Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Последнее время характеризуется широким внедрением акустоэле: тронных устройств (АЭУ) на поверхностных акустических волнг (ПАВ) в аппаратуру приема, передачи и обработки информаци (АПОИ). АЭУ позволяют реализовать в АПОИ такие основные фуи ции, как обработку в реальном масштабе времени в диапазоне 1-10С МГц, частотную селекцию, псевдослучайный поиск рабочих часто-передачу и обработку информации шумоподобными сигналами, эт; лонирование, стабилизацию частоты и др. { 83-85 }. АЭУ на ПА имеют высокую температурную стабильность, высокую надежность малые массогабариты. Их отличительной особенностью является от сутствие настройки, возможность совмещения процессов изготовл* ния с микроэлектронной технологией { 86 } .Это обеспечивает широке применение АЭУ в: спутниковой, тропосферной и радиорелейной т ниях связи в составе блоков ППРЧ, ШПС, Фурье-процессоров, ДЛс блоков УПЧ с фильтрами на ПАВ, блоков синхронизации примемс передачи для ШПС систем связи на основе согласованных фильтров н ПАВ, опорных ПАВ- генераторов; радиоизмерительной аппаратуре составе резонаторов на ПАВ, ПАВ-генераторов, ДЛЗ на ПАВ; маги стральнои радиосвязи в составе блоков УПЧ с фильтрами на ПАЕ блоков синхронизации приема и передачи информации; системах Р] и РП в составе блоков УПЧ с фильтрами на ПАВ; системах подвиж ной радиосвязи; телевизионной технике { 87 }.
Эти достижения стали возможны лишь при использовании адеквг физических моделей, описывающих возбуждение и распространение П
езоэлектрических кристаллах, атакже принципов-работы-АЭУ, входящих юстав АПОИ.
Несмотря на прекрасные перспективы применения АЭУ в АПОИ и ачительный прогресс в разработке их физических моделей и конструк-[й, существует еще множество нерешенных вопросов. Параметры лучших бораторных и серийных образцов АЭУ на ПАВ начинают приближаться принципиально достижимым, ограниченным технологическими возмож-)стями и трудноучитываемым эффектами "второго порядка".
Дальнейшее улучшение параметров АЭУ возможно, очевидно, при ізработке новых более совершенных принципов взвешивания, позволяю-их формировать характеристики АЭУ во всех его узлах, новых более со-ршенных конструкций , в которых "минимизированны" т.н. эффекты іторого порядка", а также методов расчета, компенсации и физических эделей, описывающих работу АЭУ.
Целью настоящей работы является разработка новых принципов взвеивания ВШП, новых конструкций АЭУ и использование их на всех этапах ізработки, конструирования , изготовления и применения в АПОИ.
Успешное решение этой важной народно-хозяйственной проблемы по-юляет обеспечить постоянно возрастающий уровень требований к техни-:ским характеристикам АПОИ :
увеличить количество типов акустоэлектронных устройств, освоенных в эомышленности средств связи до 100 с характеристиками не уступающими эовеню зарубежных аналогов;
снизить массогабаритные характеристики узлов АПОИ в среднем в 10 із (повысить надежность узлов АПОИ в 1.5-2 раза (в среднем 15000 час); ісширить функциональные возможности АПОИ;
эолее, чем в десять раз уменьшить площадь пьезоматериалов : дорого-гоящих ниобата и танталата лития , и довести число импедансных АЭУ та мобильных телефонов до 3000 на одной пластине.
Объектами исследований явились АЭУ на ПАВ, являющих основу блокої АПОИ. В состав АЭУ входят акустоэлектронные радиокомпоненты (АРК) встречно-штыревые преобразователи (ВШП), аподизованные ВШП, ВШГ с емкостным взвешиванием электродовдисперсионные линии задержкі (ДЛЗ), различные отражательные структуры и многополосковые ответви тели (МПО), секционированные ВШП и МПО .
разработка физических моделей и новых конструкций АЭУ с емкостньп взвешиванием электродов и фильтров на ПАВ на их основе для спутнике вой, тропосферной и радиорелейной линий связи, РР и РП, телевизионної техники и радиоизмерительной аппаратуры;
разработка физических моделей и исследование нового класса импеданс ных АЭУ в качестве фильтров для подвижных систем связи, в т.ч. для мс бильных телефонов, и цифрового телевидения ;
разработка новых принципов взвешивания устройств на ПАВ;
теоретические и экспериментальные исследования возбуждения амши тудно модулированных ПАВ;
теоретические и экспериментальные исследования использования во: буждения ПАВ на гармониках в АЭУ;
оптимизация топологий АЭУ и разработка систем их автоматизировав ного проектирования (САПР) и изготовления фотошаблонов (САИФ);
исследование новых технологических маршрутов изготовления АЭУ ;
разработка рекомендаций по использованию АЭУ в составе узлов и блс ков АПОИ.
Научная новизна и результаты работы состоят в следующих положі ниях, которые выносятся на защиту:
яовые принципы взвешивания преобразователей ПАВ, разработанные зические модели и конструкции позволяют в равной мере формировать рактеристики АЭУ во всех его узлах. Впервые произведены теоретиче-іє и экспериментальные исследования фильтров на ПАВ с емкостным зешиванием электродов, разработаны САПР и САИФ. Процедура син-sa основана на моделях одиночной полосы, заданных зарядов, эквива-нтных схем, 5-функций с использованием весовых окон , второго поли-миального алгоритма Ремеза при минимаксном критерии уровней пуль-ций и подавления;
использование принципов емкостного взвешивания позволяет повысить ГХ АПОИ: избирательность на 25-35 дБ, улучшить коэффициент прямо-ольности АЧХ фильтров ПЧ без увеличения габаритов и усложнения хнологии изготовления АЭУ;
для повышения частотного диапазона АЭУ в составе АПОИ использова-I возбуждения ПАВ на 5-9 гармониках;
разработанные новые конструкции ступенчатых АЭУ позволяют при тех : характеристиках (избирательности, вносимых потерях и др.) существен-) упростить ( более чем на порядок) технологию изготовления АЭУ на істотах до 2 ГГц, уменьшив в 5-25 раз требования к размеру минимально-і топологического элемента;
импеданс ВШП с большим числом электродов, в зависимости от апер-ры, аналогичен импедансу параллельного или последовательного конту-i LC- контура. Это позволило впервые использовать такие ВШП в прие-эпередающих трактах подвижной и спутниковой системах связи в схемах элосовых и режекторных LC-фильтров вместо LC- контуров и совместить эеимущества LC-фильтров ( малое вносимое затухание, малые пульсации ЧХ и ГВЗ в полосе пропускания, большая рассеиваемая мощность) с пре-чуществами ПАВ-фильтров ( высокая технологичность, воспроизводи-
мость, малые габариты) и обеспечило в производстве такие параметры-ПАВ-фильтров, которые недостижимы в других типах АЭУ, а именно: вносимое затухание -менее 2дБ на частотах свыше 800МГц, пульсации группового времени задержки до 2 не, до нескольких Вт мощности сигналов, подаваемые на вход фильтра.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ Практическая ценность работы состоит в разработке и внедрении в промышленность:
во внедрении новых технологий, методов расчета и новых конструкций АЭУ на предприятиях промышленности средств связи :
-
фильтров импедансного типа для мобильных телефонов,
-
фильтров на ПАВ для головной станции и абонентских конвертеров для кабельного телевидения,
-
телевизионных фильтров на ПАВ на керамике ПКД-124/1, телевизионных фильтров на ПАВ для объединенного канала изображения и звука на ниобате лития и пьезокерамике,
-
телевизионных фильтров на ПАВ для демодуляторов и передатчиков,
-
фильтров на ПАВ для спутникового тюнера на промежуточной частоте 479 МГц;
в проведении исследований и разработке телевизионных фильтров на ПАВ для многостандартных телевизоров согласно опционного соглашения с фирмой "Murata" (Япония);
САПР и САИФ фильтров на ПАВ, ДЛЗ;
рекомендаций по использованию АЭУ на ПАВ в составе узлов и блоков АПОИ.
новой техники ПАВ импедансных фильтров, позволившей проводить разработки на уровне НИОКР с последующей организацией серийного производства следующей номенклатуры устройств:
О режекторных фильтров (серийное производство до 1000 изделий в єну),
g) фильтров для мобильных телефонов (ОКР, организация серийного оизводства),
Ь)фильтров ПЧ для телевидения высокой четкости (ОКР),
і) широкополосных (более 20%) фильтров, не требующих сложных фа-сдвигающих цепей и усложнения технологии их изготовления (ОКР),
j) сверхузкополосных ( менее 0,1%) фильтров для малогабаритных ав-генераторов, устойчивых к параметрам усилителя (ОКР),
к) фильтров для трактов ПЧ передатчиков, ретрансляторов и приемни-в в цифровом телевидении (НИР);
1) фильтров для синтезаторов частот с большим (более бОдБ) внепо-існьш затуханием (НИР);
гл)согласованных фильтров с малым вносимым затуханием (НИР);
п)АЭУ в диапазоне частот до ЮГГц (поисковая НИР). Последнее осо-нно важно для разработчиков АПОИ и РИА, т.к. позволяет отказаться в іапазоне 2-ЮГГц от более сложных, трудоемких и габаритных фильтров l микрополосковых линиях или фильтров на магнитостатических волнах.
Разработанные фильтры на ПАВ изготовлены из ниобата ли-[Я,танталата лития, пьезокерамики, кварца, имеют лучшие технические ірактеристики, чем образцы известных зарубежных фирм.
Настоящая работа в форме научного доклада является обобщением ггоголетних систематических исследований, выполненных под руковод-вом и непосредственном участии автора.
Результаты работы внедрены на ряде промышленных предприятий, т используются в серийном производстве различных типов АЭУ в соста-: узлов и блоков АПОИ, что подтверждается соответствующими актами о вдрении.
Основные результаты работы докладывались на :
Х-ой Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике, г. Ташкент, 1978 г.;
IV-ой Всесоюзной конференции по методике и технике ультразвуковой спектроскопии, г. Вильнюс, 1980 г.;
ІХ-ой Всесоюзной научно-технической конференции по микроэлектронике, г. Казань, 1980 г.;
ХІ-ой Всесоюзной конференции по акустоэлектронике, г. Душанбе, 1981 г.;
П-ой Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы получения и применения пьезоэлектрических материалов", г. Москва, 1982 г.;
ХП-ой Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике, г. Саратов, 1983 г.;
ХШ-ой Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантової! акустике, г. Киев, 1986 г.;
Всесоюзной конференции "Акустоэлектронные устройства обработка информации", г. Черкассы, 1988 г.;
XIV-ой Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и физическоГ акустике твердого тела, г. Кишинев, 1989 г.;
П-ом Международном симпозиуме по поверхностным волнам в твердої^ теле и слоистых структурах и IV-ой научно-технической конференцій "Акустоэлектроника-89", г. Варна, 1989 г.;
Всесоюзной конференции "Акустоэлектронные устройства на ПАВ" г. Черновцы, 1990 г.;
Всесоюзном совещании "Современное состояние, тенденции развитш производства акустоэлектронных устройств", г. Минск. 1991 г.;
Научно-техническом Совете Министерства промышленных средств свя-!и, г. Москва, 1986 г.;
» ежегодных заседаниях секции "Функциональная электроника в ЛПОИ" \4инпромсвязи СССР в 1986-1991 гг.; в гг. .Москва ,Красноярск, Минск, Эмск, Н.Новгород, Ереван, Сухуми, Улан-Уде, С.-Петербург, Каунас, Рента, Андижан. » Научной сессии РНТО РЭС им.А.С.Попова 1998г. г.Москва
Разработанные образцы акустоэлектронных устройств демонстриро-заллсь на ежегодных итоговых коллегиях Минпромсвязи (Минсвязи) ГССР в 1986-1991 гг., АО "Телеком" , Миноборонпрома и Минэкономики эоссии в 1992-1998 гг., международных выставках "ТЕЛЕКОМ" г. Женева 1991г., 1995 г., Рио-де-Жанейро 1996г., г. Москва 1991г.. 1996г.г., Сингапур 1997г.
Результаты работы отмечались Грамотами Всесоюзного и Российского ЧТО ЮС им. А.С. Попова, Медалями и Дипломами ВДНХ, Грамотами Московского Областного Совета Комсомола, а дважды, в 1977 и 1982 гг. зходили в число достижений Академии Наук СССР.
Результаты исследований, проведенных автором в 1992-1998г.г.обобщены в монографии [ 81 ].
Основное содержание работы изложено в 120 научных трудах, в том шсле в 21 статьях, 13 зарубежных патентах. 18 авторских свидетельствах, >5 научно- технических отчетах по НИОКР, 50 тезисах докладов различных сонференции и семинаров, разделе книги "Современные проблемы радиотехники и электроники"и монографии "Импедансные фильтры на поверх-гостных акустических волнах".
Список опубликованных работ прилагается в конце научного доклада.
РАБОТЫ
Экономический эффект только за 1980-1991 гг. превышает 15 млн. руб лей и 200 тысяч долларов США. Всего автором внедрено 4 патента и 12 ав торских свидетельств.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ
