтеристики генератора на ПАВ-резонаторе Оба типа генераторов могут работать на основных частотах от 10" до 10 Гц без использования дополнительных схем умножения частоты. Анализ показал, что важным преимуществом генераторов на ПАВ является возможное~~ частотной модуляции, а также заданный переход к нужным частотам при условии сохра нонна стабильности частоты: кратковременной 10 с, долговременной !О год н тем — 9 цературной — 1О 'С в диапазоне до — 50 'С Такие генераторы могут быть использованы в Радиолокационных системах, дальномерах на основе доплеровскаго сдвига частоть таты а также в стандартных радиотехнических устройствах. 2.2.4.
Усилители Угклнтелл представляют собой акусгоэлектронное устройство, предназначенное лля У ля силения акустических сигналов. „одноВо всех ранее рассмотренных уст ойствах функциональной электроники уровень вход Р вполне го сигнала существенно выше уровня выходного, преобразованного сигнала. Это вло. ного закономерно. т. к.
значительная часть энергии затрачиваезся на преобразование од 655 2. Функциональная акустоалектроника вила сигнала в другой и обратно, прохождение через звукопровол и т, п. Для сохранения уровня сигнала необходимо встраивать усилители, что приводит к значительным технологическим трудностям, Решение проблемы усиления сигналов можно найти, более пристально изучая физические процессы при распросчраиении динамических неоднородностей. Ранее уже указывалось, что динамические неоднородности в виде ПАВ являются результатом взаимодействия электрических полей с пьезоэлектриками.!'аспрастранение акустических волн сопряжено с распространением волн зарядовой плотности.
Усиление акустических волн можно производить как за счет подачи иа электроды ВШП большего сигнала, так и за счет "перекачкиз энергии из волн зарядовой плоскости в акустические волны. Это явление акустоэлектронного взаимодействия, широко используемое в конструкциях усилителей. В зависимости от типа континуачьной среды различают ионное взаимодействие (в металлахх), потенциал-деформационное взаимодействие [в полуметаллах и полупроводниках) и пьезоэлектрическое взаимодействие (в пьезополупроводниках).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
