Введение к работе
" . Актуальность темы диссертации.
> В последнее десятилетие все большее 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 (ОФ). Такими устройствами являются конвольверы и дисперсионное линии задержки (ДЛЗ), на основе которых и строятся аналоговые блоки корреляционной обработки сигналов в широкополосных 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.
<" " :.-
Наиболыпее внимание в работе* уделено экспериментальным 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 электродов для широкополосных ПАВ-конвольверов и ДЛЗ. Научная новизна раьоты состоит в том, что:
1) Проведен расчет.величины сигнала свертки для пленарно-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.
-
Предложена конструкция планарно-поперечного ПАВ-конвольвера, 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.
-
Впервые предложено использование ВШП с емкостным взвешиванием электродов для расширения полосы "обрабатываемых сигналов в
ПАВ-конвольвере.
Практическая ценность работы:
-
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.
-
Исследована предложенная конструкция пленарно-поперечного ПАВ- конвольвера на основе слоистой структуры YZ срез- LiNb03-Si0x -InSb, 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.
-
Проведены исследования ПАВ-конвольвера на основе дисперсионных ВШП с емкостным взвешиванием электродов. Подтверждена возможность формирования АЧХ прямоугольной формы 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.
-
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.
-
Использование дисперсионных ВШП с емкостным взвешиванием электродов для создания ПАВ-конвольвера позволяет существенно улучшить его технические характеристики , в частности, расширить полосу частот обрабатываемых сигналов и уменьшить искажения фазо-частотной характеристики .
-
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.
-
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).
-
Планарно-полеречный ПАВ-конвольвер, у которого полупроводниковая пленка выполнена в виде узкой полоски, расположенной под некоторым углом к направлению ааспрастранения 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.
