2.2 Классификация устройств на пав
Исходя из возможных применений и принципов работы, ПАВ-устройства можно разбить на четыре общих группы:
Пассивные резонаторы и резонаторные фильтры. В данную группу входят: дуплексоры (от 1 до 4 Вт) для абонентских станций подвижных систем связи; RF-фильтры для межкаскадной связи; резонаторные фильтры для односторонних и двухсторонних пэйджеров; резонаторы и резонаторные фильтры для экстренной помощи: скорой медицинской и МЧС; резонаторы и резонаторные фильтры для радиоидентификации автомобилей; резонаторы и резонаторные фильтры для замков и защиты от несанционированного доступа.
Пассивные устройства с малым уровнем вносимых потерь. В данную группу входят фильтры с малым вносимым затуханием для оконечных каскадов приёмоперадющих устройств систем и средств связи; фильтры промежуточной частоты (IF) с малым вносимым затуханием для систем и средств связи; многомодовые частотно-избирательные генераторы для широкополосных систем и средств связи двойного назначения; линии задержки с малым вносимым затуханием для маломощных приёмников с радиоразнесением во времени.
Пассивные устройства, использующие двунаправленные ВШП. В данную группу входят: фильтры Найквиста для цифрового телевидения и цифровой радиосвязи; генераторы, управляемые напряжением (VCOs); линии задержки; дисперсионные линии задержки для ШПС; Дисперсионные линии задержки для ППРЧ; линии задержки для кодового разделения каналов с многодистанционным доступом - CDMA (Code-Division-Multiple-Access); линии задержки для временного разделения каналов с многостанционным доступом - TDMA (Time-Division-Multiple-Access); фильтры для волоконно-оптической связи (Clock-recovery filters for fiber-optics communi-cation repeater stages).
Нелинейные устройства. В данную группу входят: синхронный и асинхронный конвольверы для широкополосных систем и средств связи (конвольвер это шестиполюсник, формирующий свертку двух сигналов: входного и опорного, используя нелинейные свойства среды распространения упругих волн).
2.3 Основы работы фильтров на пав
Фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (рис. 1) является твердотельным функциональным устройством и представляет собой подложку из пьезоэлектрика (3), на поверхность которой методом фотолитографии наносятся системы токопроводящих элементов. Одна из таких систем - излучающий преобразователь ПАВ (2) - подключается к источнику входного сигнала (1), другая – приемный преобразователь (один или несколько) ПАВ (5) – к согласующим цепям и нагрузке (6).
Рисунок 1 – Структура фильтра на ПАВ
Под действием высокочастотного электрического напряжения источника сигнала в зазорах между смежными электродами излучающего преобразователя возникает переменное электрическое поле, которое вследствие пьезоэффекта материала подложки вызывает механические колебания в ее поверхностном слое. Эти колебания распространяются в тонком приповерхностном слое подложки в направлениях, перпендикулярных электродам в виде поверхностных акустических волн (4). Между смежными электродами приемного преобразователя (5) вследствие обратного пьезоэффекта механические колебания ПАВ обуславливают появление электрического напряжения, которое и является выходным сигналом.
Отражательные структуры (ОС) ПАВ (7) располагаются между излучающим и приемным преобразователями и представляют собой решетки металлических короткозамкнутых или разомкнутых электродов или систему вытравленных в подложке канавок. Доступность акустических волн на всем пути от входного до выходного преобразователя, способность отражаться от неоднородностей поверхности и взаимодействовать с электрическими и акустическими полями обеспечивают возможность построения различных устройств обработки сигналов.
С целью устранения нежелательных отражений ПАВ от торцов подложки, а также с целью ослабления других типов акустических волн, которые могут быть возбуждены излучающим преобразователем ПАВ, все нерабочие грани и ее торцы покрываются специальным звукопоглощающим покрытием (8).
Для уменьшения вносимого затухания фильтра часто применяют специальные согласующие цепи, которые включаются между источником сигнала и излучающим преобразователем, а также между приемным преобразователем и нагрузкой (6).
Подложка с преобразователями и согласующие цепи при необходимости помещаются в общий корпус, в качестве которого обычно используется один из унифицированных корпусов микросхем. Характеристики фильтра на ПАВ в основном определяются частотно-избирательными процессами преобразования электрического сигнала в акустические волны и обратно, т.е. зависят от топологии преобразователей ПАВ, а именно: от количества, геометрических размеров и взаимного расположения электродов в преобразователе, от протяженности зон перекрытия смежных электродов (протяженности зазоров), от очередности подсоединения электродов к общим суммирующим шинам. Применяя ту или иную топологию преобразователей, можно реализовать фильтры с самыми разнообразными характеристиками