245106 (588849), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

2.1.3 Выбор материала для металлизации поверхности

Как и для материалов звукопроводов акустоэлектронных устройств, для проводящего покрытия также существуют определенные требования:

1. Минимальное электрическое сопротивление;

2. Высокая адгезия;

3. Однородность по структуре, составу, толщине;

4. Коррозионная стойкость;

5. Хорошая растворимость в травителе;

6. Технологичность;

7. Стабильность основных физико-химических свойств от партии к партии.

Дополнительными требованиями являются:

1. Малое различие акустических сопротивлений материала металлизации и звукопровода;

2. Низкая удельная плотность во избежание сильных отражений;

3. Слабые дисперсионные свойства.

В таблице 2.3 указаны акустические и дисперсионные свойства выбранного в качестве материала звукопровода ниобата лития

Таблица 2.3 – Акустические и дисперсионные свойства ниобата лития среза YZ и материалов металлизации

При изготовления устройств на ПАВ для металлизации широко используются алюминий, серебро, золото, иногда медь с защитой никелем. В таблице 4 приведены акустические и дисперсионные свойства ниобата лития в сочетании с различными типами металлического покрытия.

Для фильтров на ниобате лития отражение за счет несоответствия акустических сопротивлений материалов звукопровода и покрытия минимальны при использовании серебра, но при этом велики дисперсионные искажения и увеличивается составляющая коэффициента отражения от границ электродов из за роста нагружающей массы. Дешевизна алюминия и возможность получения низкого сопротивления пленочных проводников, делает данный наиболее пригодным для нашего устройства.

1. Расчет основных элементов метки

2.2.1 Выбор приемо-передающего ВШП

Основным конструктивным элементом любого акустоэлектронного устройства на ПАВ является преобразователь. Наиболее простым и эффективным способом приема и возбуждения ПАВ является использование ВШП. Существует множество различных конструкций таких преобразователей. Наиболее оптимальным решением является однонаправленный ВШП, так как он обеспечивает распространение пакета ПАВ лишь в одном направлении, и тем самым потери на преобразование электромагнитного сигнала в поверхностные акустические волны минимальны. Рассмотрим типовые конструкции однонаправленных ВШП.

На рисунке 2.4 изображен однонаправленный ВШП, одна из половин которого смещена на половину длины волны и служит отражателями для обратной ПАВ. Основным достоинством данного преобразователя является высокочастотность. Поскольку для повышения эффективности отражения требуется большое количество электродов, этот тип преобразователей является узкополосным с большим уровнем боковых лепестков.

Решить эти проблемы позволяет модифицированный однонаправленный ВШП (рисунок 2.5). Однако верхняя граничная частота такого преобразователя ниже в 2 раза.

Рисунок 2.5 – Модифицированный однонаправленный ВШП

Эффективность возбуждения ПАВ зависит от ширины электродов, поэтому, изменяя ширину электродов вдоль направления распространения звуковой волны (рисунок 2.6), можно равномерно взвесить преобразователь в соответствии с заданной импульсной характеристикой. Этот метод взвешивания может рассматриваться как широтно-импульсная модуляция сигнала. Основным недостатком этого метода взвешивания является чувствительность к технологическим погрешностям и требование к высокой разрешающей способности фотолитографии при изготовлении. Кроме того, диапазон взвешивания амплитуд парциальных волн очень мал и не превышает 2,5:1, что существенно ограничивает класс реализуемых частотных характеристик.

Рисунок 2.6 – Однонаправленный ВШП со взвешиванием ширины электродов

Данный преобразователь обеспечивает однородность звукового пучка по апертуре.

Предлагается использовать следующий однонаправленный преобразователь (рисунок 2.7). Он обладает преимуществом предыдущего, но вместе с этим устраняет существенный недостаток – высокие требования к разрешающей способности фотолитографии, а следовательно и невозможность изготовления высокочастотного устройства из за наличия межэлектродных зазоров равных /8. Это достигается тем, что в преобразователе, содержащем звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены элементарные секции, содержащие противофазные электроды и отражающие электроды, ширины электродов первой фазы выбраны равными /4 и /2 соответственно и расположены с периодом 2, а между ними расположены электроды противоположной фазы и отражающие электроды шириной /4 с периодом 2 таким образом, что ближайшими электродами для них являются электроды первой фазы, все зазоры выполнены равными 3/16, - длина ПАВ на средней частоте преобразователя [13].

1 – Электроды первой фазы; 2 – электроды второй фазы; 3 – отражатель.

Рисунок 2.7 – Однонаправленный ВШП с внутренними отражателями.

Преобразователь содержит пьезоэлектрический электроды первой фазы 1 с ширинами электродов /4 и /2 соответственно с периодом 2, между ними расположены электроды противоположной фазы 2 и отражающие электроды 3 с ширинами /4 и периодом 2. Межэлектродные зазоры 5 выполнены равными 3/16.

При подаче электрического сигнала на противофазные электроды 1 и 2 в подложке возбуждаются ПАВ, которые распространяются в противоположные стороны от парциальных встречно-штыревых преобразователей (ВШП), образованных широким (/2) и узким (/4) электродами первой фазы 1 и электродом 2 противоположной фазы, находящимися между ними. ПАВ отражаются парциальными ВШП образованными узким и широким электродами первой фазы 1 и отражающим электродом 3, находящимся между ними. Расстояние между центрами отражающих парциальных ВШП, находящихся справа и слева от излучающего ВШП равны 7/8 и 9/8 соответственно. При отражении от ВШП с тремя штырями меняет ПАВ фазу на /2. Тогда фаза отраженной справа ПАВ равна 3, а слева - 4, т.е. отраженная слева ПАВ находится в противофазе с излученной ПАВ, а справа – в фазе. Так как отражательные парциальные ВШП расположены с периодом 2, то все отраженные ПАВ будут складываться в фазе и при некотором числе отражателей амплитуда ПАВ , находящихся в противофазе с излученными ПАВ станет близка к их суммарной амплитуде, что приведет к преимущественному излучению ПАВ влево, т.е. к однонаправленному режиму. Так как коэффициент отражения от отражательных парциальных ВШП с числом электродов равным трем (Nk²_эфф<<₀C_T, С_Т – статическая емкость парциального ВШП, k²_эфф –квадрат коэффициента электромеханическрой связи, ₀=2f₀, f₀ – средняя частота преобразователя) равен 4k²_эфф/, то число отражающих парциальных ВШП равно M/(4k²_эфф).

1. Расчет основных параметров приемо-передающего ВШП

Для осуществления дальнейших расчетов необходимо задаться начальными параметрами и выбрать частоту акустического синхронизма ВШП.

Пусть минимальное расстояние между отражательными ВШП составляет 15мкм. Зная скорость распространения звука на подложке ниобата лития и квадрат коэффициента электромеханической связи, можно приближенно вычислить скорость распространения ПАВ на металлизированной поверхности:

k²=2ΔV/V=2(V-V_m)/V,

где V- скорость ПАВ на свободной поверхности; V_m –скорость ПАВ на металлизированной поверхности; k² – квадрат коэффициента электромеханической связи.

Тогда согласно выражению (2.4):

V_m=V - k²V/2=3488-0.045*3488/2=3409,52(м/с)

Зная скорость распространения звуковой волны и минимальное расстояние между отражателями можно вычислить время задержки импульса:

τ_з=S/V_ПАВ=15*10^-6/3409,52=4,40(нс),

где V_ПАВ – скорость звука на подложке с учетом металлизации (для ниобата лития V_ПАВ =3409,52(м/с).

Частоту акустического синхронизма будем вычислять исходя из соотношения:

f₀ >>1/ (τ_з +τ_и)

где τ_и – длительность импульса.

В свою очередь необходимо выполнение условия, при котором τ_з>>τ_и. Предположим, что достаточным будет следующее соотношение τ_и =3τ_з. Тогда:

τ_и=3*4,40=13,20(нс).

Таким образом, можно вычислить частоту акустического синхронизма:

f₀ >>1/ 13,20*10^-9=75,76(МГц).

Исходя из позиции различимости импульса, выберем частоту, в 12 раз превышающую полученную. Следовательно f₀=909МГц.

Период ВШП будет равен:

_{LВШП=λ=VПАВ/f0=3409.52/909∙106=3/75(мкм).}

Вычислим n число периодов N₂, обеспечивающих эффективную работу преобразователя:

.

С учетом того, что электроды расположены через 2 периода ВШП, то

N₂=8.

Число отражающих парциальных ВШП:

M= =17.

Апертуру всех ВШП примем равной:

W_ВШП=(10-200) λ =80λ=300(мкм).

Так как парциальные отражатели располагаются через две длины ПАВ, то полоса пропускания ВШП:

Δf= f₀/2М=909 МГц/34=27(МГц).

Проводимость ВШП определяется формулой вида:

Y_ВШП=Ga+j(Ba+C_T)

где Ga – активная составляющая проводимости излучения ВШП;

Ba – реактивная составляющая проводимости излучения ВШП;

C_T – статическая ёмкость ВШП;

=2f.

Причем значения Ba и Ga определятся по формулам [14]:

(2.7)

(2.8)

где =5.568*10^-13Ф;

;

С₂=465 пФ/м (ёмкость пары электродов, находится по справочнику для ниобата лития)

На центральной частоте выполняется условие:

Величина Ba пренебрежимо мала по сравнению с емкостной составляющей. Тогда входная проводимость ВШП в комплексной форме будет иметь вид:

Y_ВШП=Ga+jC_T=2,915*10^-3+j6,36*10^-3.

Для последующих расчетов необходимо также вычислить входное сопротивление. В комплексном виде оно будет записываться как:

R=1/Y_ВШП=59,5-j130.

1. Выбор и расчет отражателей

В качестве отражателей предлагается использовать двунаправленные ВШП, с периодами и апертурой, равными периоду и апертуре приемо-передающего ВШП (рисунок 2.8) вместо традиционных отражающих полосок (канавок). Данный выбор диктуется возможностью варьирования в широких пределах коэффициента отражения каждого отражатели и, кроме того, возможность реализации частотной избирательности метки в пределах полосы пропускания.

Характеристики

Список файлов ВКР