ПАВ-элементы для обработки широкополосных сигналов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Р Г Б ОД

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи удк 538.955

НИСАФИ АБДУЛ МОХСЕН ПАВ-ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ 01.04.10 - Физики полупроводников -и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Фрязино - 1996

- г -

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники РАН. Научные руководители: Научный руководители

Официальные оппоненты: -член Корр. РАН Пустовойт В.И., дирек

Ведущая организация - НПО "ЭЛЛА", г. Зеленоград.

Защита состоится "5" сентября 1996 г. в 13-00 на заседаню специализированного совета К 002.74.01 при Институте радиотехню и электроники РАН по адресу:141120, Фрязино, Московская обл., ш Введенского, 1.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИРЭ.

Автореферат разослан" $" "0$ 1996 г.

Ученый секретарь

академик ГУЛЯЕВ Ю.В д.ф.-м.н. МЕДВЕДЬ A.B. к.ф.-м.н. БОРИТКО „С. В.

тор ЦКБ Уникального приборостроения РАН,Москва.

к.ф.-м.н. Багдасарян A.C., директор "ЭДКО", Москва.

специализированного совета кандидат физико-математических наук

И.И.Чус

" ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы диссертации.

>В последнее десятилетие все большей внимание уделяется разработке широкополосных систем связи. Широкополосные системы связи обладают рядом преимуществ по сравнению с простыми системами . К таким преимуществам, в первую очередь, относятся увеличение дальности связи при той же мощности передатчика, -высокая скрытность и малая чувствительность к интерференционным помехам.

^ Устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ) нашли применение в этой области, в частности для корреляционной обработки сигналов с большим значением произведения их длительности на ширину полосы, то есть для согласованной фильтрации (СФ). Такими устройствами являются конвольверы и дисперсионное линии задержки (ДЛЗ), на основе которых й строятся аналоговые блоки корреляционной обработки сигналов в шрокополосных систем связи.

Все возрастающие требования к современным системам связи, в свою очередь повышают требования к устройствам на ПАВ. Существующие ПАВ- конвольверы и ДЛЗ уже не в состоянии обеспечить обработку сигналов с широкой полосой, которая требуется в современных системах связи. Возникает задача поиска новых путей построения ПАВ -элементов, которые бы обеспечивали реализацию этих новых повышенных требований. ' ,

,Целью настоящей работы является исследование возможности создания ПАВ-элементов, таких как ПАВ-конвольверы и ДЛЗ, которые обеспечивали бы обработку сигналов в значительно более широкой полосе частот, чем существующие ПАВ-устройства, что и определяет актуальность работы.

- 4 -

<" ^ /

Наибольшее внимание в работе* уделено экспериментальнш и теоретическим исследованиям волноводных ПАВ-конвольверов и конвольве-ров, созданных на основе слоистых структур пьезоэлектрик - полупроводниковая пленка, а также вопросу использования так называемых встречно-штыревых преобразователей (ВШП) с емкостным взвешиванием

--у

электродов для широкополосных ПАВ-конвольверов и ДЛЗ.

Научная новизна равоты состоит в том, что:

1) Проведен расчет.величины сигнала свертки для планарно-по-

)

перечного ПАВ-конвольвера, в случае, когда толщина полупроводниковой пленки сравнима с дебаевским радиусом экранирования. При этом предполагалось, что концентрация носителей тока в приповерхностной области полупроводника изменяется за счет инжекции носителей под воздействием электрических полей, сопровождающих ПАВ (высокочастотный эффект поля).

2). Проведено исследование влияния эффектов второго порядка по параметру неровности на характеристики распространения ПАВ в отражательных структурах. Расчет угловой зависимости коэффициента отражения ПАВ во втором порядке малости по параметру неровности для плавленого кварца' (коэффициент Пуассона 0.17) показал, что углы нулевого отражения,существующие в брэгговском случае, отсуствуют.

3) Предложена конструкция планарно-поперечного ПАВ-конвольве-ра, у которого полупроводниковая пленка выполнена в виде узкой полоски расположенной под углом к направлению распространения ПАВ, что позволяет существенно снизить электронное затухание и, следовательно, повысить эффективность работы ПАВ-конвольвера.

4) Впервые предложено использование ВШП с емкостным взвешиванием электродов для расширения полосы "обрабатываемых сигналов в

ПАВ-конвольвере.

Практическая ценность работы:

1) Создан широкополосный волноводный ПАВ-конвольвер на основе широкоапертурного аподизированного ВШП с многополосковыми концентраторами (МПК) с рабочей частотой 190 МГц, временем интегрирования 10 мкс, и полосой пропускания 41 МГц, эффективность работы конвольвера составила -66 дБм.

2) Исследована предложенная конструкция планарно-поперечного ПАВ- конвольвера на основе слоистой структуры ЧЪ срез- ЫШЭЗ-БЮх -1пЗЬ, у которого полупроводниковая пленка выполнена в виде узкой полоски шириной 35 мкм, расположенной под углом 12° к направлению распространения ПАВ. При этом эффективность работы конвольвера по сравнению с обычной конфигурацией возросла на 8 дБ при одновременном снижении величины напряжения смешения в 10 раз.

3) Проведены исследования ПАВ-конвольвера на основе дисперсионных ВШП с емкостным взвешиванием электродов. Подтверждена возможность формирования АЧХ прямоугольной Форш со сравнительно малыми отклонениями рЧХ от линейного закона. Создан ПАВ-конвольвер на основе дисперсионных ВШП с емкостным взвешиванием электродов, обеспечивающий относительную полосу пропускания 36% на центральной частоте 96 МГц, временем интегрирования 20 мкс. При этом выходная АЧХ имела коэффициент прямоугольности «1.2, а отклонение фазы выходного сигнала конвольвера от линейного закона в рабочей полосе частот не превышало пяти градусов, внутренняя эффективность работы конвольвера -64 дБм.

4) Рассчитаны фильтры сжатия ЛЧМ сигналов с центральной частотой 100 МГц, длительностью растянутого сигнала 10 мкс и полосой

ЛЧМ сигнала 18 МГц. Изготовлены опытные макеты таких Фильтров на подложке из ниобата лития с системой отражательных канавок и ВШП с емкостным взвешиванием электродов, и проведены их экспериментальные исследования, подтверждающие, что использование ВШП с емкостным взвешиванием электродов позволяет получить близкую к оптимальной форму импульсного отклика, преимущественно за счет АЧХ преобразователей. Разработан пакет программ для расчета функций взвешивания и получения данных, необходимых для изготовления таких ВШП с емкостным взвешиванием электродов.

Положения, выносимые на защиту.

1) Использование дисперсионных ВШП с емкостным взвешиванием электродов для создания ПАВ-конвольвера позволяёт существенно улучшить его технические характеристики , в частности, расширить полосу частот обрабатываемых сигналов и уменьшить искажения фазо-частотной характеристики .

2) Использование ВШП с емкостным взвешиванием электродов в фильтрах сжатия ЛЧМ сигналов на ДЛЗ позволяет взвешивать импульсный отклик преимущественно в самом преобразователе, что в сочетании с используемыми методами дает возможность более точно синтезировать импульсный отклик и, тем самым, улучшить характеристики устройств при одновременном упрощении технологии их изготовления.

3) Эффект свертки сигналов в планарно-поперечном ПАВ-конволь-вере обуславливается изменением поверхностной проводимости тонкой полупроводниковой пленки под воздействием электрических полей, сопровождающих ПАВ (высокочастотной эффект поля).

4) Планарно-поперечный ПАВ-конвольвер, у которого полупроводниковая пленка выполнена в виде узкой полоски, расположенной под некоторым углом к направлению паспрастранения ПАВ, но так, что она

полностью перекрывает ширину звукового потока взаимодействующих волн, обеспечивает, по сравнению с обычным, большую эффективность свертки сигналов при одновременном снижении напряжения питания.

5) При наклонном падении ПАВ на периодическую систему мелких канавок возможно когерентное отражение ПАВ во втором порядке малости по малому параметру неровности. В отличие от случая Брэг-говского отражения, при отражении во втором порядке малости по параметру неровности не наблюдается углов нулевого отражения.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: Международном симпозиуме по акустоэлектронике и контролю частоты, Москва 1996, на Международном симпозиуме по поверхностным волнам в твердых телах и слоистых структурах и на Национальной конференции по акустоэлектронике, Москва-СанктПетербург,1994г., на XVI Всероссийской конференции с международным участием по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела, Сыктывкар, 1994г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура диссертации. Диссертация включает введение, 4 главы, изложенных на 156 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 5 таблиц и 100 наименований литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая ценность работы, формулируется цель исследования.

Первая глава диссертации является вводной. В ней по литературным данным кратко описываются известные принципы работы и конструкции существующих ПАВ-конвольверов и ДЛЗ, приводятся лишь те сведения, которые понадобятся при изложении основной части диссер-

гадии.

В главе 2 рассмотрены вопросы создания различных вариантов широкополосных волноводных ПАВ-конвольверов на основе узкоапертур-ного аподизированного ВШП и широкоалертурного ВШП с концентраторами.

Проведенные исследования влияния наличия многополосковых концентраторов на основные характеристики волноводных ПАВ-конвольворов показали, что наличие периодических элементов сжатия волнового луча может искажать частотные характеристики волноводных ПАВ-конвольверов и могут вносить существенные ошибки при обработке сложных сигналов.

Был изготовлен образец ПАВ-конвольвера с многополосковыми концентраторами со следующими параметрами:

- рабочая частота Рз=56.б МГц-, ширина волновода <1=3.5Х; длина интегрирующих электродов Ь=19 мм.

Эффективность работы конвольвера составила Свнутр =-53 дБм при длительности обрабАтываемого сигнала Т=5.4 мкс. Однако, было замечено отклонение формы выходного сигнала от треугольной при прямоугольных входных сигналах. Кроме того, АЧХ устройства оказалась сильно изрезана. Нам кажется, что причина искажений выходного сигнала в данном конвольвере заключается в эффективном переотражении ПАВ между многополосковыми концентраторами и входными ВШП.

Для уменьшения " паразитного " влияния многополосковых концентраторов достаточно незначительно/ на 5-10% / изменить период в верхнем канале концентраторов и тем самым изменить условия переот-ражениия. Для проверки данного предположения нами был рассчитан и реализован волноводный ПАВ-конвольвер с многополосковыми концентраторами на частоту 190 МГц с полосой пропускания В=41 МГц и вре-

менем интегрирования Т-11 мкс (L-38 мм). Концентраторы содержали 90 полос и обеспечивали сжатие в 10 раз. Эффективность работы кон-вольвера составила -65 дБм, значение произведения ТВ=451, динамический диапазон составлял 60 дБ.

В главе 3 приводятся результаты исследования нелинейного акустоэлектронного взаимодействия в монолитной структуре ниобат лития - окись кремния - пленка антимонида индия.

При расчете величины выходного сигнала планарно-поперечного ПАВ-конвольвера обычно предполог лось, что механизм возникновения свертки-коицентрационная нелинейность 113. Однако, в случае тонких полупроводниковых пленок, возможен другой подход. А именно, эффект свертки сигналов может определятся изменением электропроводности полупро^никовой пленки за. счет высокочастотного эффекта поля, т.е. концентрация носителей тока в приповерхностной области пленки изменяется за счет инжекции носителей под воздействием электрических полей, сопровождающих ПАВ. В предположении малости электрического потенциала, создаваемого поверхностный волной <рПав по сравнению с поверхностным потенциалом полупроводника <ps , получено выражение для величины сигнала свертки:

00

UcB=A^.Ucm.exp(2i(ùt).ÎUini(t).Uin2(t-T))dt. (1).

-00

где:

А*= С (2. Я. К2. <х. е3. |in. п0) / (W0. £р. «s • КТ2 ) ]. r«j. ехр (- 2. d/td) Ai / Аг

Ai=[\. (exp(-2ф3)-1 ) +2.4>s.exp(-<]>s)• (1/Х-Х)+3/Х. (exp(-^s)-l)^ ;

Аг-С-Х. (exp(-4>s)-l)+l/X. (exp(+s)-l)- (1/X-X).*S)3/Z-

е.ф3 Nd (e.KT)

4>s=- , X= - , rd= V-5-s

KT nj (4.7t.e2. ni)

где,- ширина полупроводниковой пленки, га- дебаевский радиус. К2- константа электромеханической связи. ер- диэлектрическая проницаемость звукопровода. а- коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую волну. иьх~ напряжение на ВШП. иСщ-напряжение смещения. 1?т- импеданс входного ВШП (=50 ОМ), 1?н- импеданс нагрузки (=50 ОМ), к-константа Больцмана, Т-температура, е-заряд электрона, безразмерный электрический потенциал, А-ха-ракгеристика степени легирования полупроводника, Ш-концентрация электронов в собственном полупроводнике, N<1 концентрация доноров, ¿-толщина пленки, частота ПАВ, У3- ее скорость.

Из полученной формулы (1) видно, что иСв квадратично зависит от входного напряжения (линейно по каждому из каналов), линейно зависит от напряжения смешения и не зависит от его полярности, падает с увеличением толщины полупроводниковой пленки.

Анализ формулы(1) показывает, что наибольшее влияние на величину выходного сигнала свертки оказывает ошибка в определении значения поверхностного потенциала Фэ- На рис.1 сплошными линиями представлены рассчитанные по формуле зависимости сигнала свертки от иСщ(смещения) и входного сигнала Шп при предполагаемой ошибке в определении поверхностного потенциала 10% для структуры, рассмотренной в работе " ОгпбМ" С1]. Точками показаны эксперменталь-ные данные взятые из той же работы. Видно хорошее совпадение результатов, что свидетельствует о провомерности рассмотренного подхода.

Следует отметить, что в данном устройстве, показанном на рис.2.а, полупроводниковая пленка занимает всю область взаимодействия ПАВ на поверхности звукопровода и, следовательно, вносит довольно сильное затухание, особенно на высоких частотах. Однако,

г

можно видоизменить конструкцию конвольвера, а именно, полупроводниковую пленку выполнить в виде узкой полоски (ее ширина может быть даже порядка длины волны ПАВ), расположенной под некоторым углом к направлению распространения ПАВ, но так, чтобы она полностью перекрывала ширину звукового потока взаимодействующих волн. (см.рис.2.б) При этом угол между полупроводниковой полоской и направлением распространения ПАВ выбирается из условия 8>агс1й,(М/и, где Ч апертура преобразователей ПАВ.

В предложенной структуре большую часть пути между преобразователями волны проходят без электронного поглощения, следовательно, их интенсивности в области взаимодействия возрастают, т.е. должна увеличиваться и эффективность свертки. Кроме того, отражение ПАВ от границ полупроводниковой пленки не приводит к росту паразитных многозаходных сигналов, поскольку ПАВ отражаются под углом и в фазе с основным сигналом в дальнейшем обрабатываться не могут.

Экспериментально исследовались две структуры, изготовленные в одном технологическом цикле: обычная и с косым расположением полупроводниковой полоски (ее ширина составляла 35 мкм, длина Ь=10 мм, угол наклона 12 град).

Эксперимент показал, что у предложенной структуры эффективность возросла на 8 дБ при одновременном снижении напряжения смещения почти в 10 раз.

В четвертой главе рассмотрена возможность создания более широкополосных ПАВ-конвольверов, использующих дисперсионные ВШП с емкостным взвешиванием электродов[2,3].

Рабочие характеристики, которые могут быть достигнуты в уст-

Übt

Ucm,_rm

ЛГ 4 InSb

£/cm •—H|—. Ucb

M ÍO I

At InSy

ю.

ройствах обработки сигналов на ПАВ, непосредственно связаны с возможными техническими характеристиками ВШП - формой АЧХ, полосой пропускания, отклонениями ФЧХ от линейного закона, вносимыми потерями и др. В устройствах на ПАВ, особенно в широкополосных, заданная форма АЧХ достигается аподизацией - изменением перекрытия электродов вдоль ВШП. Метод аподизации является универсальным и дает хорошие результаты применительно к полосовым фильтрам на ПАВ. Однако, применение этого метода в конвольверах ограничено тем обстоятельством, что алодизированные ВШП возбуждают ПАВ с неравномерным распределением акустической энергии по апертуре. В широкого^ лосных конвольверах используются ВШП с апертурой, оптимальной для согласования с внешними цепями и сжимающими МПО, которые сужают акустический луч до ширины волновода. Обычно коэффициент сжатия таких МПО 1:10. Однако алодизированные ВШП плохо согласуются с МПО опять же из-за неравномерного распределения акустической энергии по апертуре акустического луча.

Фазовые ошибки в таких конструкциях велики и составляют 20° и более, а концентраторы с полосой пропускания более 257. трудно выполнимы . Фазовые же ошибки вносят особенно сильные искажения при обработке фазомодулированных кодов, перспективных, например, для использования в системах сотовой телефонной связи.

В Институте Радиотехники и электроники РАН группой сотрудников под руководством академика Ю.В.Гуляева разработан новый тип ВШП, позволяющий синтезировать АЧХ нужной формы при равномерном распределении акустической энергии по апертуре звукового луча. Это ВШП с емкостным взвешиванием электродов.

Такой ВШП состоит из основного ряда электродов с одинаковым

перекрытием электродов и дополнительного ряда электродов с переменным перекрытием электродов. Пространственный период расположения электродов в дополнительном ряду отличается от пространственного периода электродов в основном ряду, причем соотношение периодов выбирается из условия, чтобы 'полоса частот интенсивной генерации ПАВ дополнительным рядом находилась бы за пределами заданной рабочей полосы устройства. Кроме того, в конвольвере на основе ВШП с емкостным взвешиванием электродов возможно компенсировать дисперсионные эффекты, а также управлять формой выходной АЧХ и ФЧХ.

В работе исследовался конвольвер, использующий дисперсионный ВШП с емкостным взвешиванием электродов с относительной полосой пропускания 36% при центральной рабочей частоте устройства 95 МГц, выполненный на кристаллах из ГС-ЬлЫЮз с длиной . интегрирующего электрода, соответствующего времени интегрирования 20 мкс. Конвольвер содержал два дисперсионные ВШП с емкостным взвешиванием электродов, расположенных одинаковым образом путем параллельного перенося топологии ВШП вдоль интегрирующего электрода, что обеспечивало бездисперсионный режим работы. ВШП имели основной ряд из расщепленных электродов с одинаковым перекрытием, и изменяющееся в соответствии с нужным зачоном дисперсии расстояние между соседними электродами с тем, чтобы перекрыть заданную полосу пропускания. Дополнительной ряд ВШП был также дисперсионным и содержал нерас-щепленные электроды с периодом вдвое меньшим, чем у основного ряда.

Положении электродов в дополнительном ряду определялись в соответствии с соотношением:

^ = (.{0-ЬГ/г).х/Ь£. [/(1+(п-1)М/(Г0-М/2)).-1]. (2)

при п меняющемся от 1 до N=2^+1, ^ меняется О до X. где: М-

полное число электродов в ВШП,. fo- центральная частота преобразователя, /if- его полоса пропускания, х- выбранная величина дисперсии в ВШП - длительность его импульсного отклика.

Для уменьшения осцилляции Гибса определенное количество электродов на краях преобразователя взвешивалось по функции cos2(х). Весовые коэффициенты an = a(tn) вдоль ВШП учитывали зависимость амплитуд возбуждаемой ПАВ от локальных частот акустического синхронизма в ВШП. При этом a(tn) - (fr/(fn)max)~3/2. а величины перекрытия Ln электродов дополнительного ряда ВШП равнялись Ln=L0.a(tn)/(2-a(tn)), где Lo- • максимальное перекрытие электродов в дополнительном ряду. При этом коэффициент деления подводимого к контактным площадкам напряжения между дополнительным и основным рядом в максимуме амплитуд ПАВ, возбуждаемых в основном ряду составляли 1:1.

Вносимые потери устройства (при измерении в режиме линии задержки) составляли 26 дБ, при прямоугольности « 1.2 по уровням 40 и 3 дБ, неравномерность АЧХ не превышала одного дБ, подавление сигналов -40дб. Внутреняя эффективность работы составляет -64 дБм. Отклонение ФЧХ не превышало 5°. Динамический диапазон конвольвера при измерениях в режиме непрерывных синусоидальных сигналов составлял 25 дБ. Ограничение динамического диапазона обусловлено отражениями ПАВ от ВШП. Как и в известных инструкциях, динамический диапазон может быть расширен при использования балансной схемы конвольвера.

Проведенные исследования подтверждают возможность формирования с помощью дисперсионных ВШП с емкостным взвешиванием электродов АЧХ прямоугольной формы сигнала свертки конвольвера со сравнительно малыми отклонениями ФЧХ от линейного закона.

Использование ВШП с емкостным взвешиванием электродов .представляется также перспективным и в другом типе устройств, использу-

\

емых в широкополосных системах связи . А именно, в фильтрах сжатия ЛЧМ сигнала на ДЛЗ/с отражательными канавками (ОК), Такие ДЛЗ позволяют реализовать большие значения произведения полосы пропускания на длительности ЛЧМ сигнала.

В ЛЧМ фильтре на основе дисперсионного ВШП взвешивание амплитуд импульсного отклика достигается соответствующей аподизацией

неэквидистантного преобразователя, чтобы его частотная характерно' ! \

тика была бы близка к функции Хэмминга. Второй же преобразователь в таких конструкциях является эквидистантным и неаподизованным. В фильтрах сжатия на ДЛЗ с отражательными канавками известны методы взвешивания амплитуд импульсного отклика путем изменения глубины канавок вдоль пути распространения ПАВ. Однако из-за технологических трудностей, таким методом можно производить лишь единичные экземпляры устройств, когда стоимость изделия не имеет значения. Между тем использование ВШП с емкостным взвешиванием электродов позволяет, в сочетании с импульсным откликом системы отражательных канавок, формировать импульсный отклик ДЛЗ близкий к функции Хэм-минга. . ••

В диссертационной работе взвешивание амплитуд импульсного отклика в ДЛЗ с 90° отражением ПАВ на канавках достигалось использованием в устройстве ВШП с емкостным взвешиванием электродов . ВШП с емкостным взвешиванием электродов позволяют, как показали проведенные исследования, формировать импульсный отклик нужной формы преимущественно за счет подбора соответствующей формы АЧХ преобразователей, что в сочетании с АЧХ, формируемой отражательной структурой канавок, которая имее/ форму, близкую к прямоугольной,

позволяет получить результирующий импульсный отклик с огибающей близкой к оптимальной - функции Хэмминга. Были расчитаны и изготовлены предварительные опытные макеты ДЛЗ. Центральная частота ДЛЗ равнялась 100 МГц при длительности импульсного отклика 10 мкс. На входе и выходе устройства использовались два.идентичных эквидистантных ВШП с емкостным взвешиванием электродов. Каждый из ВШП, как и в рассмотренном ранее случае дисперсионных ВШП, содержал основной ряд расщепленных электродов с одинаковым перекрытием всех электродов, равным апертуре акустического луча и дополнительный ряд электродов с переменным перекрытием электродов и апертурой, равной 0,6 от апертуры основного ряда. Перекрытия пар электродов в дополнительном ряду соответствовало формированию в основном ряду функции взвешивания

Cosz(X).[Sin(2X)/2X], где X = Ttj/N, j = ÍW (2М-1)1 (l+2k), M - число пар электродов в основном ряду преобразователя и к = 0...(М-1) - меняется от 0 до М-1 с шагом 1.

Отражательные структуры, состояли из канавок, наклоненных к оси направления распространения ПАВ под углом 46.8° и глубиной h/A = 6'10_3 . Эти данные соответствуют оптимальному углу отражения и глубине канавок.

Проведенные экспериментальные исследования подтверждает возможность такого подхода к формированию импульсного отклика фильтров сжатия ЛЧМ сигналов. Сжатый ЛЧМ сигнал имел форму, близкую к расчетной, вместе с тем наблюдалось и завышение правого бокового лепестка в сжатом сигнале, по сравнению с его расчетной величиной.

По-видимому, этот эффект связан с увеличением активного сопротивления штырей из-за большой апертуры ВШП и связанных с этим

фазовыми ошибками. Если на дополнительный ряд нанести покрытие , позволяющее увеличить межзлектродные емкости ряда, то фазовые искажения существенно уменьшается и подавление первого бокового лепестка увеличается.

Исследованный способ формирования импульсного отклика ДЛЗ может также использоваться совместно со всеми другими известными методами, расширяя их гибкость, и позволяет преодолеть ряд технологических и других ограничений, свойственных этим методам. Метод применим также и в других типах ДЛЗ на ПАВ.

Кроме того в главе теоретически рассмотрен вопрос поиска возможных аномалий угловой зависимости коэффициента отражения ПАВ во втором порядке маолсти по параметру неровности в отражательных структурах.

Периодические или квазипериодические системы неоднородностей чаще всего используются как распределенные "Срэгговские" отратате-ли ПАВ, Однако, если период решетки приблизительно равен длине волны ПАВ, возможно эффективное преобразование ПАВ в объемные акустические волны и наоборот, объемная волна может быть преобразована в ПАВ. Авторы [4] впервые обратили внимание на тот факт, что в этом случае имеет место также сильное отражение ПАВ, обусловленное квадратичными по параметру неровности эффектами. В дальнейшем эффективность преобразования ПАВ в объемные акустические волн и отражения в системах мелких периодических неровностей исследовались в целом ряде работ [5,63 при нормальном падении ПАВ на периодическую структуру, однако не рассмотрена задача при наклонном падении ПАВ на структуру.

Известно, что в брэгговском случае при наклонном падении ПАВ существует угол нулевого коэффициента отражения - аналог угла

Брюстера в оптике, поэтому определенный интерес представляет исследование угловой зависимости коэффициента отражения, обусловленного квадратичными эффектами. Исследованию этого эффекта посвещена эта часть главы.

В предположении синусоидального профиля неровности поверхности плавленного кварца методом теории связанных мод было получено выражение для коэффициента отражения ПАВ как функции угла падения ПАВ на такую отражательную решетку. Анализ этого выражения позволял сделать вывод, что в отличие от случае Брэгговеского отражения, при отражении во втором порядке малости по параметру неровностей не наблюдается углов нулевого отражения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Произведен расчет волноводного ПАВ-конвольвера с апподизи-рованными преобразователями встречно- штыревого типа на частоту 120 МГц, который обеспечивает подавление двухзаходных сигналов 25 дБ. Создан базовый лабораторный макет такого волноводного ПАВ-конвольвера и исследованы его основные характеристики. Эффективность работы данного конвольвера составила Fint=-68 дБм при информационной емкости ВТ=300.

2. Исследования волноводного ПАВ-конвольвера с многополоско-выми концентраторами, осуществляющими сжатие в 10 раз показали, что возможно создать широкополосный волноводный ПАВ-конвольвер с рабочей частотой 180 МГц при полосе пропускания В=41 МГц, имеющий неравномерность АЧХ порядка 5 дБ и эффективность -65 дБм.

3. Проведен расчет величины сигнала свертки для планарно-поперечного ПАВ-конвольЕера, в случае когда толщина полупроводниковой пленки сравнима с дебаевским радиусом экранирования. При этом предполагалось, что концентрация носителей тока в приповерхностной

области полупроводника изменяется за счет инжекции носителей под воздействием электрических полей, сопровождающих ПАВ (высокочастотный эффект поля).

4. Эксперименталвные исследования работы ПАВ-конвольвера на основе монолитной слоистой структуры YZ-срез LÍNB03-подслой SiOx -полупроводниковая пленка InSb- ( толщина пленки 200 нм) показали хорошее совпадение расчетных и экспериментальных значений.

5. Предложена конструкция и исследована работа планарно-по-перчного ПАВ-конвольвера, у которого полупроводниковая пленка выполнена в виде узкой полоски, расположенной под углом к направле-

х

нию раслросранения ПАВ, но так, что она полностью перекрывает ширину звукового потока взаимодействующих волн.

6. Проведены сравнительные исследования предложенной (угол наклона пленки InSb сс=12 град) и обычной конструкции конвольверов созданных на одной подложке YZ-срез LiNb03 в едином технологическом цикле. Полученный выигрыш в эффективности свертки сигналоЕ составил 8 дБм при снижении величины напряжения смешения почти i 10 раз.

7. Произведен расчет дисперсионных ВШП с емкостным взвешиванием электродов для ПАВ-конольвера, работающего на частоте 96 МГц; с относительной полосой пропускания 36%. Создан лабораторный маке' ПАВ-конвольвера, использующего ВШП с емкостным взвешиванием электродов и исследованы его основные характеристики. Проведенные исследования подтверждают возможность формирования с помощью диспер сионных ВШП с ЕВЗ АЧХ прямоугольной формы со сравнительно малым отклонениями ФЧХ от линейного закона, а также возможность управ лять формой выходной АЧХ и ФЧХ, что позволяет в устройствах связ койпецсировать искажения в блоках радиотехнического обрамления.

8. Проведены расчеты фильтров- сжатия ЛЧМ сигнала на основе структур с отражательными канавками, в-которых огибающая импульсного отклика, близкая . к оптимальной, достигается в основном за счет формы АЧХ преобразователей с емкостным взвешиванием электродов. Разработаны, созданы и экспериментально исследованы лабораторные макеты таких фильтров с центральной частотой ,100 МГц и длительностью растянутого сигнала 10 мксек. Получено удовлетворительное согласие экспериментальных результатов с расчетом. Разработан пакет программ для расчета функций взвешивания электродов таких ВШП для ЛЧМ фильтров.

9. При наклонном падении ПАВ на периодическую систему мелких канавок возможно когерентное отражения ПАВ' во втором порядке малости по малому параметру неровности; В отличие от случая Брэг-говского отражения при отражении во втором порядке малости по параметру неровности не наблюдается углов нулевого отражения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих ра-5отах:

[1] YU.V.Gulyaev, V.I.Grigorievski and A,M.Nlsafi. Angular dependence of SAW second order reflection coefficlént from corrugated surface.- Program and Abstracts of the International Symposium on Surface Waves In Solides and Layered Structures, and National Conference on Acoustoelectronics. 1994 May 17-23. Moscow- St. 'etereburg. p. 34.

[2] Боритко C.B., Лавренов А.А, Нисафи A.M. ПАВ-конвольверы [ля широкополосных систем связи.- Тезисы докладов XVI всероссийски Конференции с международным участием по акустоэлектронике и >ивической акустике твердого тела. Сыктывкар, секнтябрь 1994Г, 1.125.

СЗЭ Боритко С.В. Григорьевский В.И. Кмита A.M. Нисафи A.M. • Широкополосный конвольвер, использующий ШЦ с емкостным взвешива-

■ о

нием электродов.- Тезисы доклада на ме!кденародном симпозиуме "Асо-ustoelectroics, frequency control and signal generation'', Москва, 17-19 сентября 1996 г.

V V. !

t43 Боритко С.В. Мансфельд Г.Д. Мевлют W.T. Нисафи A.M. Исследование эффекта свертки вчплнарно-поперчном ПАВ-конвольвере на основе тонкоплоночной слоистой структуры пь езоэлектрик-полупроводниковая пленка. Радиотехника и электроника 1996Г, т. ,No.10 (В печати.).

[5] Боритко С.В. Григорьевский В.И.- Кмита A.M. Нисафи A.M. Исследование возможности использования ВШД с емкостным взвешиванием электродов для создания широкополосных ПАВ-конвольверов.- Письма в ЖТФ. 1996Г.(В печати.)

t63 Grigor,ievski V. I., Kroita A.M., Nisafi A.M. Reflective array. compressor nsing electrode capacitive weighting transducers;-International Symposium " Acoustoelectronics, Frequency Control and Signal generation", Abstracts, Moscow, September 17-19, 1996,p.

' ' ЛИТЕРАТУРА

~Ш Wh Z.S.. Onishi S.,, Clen K.S. Mnolithic thin film semiconductor acoustoelectric convolver -Proc. IEEE Ultrasonics Symposium, 1981,' P. 243-247.

123 Gulyaev .YU.V., Kmita .A.M., Bagdasarian A.S." A transducer of surface acoustic waves4with electrode capacitive weighing". Letters into the jornal of Techical Physics, 1979, v.5,N°.l, pp.697-701. '

[33 Никитин И.П. "Расчет преобразователей с емкостным взвешиванием электродов методом эквивалентных схем". Радиотехника и

. 4 - 23 -

/

электроника',1985, в.4., с. 671-677. 4

[4] 2.Гуляев Ю.В., Плесский В.П., ФТТ, 1979, т.21, N0 2, стр. 3479-3481. Йатухание поверхностной акустической волны.Рэлея-при распространении вдоль периодически возмущенной границы упругого ' тела. , ..

[5] 4.Гуляев Ю.В., Кпесский В.П., УМ, 1989, т.157, N0 1, стр. 85-127. , (

[63.Гуляев-Ю.В., Григорьевский М.И., 'Плесский В.П., ЖГФ,

1979, т.51, N0 7, стр. 1338-1344. Брэгговское отражение волны от / ' периодически неровного участка поверхности упругого тела.

Подписано в печать 01.08.1996 г. Формат 60x84/16. Объем 1.39 усл.п.л. Ротапринт ИРЗ МН. Зак.5г. Тир.100