Введение к работе
В диссертации разработал новій быстродействующий и надёжный метод расчёта на ЭВМ характеристик поверхностных акустических волн (ПАВ) в произвольных монокристаллах и с его помощью исследована анизотропия характеристик ПАВ в ряде перспективных для акустоэлект-роиных фильтров на ПАЗ кристаллоз; предложена новая математическая модель работы встречно-Етаревого преобразователя (ВИЛ), учитывающая краевые электростатические эффекты з ЪШ и анизотропию ПАВ в звуко-прсводах фильтров на ПАВ; на основе этой модели разработаны эффективные методы анализа и синтеза ка ЭВМ фильтров на ПАВ с улучшенными параметрами.
Актуальность тс-нн. Акусгозлектронные фильтры на поверхностных акустических войнах в настоящее вреия весьма иироко используются для nosocosoil фильтрации сигналов в системах связи, радиолокации, телевядешы и другій радиоэлектронных системах. По своим рабочим характеристикам фильтры на ПАВ значительно превосходят аналоги, ос-яоЕанные ка других принципах функционирования, и, по существу, яв-ляятся угаїкальшліи устройствами. Непрерывное совершенствоваїше современной радиоэлектронной аппаратуры, однако, предъявляет всё более высокие требования к электрическим параметрам фильтров на ПАВ, в связи с чем задача дальнэйиего улучшения' этих параметров имеет немаловажное значение.
Прктрш работа фильтров на ПАВ основан на использовании про-дэссоз приёма и возбуждения позерхностных акустических волн встреч-но-штыреБьаи преобразователями, и процессов распространения ПАВ в глэнокристаллических ззукопроводах, на поверхности которых нанесены ЕШП.
Предельные значения параметров акустоэлектронных фильтров во
- 4 -многом определяются материалами и срезами монокристаллических зву-копроводов, на которые нанесены ВШИ. Поэтому для улучшения параметров фильтров на ПАВ очень актуальной является задача исследования анизотропии характеристик ПАВ в применяемых в акустоэлектронике монокристаллах. Такое исследование позволяет подобрать оптимальные для фильтров на ПАВ материалы для звукопроводов и ориентации звуко-проводов.
Рабочие характеристики фильтров в большой степени определяются распределением электростатического заряда на электродах В11Ш, являющихся основными конструктивными элементами таких устройств. Однако существующие в настоящее время метода анализа и синтеза фильтров на ПАВ недостаточно полно учитывают распределение плотности заряда в ВШП. Указанные методы, как правило, мало учитывают и анизотропию ПАВ в звукопроводах. В связи с этим разработка новых методов анализа и синтеза ВШП, с необходимой степенью полноты учитывающих распределение заряда в ВШП и анизотропию ПАВ, также весьма актуальна.
Целью работы являлась разработка новых методов синтеза фильтров на ПАВ на основе учёта краевых электростатических эффектов и анизотропии кристаллов. Главной задачей такой разработки являлось улучшение рабочих параметров этих устройств.
В рамках поставленной общей задачи был выделен ряд конкретных проблем, а именно:
исследование на ЭВМ анизотропии фазовых скоростей, коэффициентов электромеханической связи (КЭМС) и других характеристик ПАВ в перспективных акустоэлектронных материалах;
создание математической модели ВШП, пригодной как для анализа, так и для синтеза фильтров на ЭВМ, с необходимой полнотой учитывающей распределение электростатического заряда в ВШП и анизотропию монокристаллических звукопроводов;
разработка эффективных численных процедур для ЭВМ на основе этой
- 5 -модели для анализа и синтеза ВШП двух классов - ВШП, взвешенных селективным удалением электродов (ВСУЭ), и аподизованных ВШП. Научная новизна диссертации состоит в следующем:
разработан метод быстрого и надёжного исследования на ЭВМ анизотропии фазовых скоростей, КЭМС и других характеристик ПАВ в монокристаллах произвольной симметрии с использованием вычисления предельной скорости ПАВ;
при помощи этого метода исследована анизотропия характеристик ПАВ Гуляева-Блюстейка в ряде перспективных для фильтров на ПАВ акус-. тоэлектронных материалов;
детально исследована анизотропия характеристик ПАВ в монокристал-. лах лангасита;
детально исследована анизотропия характеристик ПАВ в монокристаллах тетрабората лития;
разработана математическая модель ВШП, пригодная как для анализа, так и для синтеза ВШП, учитывающая ближние и дальние электростатические межэлектродные взаимодействия и разность фазовых скоростей ПАВ на электрически свободной и металлизированной поверхностях кристаллического звукопровода;
в рамках данной модели разработан метод расчёта матриц весовых и фазовых коэффициентов электродов, учитывающих эти факторы, и предназначенных для анализа и синтеза различных типов ВШП на произвольных пьезоэлектргасах на ЭВМ;
на основе предложенной математической модели ВШП разработаны методы синтеза ВШП ВСУЭ и аподизованных ВШП по указанным матрицам на ЭВМ, улучшающие параметры, фильтров на ПАВ;
впервые разработан метод синтеза ВШП ВСУЭ с самосогласованной компенсацией фазовых ошибок на основе самосогласованных матриц, дополнительно улучшающий характеристики фильтров на ПАВ.
Практическая значимость работы:
разработанный метод расчёта анизотропии характеристик ПАВ в монокристаллах на ЭВМ весьма существенно (до 20-30 раз) повышает скорость расчёта по сравнению с ранее известными методами и увеличивает достоверность определения этих характеристик;
рекомендован для использования в практических разработках ряд срезов акустоэлектронных материалов с экстремальными значениями КЭЫС и фазовых скоростей ПАВ;
рассчитанные на ЭВМ орнентационные зависимости КЭМС, фазовых скоростей и других характеристик ПАВ для рада перспективных акустоэлектронных монокристаллов представляют собой важный справочный материал для проектирования фильтров на ПАВ;
по предложенной математической модели ВШП ПАВ можно проводить быстрый и эффективный анализ амплитудно-частотных характеристик САЧХ) узкополосных и средкеполосных фильтров на ПАВ на слабых и сильных пьезаэлектриках с точностью ±0,1 дБ в полосах пропускания к переходных полосах и ±4 дБ в полосах заграждения АЧХ;
по,разработанным на,основе этой модели методам синтеза ВШП ВСУЭ и аподиэованных ВШП на ЭВМ можно проектировать узко- и среднеполос-ные фильтры на ПАВ на произвольных монокристаллических звукопро-водах с хорошим приближением формы реальных АЧХ к форме заданных АЧХ и с уровнем боковых лепестков реальных АЧХ около -60 дБ;
разработанные пакеты прикладных программ для расчёта анизотропии характеристик ПАВ в монокристаллах и синтеза фильтров на ПАВ с учётом краевых электростатических эффектов и анизотропии кристаллов могут использоваться в качестве составных частей систем автоматизированного проектирования устройств на ПАВ.
На защиту выносятся:
- метод расчёта анизотропии характеристик ПАВ в монокристаллах на
ЭВМ;
результаты расчёта анизотропии характеристик ПАВ Гуляева-Блвстей-на в перспективных акустоэлектрошшх материалах;
результаты расчёта анизотропии характеристик ПАВ в моногсристаллах лангасита;
результаты расчёта анизотропии хврактеристих ПАВ в монокристаллах тетрабората- лития;
метод учёта краевых электростатических эффектов ианизотропии характеристик ПАВ в звукопроводах при анализе и синтезе ВШП, в том числе метод расчёта матриц весовых и фазовых коэффшгиентов электродов;
метод синтеза ВШП ВСУЭ с улучшенными параметрами на основе указанных матриц;
метод синтеза ВШП ВСУЭ с улучшенными характеристиками с самосогласованной компенсацией фазовых ошибок на основе самосогласованных матриц;
метод синтеза аподизованных ВШП с улучшенными параметрами на ос-' нове матриц весовых и фазовых коэффициентов электродов.
Апробация работы. Результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, докладывались на II Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы получеїшя и применения сегнето- и пьезоэлектричесюгх материалов" в 1934 г., на XIII Всесоюзной конференции по акустоэле-ктронике и квантовой акустике в 1986 г., на III Всесовзной конференции "Актуальные проблемы получения и применения сегнето- и пьезоэлектрических материалов и их роль в ускорении научно-технического прогресса" в 1987 г., на II Всесоюзном сеюшаре "Пластическая деформация материалов в условиях внешних энергетических воздействий" в 1991 г. Фильтры на ПАВ, разработанные на основе предложенных в диссертации методов, экспонировались на международной выставке "Кругозор перестройки" в 1990 г.
- a -
опубликовано 9 научных работ.
Структура и обьём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка цитированной литературы. Общий обьём диссертации - 206 страниц. Из них основной текст занимает 144 страницы, рисунки - 32 страницы, таблицы - 14 страниц, список литературы из 160 наименований - 16 страниц.