Конструкции преобразователей для возбуждения и приема ПАВ

ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФИЛЬТРОВ ПАВ

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФИЛЬТРОВ ПАВ

Фильтр может считаться полностью описанным, если точно определена его передаточная функция или импульсная характери­стика. На практике для реализации фильтра ПАВ, удовлетворяющего заданным требованиям по обработке сигналов, можно использовать процесс проектирования, основные этапы которого приведены на рис.2.1.

Этап 1

Этап 2

Этап 3

Этап 4

Этап 5

Этап 6

Этап 7

Этап 8

Этап 9

Рис. 2.1. Схема процесса проектирования фильтра ПАВ

Первый этап (рис. 2.1) содержит составление требований на фильтр ПАВ, которые чаще всего задаются в частотной области. Поэтому в первый этап включаются требования к параметрам АЧХ (неравномерность D а в полосе пропускания D f ₃ или откло­нение от заданной формы в полосе частот f _Н < f< f _В), гарантиро­ванное затухание в полосе заграждения а _гар, коэффициент прямоугольности К _п по заданному уровню затухания или число j и ширина переходных полос D f _sj, вносимое затухание a _вн и ФЧХ (форма и величина DQ_и(f) отклонений от заданной формы) или ГВЗ (закон изменения t(w) и величина отклонения от этого за­кона).

На первом этапе кроме параметров АЧХ и ФЧХ обычно зада­ются другие необходимые параметры, такие как сопротивления генератора R _г и нагрузки R _н, между которыми будут работать фильтры, уровень сигнала u _вх, интервал рабочих температур, га­бариты, масса, стоимость и т. п. При проектировании фильтров, предназначенных для селекции импульсных сигналов, задаются также длительность фронта t _ф и величина выбросов переходной характеристики или же вид сигнала и его допустимые искажения.

Одним из основных параметров, фигурирующих в специфика­ции требований к фильтрам ПАВ для селекции импульсных сиг­налов, должен быть уровень ложных сигналов a _л.с, измеряемый обычно во временной области, представляющий отношение наи­большего паразитного сигнала на выходе фильтра к основному сигналу ПАВ. Паразитные или ложные сигналы в устройствах на ПАВ определяются рядом эффектов второго порядка (в основ­ном электромагнитной наводкой, отражениями ПАВ и генерацией ОАВ) и следуют с различным запаздыванием относительно ос­новного сигнала. При этом не следует путать понятие уровня ложных сигналов a _л.с с понятием динамического диапазона, ко­торый определяется как отношение максимального и минималь­ного напряжений, соответствующих линейному участку амплитуд­ной характеристики устройства на заданной средней частоте [27].

Без принятия каких-либо мер уровень ложных сигналов в фильтрах ПАВ составляет обычно -(25¸ 30) дБ. При использо­вании различных конструктивных или схемотехнических решений, которые будут рассмотрены ниже, уровень a _л.с может быть до­веден до -(50¸ 60) дБ [18].

Динамический диапазон фильтров ПАВ зависит, с одной сто­роны, от уровня внутренних шумов, обусловленных в основном термодинамическими флуктуациями концентраций микродефектов на поверхности звукопровода, в его кристаллической решетке и в металлической пленке преобразователей, а с другой—напря­жением пробоя конструкции используемых преобразователей и может составлять более 100 дБ [17].

На втором этапе производится выбор материала звукопрово­да, поскольку последним определяются основные параметры фильт­ра: средняя частота, вносимое затухание, затухание в полосе за­граждения, уровень ложных сигналов, температурная и времен­ная стабильность, стоимость и т. п. Требования к материалу зву­копровода, одновременно отвечающему перечисленным парамет­рам, достаточно противоречивы, поэтому прежде всего необходи­мо определить, какой набор характеристик материала является ре­шающим для реализации конкретного фильтра. Для типовых кон­струкций фильтров при выборе материала чаще ориентируются на величину вносимого затухания и температурную стабильность, но для фильтров с жесткими или специальными характеристика­ми критерии выбора сложнее и будут рассмотрены ниже.

Результатом второго этапа должно быть нахождение основ­ных характеристик материала звукопровода: скорости ПАВ, ко­эффициента электромеханической связи, угла отклонения потока энергии, коэффициента анизотропии, акустического сопротивления, температурных коэффициентов скорости и задержки, диэлек­трической проницаемости.

На третьем этапе устанавливается структурная схема фильтра ПАВ. Как уже отмечалось, передаточные свойства фильтра ПАВ определяются в основном преобразователями. Поэтому в первую очередь необходимо выбрать типы и конструкции преобразовате­лей, их количество, способ включения, а также методы взвешива­ния электродов преобразователей, от которых зависят предельные реализуемые параметры последних.

Для реализации конкретных требований в состав фильтра кро­ме преобразователей могут быть включены другие конструктив­ные элементы: многополосковые ответвители, повышающие ослаб­ление паразитных ОАВ; фокусирующие волноводы и линзы, сни­жающие дифракционные искажения; отражатели, предназначен­ные для режекции отдельных частот, дифракционные решетки, электростатические экраны, фазовращатели, акустические погло­тители, пленочные покрытия, формирующие АЧХ и ФЧХ или аку­стически согласующие ВШП, и т. п. [30]. Кроме того, и звукопровод, как передаточная среда для акустического сигнала, ока­зывает определенное влияние на избирательные свойства фильтра.

Поскольку передаточная функция или импульсная характери­стика фильтра в целом зависит от всех конструктивных элемен­тов, входящих в его структурную схему, результатом третьего этапа должно быть составление технических требований на каж­дый из этих элементов.

После определения структурной схемы задача синтеза фильт­ра ПАВ, выполняемая на четвертом этапе, сводится к синтезу преобразователей и других конструктивных элементов по задан­ным параметрам. Поскольку на этом этапе оперируют с парамет­рами, определяемыми только собственными свойствами преобра­зователей без учета реальных нагрузок и аффектов второго по­рядка, то четвертый этап можно назвать синтезом по характеристическим параметрам. На этом этапе выбирается физико-математическая модель (или модели), описывающая работу преобразователей и других конструктивных элементов фильтра с необходимой для конкретного случая точностью, методы расчета частот­ных и временных характеристик, а также топологии конструктив­ных элементов и критерии близости рассчитанных характеристик к заданным.

Результатом решения первой задачи синтеза (аппроксимации) должно быть нахождение реализуемых передаточных функций и импульсных характеристик конструктивных элементов, удовлетво­ряющих заданным критериям близости. Результатом же решения второй задачи синтеза (реализации) должен быть расчет тополо­гии конструктивных элементов и фильтра ПАВ в целом, отвеча­ющих требованиям, заданным на первом и третьем этапах. Вви­ду ограниченности объема здесь будут рассматриваться расчеты электрических характеристик и топологии только встречно-штыревых преобразователей ПАВ, наиболее часто используемых при проектировании фильтров.

Входное и выходное сопротивления фильтра ПАВ зависят от апертур входного и выходного ВШП, который совместно с кон­тактными площадками и технологическими полями определяет ширину звукопровода. Требования же к габаритам звукопровода часто диктуются его стоимостью, типом корпуса, в котором бу­дет размещен фильтр ПАВ и др. Поэтому обычно сопротивления фильтра ПАВ отличаются от сопротивления нагрузок, и на его вхо­де и выходе используются активные или пассивные согласующие цепи. Основной целью пятого этапа является выбор типа согласу­ющей цепи и расчет рабочих параметров фильтра при нагружении на реальные сопротивления.

Если согласующие цепи относительно широкополосны и их основная задача состоит в уменьшении вносимого затухания фильтра, то на этом этапе проектирования обычно достаточно лишь учесть их влияние на рабочую передаточную функцию фильтра ПАВ. При выходе рабочих параметров за пределы поля допуска возможна коррекция топологии преобразователей, сос­тавляющих фильтр. Поскольку влияние широкополосных согласу­ющих цепей на форму АЧХ и ФЧХ фильтра мало, то коррекция топологии преобразователей в этом случае также будет сравни­тельно слабой и монотонной, что не скажется сильно на харак­тере последующих коррекций, необходимых, например, для учета влияния эффектов второго порядка.

Если согласующие цепи сравнительно узкополосны и они вно­сят существенный вклад в формирование общей передаточной функции фильтра, то уже на этапе выбора структурной схемы заданную общую передаточную функцию фильтра следует разде­лить на составляющие передаточные функции преобразователей, других конструктивных элементов и согласующих цепей. В таком случае после расчета рабочих параметров на пятом этапе обычно требуется лишь сравнительно незначительная корректировка топо­логии преобразователей для удовлетворения требований к фор­ме АЧХ и ФЧХ.

Пренебрежение влиянием согласующих цепей может привести к сильным искажениям формы АЧХ и ФЧХ и вызвать коренную перестройку фильтра.

Результатом пятого этапа проектирования должны быть элек­трические схемы входной и выходной согласующих цепей, расчет их элементов, частотных и временных характеристик, а также оп­ределение рабочих передаточных функций, импульсных характе­ристик, сопротивлений и расчет топологии всех конструктивных элементов и фильтра в целом, отвечающих заданным требова­ниям.

Как уже указывалось, эффекты второго порядка оказывают существенное влияние на частотные и временные характеристики фильтра ПАВ, поэтому практически невозможно создание высо­кокачественного устройства без учета и компенсации этих эффектов. Например, на пульсации АЧХ и ФЧХ в полосе пропускания влияют, в первую очередь, электромагнитная наводка, всевозмож­ные отражения и паразитные ОАВ. Затухание же в полосе заграждения определяется в основном дифракцией ПАВ, электро­магнитной наводкой, генерацией паразитных ОАВ, технологиче­скими погрешностями. Коэффициент прямоугольности ухудшается вследствие дифракции и, особенно в широкополосных фильтрах, из-за генерации ОАВ. На режекции в заданных нулях АЧХ су­щественно сказываются технологические погрешности и др.

Характер эффектов второго порядка зависит в основном от материала звукопровода, конструкции преобразователей и режи­мов согласования. Поэтому учет эффектов второго порядка про­изводится на шестом этапе после определения топологии фильт­ра и вида согласующих цепей.

Причины возникновения этих эффектов, методы расчета и спо­собы их уменьшения весьма разнообразны и часто для различных эффектов противоречат друг другу. Поэтому уже на первом эта­пе проектирования необходимо выделить сравнительно узкий пе­речень параметров, наиболее важных для конкретного фильтра, например затухание в полосе заграждения, а на втором и треть­ем этапах определить шути (конструктивные или расчетно-аналитические) уменьшения искажений из-за каждого эффекта, влия­ющего на выделенные параметры, например дифракции, электромагнитной наводки и паразитных ОАВ. Кроме того, на третьем этапе следует выбирать конструкции преобразователей и других элементов в фильтрах, минимизирующих одни эффекты, напри­мер материалы звукопроводов с низким уровнем паразитных объ­емных мод или конструкции экранов, снижающих электромагнит­ную наводку. Тогда на рассматриваемом шестом этапе возможно уже независимо провести компенсацию влияния других эффек­тов, например, путем корректировки топологии преобразователей.

Если не принималось мер уменьшения того или иного эффек­та, на шестом этапе следует оценить степень его влияния на за­данные параметры преобразователей и фильтра в целом.

Результатом проектирования на шестом этапе должно быть определение окончательной структурной схемы фильтра ПАВ, включая конструкции образующих его элементов и согласующие цепи: расчет рабочих параметров с учетом эффектов второго по­рядка и расчет топологии всех конструктивных элементов фильт­ра, в том числе топологии преобразователей, скорректированной для компенсации влияния некоторых из эффектов.

На седьмом этапе осуществляется получение управляющих перфолент или других машинных носителей информации для тех­нологического оборудования с целью изготовления фотошаблонов или непосредственно топологии фильтра и выпуска конструктор­ской документации.

Разумеется, составной частью каждого этапа приведенного процесса проектирования фильтров ПАВ является логическая опе­рация анализа получаемых результатов и определение их правильности или сравнение с заданными параметрами по выбран­ным критериям близости. Если на каком-либо этапе получены не­удовлетворительные результаты, следует вернуться к предыдущим этапам, например, модифицировать структурную схему фильтра или конструкции его элементов, сменить используемую физико-математическую модель или метод расчета на более совершенные, в крайнем случае, снизить исходные требования к параметрам фильтра.

Кроме того, при необходимости в процессе проектирования мо­жет быть введен самостоятельный (восьмой) этап оптимизации конструкции фильтра по стоимости, габаритам, массе, чувстви­тельности к технологическим погрешностям, времени изготовле­ния фотошаблонов или выпуска документации и т. д. После этого можно изготовлять и испытывать лабораторный образец в каче­стве прототипа для дальнейших экспериментальных исследований и доработки фильтра (десятый этап).

В последующих главах в основном рассматриваются задачи, введенные на втором—седьмом этапах.

КОНСТРУКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ПРИЕМА ПАВ

Основным конструктивным элементом любого акустоэлектрон­ного устройства на ПАВ является преобразователь. Для возбуж­дения и приема ПАВ предложено множество способов, которые сводятся к созданию пространственно-периодической системы пе­ременных упругих деформаций на поверхности твердого тела. Наиболее простым и эффективным является возбуждение и при­ем ПАВ с помощью ВШП, представляющего собой двухфазную решетку (табл. 2.1, преобразователь 1) и состоящего из двух гребенок тонкопленочных металлических электродов, вложенных друг в друга и расположенных на поверхности звукопровода. Каждая пара электродов такого преобразователя вследствие обратного пьезоэффекта возбуждает две полезные бегущие поверхностные волны, распространяющиеся во взаимно противоположных на­правлениях, и несколько паразитных объемных мод, распростра­няющихся под углом к поверхности звукопровода. Суммарная ПАВ на выходе передающего ВШП является суперпозицией пар­циальных волн, амплитуды которых зависят от величины пере­крытия излучающих пар электродов, а фазы определяются взаимным положением последних. Наибольшая интенсивность воз­буждения ПАВ наблюдается при условии акустического синхро­низма, когда период подводимого сигнала соответствует периоду решетки преобразователя [17]. Изменяя топологию (число элект­родов, их пространственный период, длину, ширину и т. п.), мож­но варьировать частотные характеристики ВШП. Простота реа­лизации разнообразных частотных характеристик ВШП и предопределила широкое его использование при построении фильт­ров ПАВ.

В простейшем эквидистантном ВШП, имеющем неизменный пространственный полупериод электродов L_n= l₀/2 и постоянную длину электродов, парциальные волны складываются в фазе с оди­наковой амплитудой. В результате АЧХ такого преобразователя, близкая к огибающей спектра прямоугольного радиоимпульса с частотой заполнения w₀, равной частоте акустического синхрониз­ма ВШП, имеет вид sin x/x с уровнем ближайших боковых ле­пестков a _б не лучше —13, 6 дБ. С целью увеличения избиратель­ности ВШП и реализации разнообразных частотных характери­стик предложено множество конструкций ВШП для весовой об­работки амплитуд и фаз парциальных волн. Далеко не полный перечень конструкций ВШП, используемых в фильтрах ПАВ, при­веден в табл. 2.1, за основу которой взята подобная таблица из [31]. Большое разнообразие методов взвешивания ВШП и их мо­дификаций обусловлено в основном ограниченностью получае­мых частотных характеристик и чувствительностью к эффектам вто­рого порядка (отражениям, дифракции, искажению фазового фронта ПАВ и др. [30, 32]).

Наиболее просто взвешивание осуществляется в аподизованном ВШП (табл. 2.1, преобразователь 3), в котором варьирование амплитуд парциальных ПАВ производится изменением перекры­тия (длины) соседних электродов в соответствии с заданной им­пульсной характеристикой. Этот вид взвешивания может рассмат­риваться как амплитудно-импульсная модуляция сигнала. Пре­имуществом метода является высокая разрешающая способность, поскольку взвешивание может производиться непрерывно в широ­ком диапазоне. Кроме того, это наиболее простой и легко воспроизводимый метод для регулирования каждого полупериода тре­буемой импульсной характеристики [33].

Одной из главных проблем, присущих методу взвешивания из­менением длины электродов, является точное воспроизведение ма­лых амплитуд, что требуется для реализации затухания в поло­се заграждения свыше а _гар=50¸ 60 дБ. Это ограничение связано с действием эффекта дифракции пучка ПАВ от малых апертур. Искажения же амплитудного и фазового фронтов ПАВ в аподизованном ВШП практически исключают возможность использо­вания двух подобных ВШП в одном фильтре с целью перемно­жения их передаточных функций и ослабления требований к каж­дому преобразователю. Обойти эту проблему позволяет примене­ние второго ВШП со сравнительно плоским фронтом излучаемых ПАВ (например, преобразователи 1, 2, 11, 13, 14, 16, 17, 19, 21, 23 в табл. 2.1) или МПО, выравнивающего эти фронты.

Поскольку полоса пропускания ВШП обратно пропорциональ­на числу его электродов, то в эквидистантном аподизованном ВШП сильно возрастают отражения от многоэлектродной струк­туры при полосах менее D f ₃/ f ₀=2¸ 5%. Наоборот, при D f ₃/ f ₀> 30% отражения малы, но нарушается непрерывность воспро­изведения заданной импульсной характеристики, что также при­водит к искажению АЧХ. Отражения можно снизить, применив структуры ВШП с расщепленными электродами, с изломом электродов вне зоны перекрытия или секционированные ВШП с пе­риодическим прореживанием электродов [34] (табл. 2.1, преобра­зователи соответственно 2, 6, 7). Однако из-за дополнительной дискретизации импульсной характеристики в АЧХ секционирован­ных ВШП появляются ангармонические отклики, подавить

Таблица 2.1. Основные конструкции ВШП для фильтров ПАВ

Тип ВШП и способ взвешивания	Конструкция	Достоинства	Недостатки
1. Неаподизованный эквидистантный (без взвешивания)		Простота расчета	Плохая прямоугольность, большой уровень боковых лепестков
2. Неаподизованный с расщеплен­ными электродами (без взвешива­ния)		Малый коэффициент отра­жения	Большая вероятность дефектов изготовления
3. Аподизованный эквидистантный (взвешивание измене-нием длины электродов)		Высокий коэффициент пря-моугольности, полоса до 30%	Искажения фазового фронта ПАВ и чувствительность к дифракции
4. Аподизованный с пассивными электродами вне зоны перекрытия электродов		Снижение фазовых искаже­ний фронта	Искажение АЧХ из-за отражений от пассивных электродов, чувстви­тельность к дифракции ПАВ
5. Аподизованный срасщепленны­ми индивидуально взвешенными эле­ктродами		Малый коэффициент отраже­ния, возможность реализации сложных АЧХ	Большая вероятность дефектов изготовления
6. Аподизованный с изломом эле­ктродов вне зоны перекрытия		Малый коэффициент отраже­ния	Чувствительность к дифракции
7. Аподизованный секционирован­ный (изменение длины и периодиче­ское прореживание электродов)		Малый коэффициент отраже­ния	Ангармонические отклики в АЧХ

Продолжение табл. 2.1

Тип ВШП и способ взвешивания	Конструкция	Достоинства	Недостатки
8. Аподизованный с металлизацией вне зоны перекрытия		Малый коэффициент отраже­ния	Дисперсия ПАВ
9. Аподизованный с малым взве­шиванием электродов		Уменьшение отражения и переотражения	Фазовые искажения фронта ПАВ
10. Со ступенчатым фронтом из­лучения		Возможность подавления объемных волн	Дифракция парциальных пучков
ll. Однонаправленный (сдвиг двух половин ВШП на 90°)		Высокочастот-ность	Узкая полоса, большой уровень боковых лепестков
12. Модифицированный однонап­равленный		Широкополос-ность	Верхняя граничная частота ниже в 2 раза
13. Со взвешиванием ширины эле­ктродов		Однородность звукового пуч­ка по апертуре	Недостаточный выбор реализуе­мых АЧХ, боль- шой уровень бо- ковых лепестков
14. Со взвешиванием селективным удалением электродов		Снижение фазовых искаже­ний фронта и дифракции	Увеличение уровня боковых лепест­ков при расстройке
15. Наклонный		Снижение акустических отра­жений	Высокие вносимые потери
16. Эквидистантно-групповой (из­менение периода)		Уменьшение дифракция	Большой уровень боковых лепест­ков

Продолжение табл. 2.1

Тип ВШП и способ взвешивания	Конструкция	Достоинства	Недостатки
17. Неэквидистантный неаподизованный (взвешивание периода элек­тродов вдоль направления распрост­ранения ПАВ)		Широкопо-лосная дисперсия	Изрезанность фазовой характери­стики, большой уровень боковых ле­пестков
18. Неэквидистантный аподизованный (изменение периода и длины электродов)		Возможность управления ви­дом АЧХ	Дискретная изрезанность фазовой характеристики
19. Веерный неаподи-зованный (со взвеши-ванием периода электродов поперек направления распростране­ния ПАВ)		Высокий коэффициент прямоуголь-ности	Большой уровень боковых лепест­ков
20. Веерный аподизованный (изме­нение периода и длины электродов)		Высокий коэффициент пря­моугольнос- ти	Большой уровень боковых лепест­ков
21. С емкостным взвешиванием		Отсутствие дифракции, малое взаимное влияние электродов	Необходимость подавления проти­вофазного излучения
22. С последова-тельным взвеши­ванием электродов		Слабая чувстви-тельность к замыканиям, снижение ди­фракции	Ангармони-ческие отклики в АЧХ
23. Дифракционный		Малая чувстви-тельность к раз-рывам электро-дов, повыше­ние уровня допусти-мой мощ­ности	Малая эффективность преобразо­вания

Окончание табл. 2.1

Тип ВШП и способ взвешивания	Конструкция	Достоинства	Недостатки
24. С пьезоэлектрическим слоем		Возможность использования аморфных под-ложек, управле­ния эффектив-ностью	Дисперсия, усложнение технологии
25. С акустически согласующим слоем		Уменьшение потерь преобра­зования	Усложнение технологии

кото­рые до уровня —(40—50) дБ относительно основного сложно. Пе­реход на более высокие гармоники позволяет также уменьшить реализуемую полосу пропускания при одновременном снижении искажений из-за отражений.

С целью снижения потерь, обусловленных двунаправленностью излучения ПАВ, используют однонаправленные ВШП (табл. 2.1, преобразователи 11, 12), одна из половин которого смещена на половину длины волны и служит отражателем для обратной ПАВ. Поскольку для повышения эффективности отражения тре­буется большое количество электродов, этот тип преобразовате­лей является узкополосным [35].

Эффективность возбуждения ВШП зависит от ширины элект­родов [36], поэтому, изменяя ширину электродов вдоль направ­ления распространения ПАВ (табл. 2.1, преобразователь 13), мож­но равномерно взвесить 'преобразователь в соответствии с задан­ной импульсной характеристикой [33]. Этот метод взвешивания может рассматриваться как широтно-импульсная модуляция сиг­нала. Основным недостатком этого метода взвешивания являет­ся чувствительность к технологическим погрешностям и требова­ние высокой разрешающей способности фотолитографии при изготовлении. Последнее обусловлено тем, что малые величины взвешивания реализуются при очень узких электродах. Это озна­чает, что взвешивание изменением ширины может использовать­ся только в низкочастотных устройствах [33]. Кроме того, диапа­зон взвешивания амплитуд парциальных волн очень мал и не пре­вышает 2, 5: 1, что существенно ограничивает класс реализуемых частотных характеристик.

Можно частично обойти указанные проблемы, используя ВШП с переменной шириной, работающие на пространственных гармо­никах, что позволяет осуществлять взвешивание не только амп­литуд, но и фаз возбуждаемых ПАВ.

Взвешивание при селективном удалении электродов (табл. 2.1, преобразователь 14) осуществляется благодаря возникшему при этом перераспределению зарядов между электродами [37]. Метод аналогичен комбинации время-импульсной и широтно-импульсной модуляции сигнала. Вследствие дополнительной дискретиза­ции импульсной характеристики и интерференции волн от раз­личных групп электродов в АЧХ преобразователя возникает ряд ангармонических откликов, имеющих уровень до а _б = = -(35¸ 40) дБ вблизи полосы пропускания и увеличивающих­ся до а _б = -(15¸ 20) дБ при расстройке на 8—10 полос. Взвеши­вание селективным удалением электродов точнее аппроксимирует заданную импульсную характеристику при увеличении числа электродов. Поэтому метод лучше подходит для реализации уз­ких полос пропускания.

Значительно расширить полосу пропускания по сравнению с эквидистантными ВШП возможно путем взвешивания.простран­ственного периода электродов вдоль или поперек направления распространения ПАВ (табл. 2.1, преобразователи 16—20). Реа­лизация заданных передаточных функций неэквидистантного ВШП со взвешиванием периода вдоль направления распростране­ния ПАВ аналогична получению спектра сигнала с комбинацией частотной и широтно-импульсной модуляцией. Вследствие френелевских пульсации АЧХ такого ВШП сильно изрезана. Кроме то­го, при несимметричном взвешивании ФЧХ преобразователя нелинейна и также пульсирует. Снизить пульсации АЧХ и ФЧХ воз­можно путем дополнительного амплитудного взвешивания (табл. 2.1, преобразователь 18), приводящего к ухудшению прямоугольности [3, 4]. Реализация сравнительно узких полос пропу­скания (менее 5—10%) с помощью неэквидистантных ВШП за­труднена, так как при этом требуется высокая разрешающая спо­собность технологического оборудования для обеспечения малых отличий соседних периодов.

В веерных ВШП со взвешиванием периода электродов попе­рек.направления распространения все электроды наклонены на малый угол Q, который равен нулю в центре и возрастает до q_макс на краях преобразователя [38]. Вследствие расхождения пуч­ка ПАВ, вызывающего провал в АЧХ, угол q_макс ограничен 3—5°. Веерные преобразователи позволяют реализовать взвешивание sin x/x, что определяет высокую прямоугольность их АЧХ. С целью увеличения избирательности возможно использование дополнительного слабого амплитудного взвешивания изменением длины электродов. К недостаткам веерных ВШП следует отнести уве­личение отражений при полосах пропускания менее 3%.

Обеспечить сравнительно плоский фронт излучаемой ПАВ при взвешивании амплитуд парциальных волн можно путем изменения напряжения, подаваемого на электроды. Наиболее просто изме­нять напряжение на излучающих электродах в основном ряду можно с помощью емкостного делителя, подобного аподизованному ВШП, но работающего на другой частоте [39]. Перекрытие электродов в дополнительном ряду емкостного делителя полно­стью определяют потенциалы на нижнем электроде в основном ряду (табл. 2.1, преобразователь 21). Благодаря плоскому излу­чаемому фронту возможно использование в фильтре ПАВ двух ВШП с емкостным взвешиванием с целью повышения избиратель­ности. Недостатком подобных ВШП является трудность реализации сложных форм АЧХ и ФЧХ.

Таблица 2.2. Типичные параметры, реализуемые ВШП различных конструкций

* Полоса пропускания приведена при работе ВШП на третьей гармонике.

** Значения коэффициента прямоугольности даны по уровням 20/3 дБ.

*** При расстройке на 8—10 полос пропускания.

Другим вариантом взвешивания по напряжению является деление каждого отвода, образованного парой противофазных элек­тродов, на несколько элементов (табл. 2.1, преобразователь 22). Элементы электрически связаны последовательно, обеспечивая де­ление напряжения на отводах. Когда расстояние между отвода­ми большое, напряжение в зазоре пропорционально числу отрез­ков в отводе. Из этого следует, что может быть реализовано только дискретное множество амплитудных весовых функций [33]. Метод последовательного взвешивания по сравнению со взвешиванием селективным удалением электродов позволяет более точно вос­произвести заданную импульсную характеристику, в частности при малых амплитудах. Это позволяет использовать в одном ВШП комбинацию последовательного взвешивания для реализации ма­лых амплитуд и изменение длины электродов для больших амп­литуд.

Следует отметить характерную особенность ВШП с последо­вательным взвешиванием. Если при изготовлении зазор в одном из отводов с А _э последовательно связанными элементами замы­кается накоротко, то в остальных элементах напряжение увели­чивается в А _э/ А _э-1 раз. Следовательно, весовая функция прак­тически останется без изменения и единственным эффектом бу­дет некоторое искажение равномерного распределения амплитуды [33].

Применение тех или иных конструкций ВШП с различными методами взвешивания определяется кругом требований к параметрам фильтра ПАВ. Типичные параметры, реализуемые ВШП, наиболее часто используемых конструкций, сведены в табл. 2.2. Значения параметров усреднялись по экспериментальным данным в предположении, что электромагнитная наводка и генерация па­разитных ОАВ приблизительно одинаково ухудшают различные параметры во всех рассмотренных конструкциях ВШП. Величина вносимого затухания дана для режимов полного согласования или незначительного рассогласования с сопротивлением нагрузки 50— 75 Ом.

Представленные в табл. 2.1 и 2.2 сведения могут служить ру­ководством при выборе типа ВШП для проектируемого фильтра ПАВ по конкретным требованиям.