Исследование и разработка физических методов проектирования высокоизбирательных акустоэлектронных приборов с малым вносимым затуханием

• Автор: Синицына, Татьяна Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил

СОДЕ РЖАНИЕ

Общая характеристика работы
Введение
1. Разработка физических моделей однонаправленных структур
и исследование акустоэлектронных приборов на их основе
1.1. Анализ встречно-штыревых преобразователей ПАВ
методом связанных мод
1.2. Фильтры на основе продольно-связанных
резонаторних структур
1.3. Однонаправленные структуры на основе
и-образного ответвителя
1.4. Фильтры на основе реверсивного
многополоскового ответвителя
1.5. Фильтры на основе преобразователей с
внутренними отражателями
1.6. Фильтры на основе поперечно-связанных
резонаторних структур
2. Исследование технологических особенностей разработки
и производства акустоэлектронных приборов
2.1. Технология изготовления микроэлектронных структур
2.2 Исследование влияния геометрии электродной структуры и
параметров напыляемой пленки на свойства ПАВ
2.3. Технология изготовления фильтров на ПАВ
с малыми потерями
2.4. Термостабилизация акустоэлектронных приборов
2.5. Оценка надежности акустоэлектронных приборов
Заключение и основные результаты работы
Список литературы
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы:
Исследования распространения и возбуждения поверхностных акустических волн (ПАВ) в произвольных пьезоэлектрических кристаллах и слоистых структурах, существенный вклад в которые внесли российские ученые И.А.Викторов, Ю.В.Гуляев, В.И.Пустовойт, положили начало новому направлению в электронике - акустоэлектроники. Основные преимущества и конкурентоспособность акустоэлектронных приборов по сравнению с другими классами аналогичных устройств заключаются в возможности значительного уменьшения габаритов и массы компонентов, технологичности изготовления, стабильности параметров и относительно невысокой стоимости.
Из всего многообразия акустоэлектронных приборов фильтры на ПАВ занимают важнейшее место. К началу настоящей работы применение этих фильтров было ограничено в основном фильтрами промежуточной частоты (ПЧ). Это связано с тем, что стандартные конструктивно-технологические решения обеспечивали уровень вносимого затухания порядка 15...30 дБ [1]. Тем не менее, такие устройства нашли широкое применение в технике средств связи благодаря возможности сложной частотно-селективной обработки сигналов. В частности, разработка телевизионных многостандартных фильтров для аналого-цифровых и цифровых телевизионных приемников [2,3], фильтров для спутниковой связи [4,5], режекторных фильтров для кабельных сетей [6], а также фильтров для профессиональной телевизионной аппаратуры [7-10], позволила существенно расширить границы и улучшить качество телевизионного вещания.
Несмотря на широкие перспективы использования устройств на ПАВ и значительный прогресс в разработке их моделей и конструкций, основным вопросом оставался уровень вносимого затухания. Уменьшение потерь в фильтре до 6-8 дБ увеличивает отношение сигнал/шум системы, позволяя использовать ПАВ-фильтр во входных цепях радиотракта, снижает уровень
интермодуляционных искажений, уменьшает стоимость, габариты и потребление энергии систем за счет сокращения количества компенсирующих потери усилителей. В связи с этим становится актуальной задача разработки новых, более совершенных физических моделей структур, в которых минимизированы потери на двунаправленность излучения волны, и методов их расчета, учитывающих основные искажающие факторы, в том числе эффекты переотражения от электродной структуры.
Целью данной работы является исследование и разработка физических методов проектирования высокоизбирательных акустоэлектронных приборов с малым вносимым затуханием и конструктивно-технологических решений, обеспечивающих достижение предельных характеристик в условиях серийного производства.
Объектами исследований являлись различные ориентации : пьезоэлектрических кристаллов, а также акустоэлектронные элементы, ’входящие в состав приборов на ПАВ: встречно-штыревые преобразователи;— (ВШП), различные отражательные структуры и многополосковые ответвители (МПО).
Основные задачи работы:
• проведение теоретических и экспериментальных исследований однонаправленных структур различных типов и приборов на их основе;
• ! поиск новых конструкций отражательных элементов и многополосковых ответвителей;
• исследование коэффициентов отражения и скорости волны в регулярных электродных структурах;
• исследование и разработка новых технологических маршрутов изготовления фильтров на ПАВ;
• исследование методов термостабилизации и надежности акустоэлектронных приборов.
I Научная новизна и основные результаты работы Научная новизна и основные результаты работы состоят в следующих положениях, которые выносятся на защиту:

1.3. Однонаправленные структуры на основе и-образного ответвителя
В технике ПАВ широко используются многополосковые ответвители (МПО). Это связано, во-первых, с возможностью передачи энергии ПАВ из канала в канал, что позволяет использовать универсальность, которую дает аподизация двух преобразователей и сводит практически на нет искажения частотной характеристики, обусловленные объемными волнами и сигналом тройного прохождения. Во-вторых, применение МПО обеспечивает дополнительную фильтрацию. В-третьих, использование МПО в качестве отражателя ПАВ позволяет уменьшить вносимые потери, обусловленные двунаправленностью излучения ВШП.
Известно, что в простом МПО на половинной длине переноса, N=1,1б(ДУ/У), энергия ПАВ одинаково распределяется между каналами, при этом фаза выходного сигнала в одном канале опережает фазу в другом канале на к/2. Такой ответвитель довольно часто применяется на практике и носит название 3-дБ-МПО [33]. Если придать ему и-обралную форму и разместить внутри симметричный однородный преобразователь со сдвигом от центра симметрии на 1/4 длины волны, то будет получено направленное излучение волны в одном из направлений по оси X. В соответствии с принципом взаимности в противоположном направлении волна не отражается, если преобразователь согласован. Это свойство позволяет минимизировать сигнал тройного прохождения в устройствах на ПАВ.
Лучшая совокупность параметров достигается при использовании такой структуры в составе кольцевого фильтра, структурная схема которого приведена на рис. 13. Так в работе [34] описана конструкция фильтра на 35 МГц, изготовленного на 41°УХ-срезе ниобата лития, которая обеспечивает вносимое затухание 3 дБ в 10%-ой полосе пропускания.
При проведении теоретического анализа однонаправленных структур на основе и-образного МПО в данной работе помимо Р-матричного метода представления элементов, описанного выше, использовались основные выводы, приведенные в [33]. Однако в матрицу рассеяния Б такой структуры