Главная  Интегральные схемы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [ 18 ] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36]

смотрении динамического случая - существенно более сложных волновых уравнений:

Это приближение дает хорошие результаты в длинноволновой области гД<1.

Уравнения магнитостатики (правая колонка в (12)) в изотропной, намагниченной до насыщения среде имеют интересное решение, которое называется (может быть, не очень привычно) магнитостатическими волнами (МСВ). Они характерны тем, что их волновое число представляет собой весьма большую величину (примерно 10-10), а стало быть, длина волны очень мала. Таким образом, МСВ, имеющие, конечно же, электромагнитную природу, напоминают квазиоптический случай {lif:\\ см., например, [2, 4, 10, 11]), когда длина волны много меньше размеров объекта дифракции. Однако резонансные элементы (фильтры, резонаторы, согласующие устройства и т. п.) с распределенными параметрами имеют размеры порядка X, и использование МСВ представляет уникальную возможность создания элементов с размерами порядка единиц или десятков микрометров. К настоящему времени уже создан ряд базовых элементов РЭА (линии задержки, фильтры и т. д.) на МСВ, однако говорить о повсеместном внедрении резонансных и волноведущих структур на МСВ еще рано. Очевидно, что подавляющее преимущество функциональных устройств на МСВ в силу их малых массогабаритных параметров в полной мере проявится, когда по крайней мере большинство базовых элементов РЭА, работающих на частотах свыше 1 ГГц, будут выполнены на этом принципе. На пути внедрения структур с МСВ имеются большие сложности в основном технологического характера.

Поверхностные акустические волны. Они представляют собой медленные акустоэлектронные волны в пьезоматериа-лах. Фазовые скорости распространения электромагнитной волны и ПАВ сильно отличаются друг от друга (/-о~10-пав для ниобата лития и кварца). Такое соотношение длин волн позволяет миниатюризировать устройства цифровой радиоэлектроники (трансверсальные фильтры, линии задержки, шумоподавители, активные элементы с распреде-- ленными параметрами и т. д.).



к сожалению, устройства на ПАВ имеют фундаментальный частотный предел, связанный с реализацией сверхузких проводников и зазоров. Например, на частоте 1 ГГц необходимы размеры порядка 0,3 мкм. Этот предел можно сдвинуть в сторону более коротких волн за счет применения тонких пьезопленок с улучшенными характеристиками. Такие пленки разрабатываются на базе материалов из окиси цинка.

Немаловажным параметром устройств на ПАВ являются потери, поскольку в целом они определяют КПД системы. В пьезоподложках существует направление, по которому энергий распространяется с минимальными потерями.

wcKue • волны


Злектромагнитные Волны

Рис. 2.18

Но выбор волноведущих каналов (информационного излуче ния) по подложке не всегда совпадает с этим направлением, что приводит к возникновению потерь. Кроме этих потерь существуют примерно в два раза большие погонные потери, которые составляют для ниобата лития на длине 1 см при частоте 100 МГц 0,7 д15, а при частоте 1 ГГц 7 дБ.

Трудности реализации функциональных узлов на ПАВ связаны с выполнением условия согласования (преобразования электромагнитной волны в ПАВ). Для этого применяются периодические структуры штыревых преобразователей / (рис. 2.18), которые формируют пучок ПАВ. Ширина штырей и зазор между ними составляют величину порядка четверти длины волны, а высота штырей достигает (50-100) >пАВ- Чтобы пучок ПАВ не рассыпался при транспортировке на большие расстояния, используются устройства, канализирующие акустическую энергию (акустические волноводы). Простейший акустический волновод реализуется путем введения продольной неоднородности на поверхности пьезоподложки. Практически волновод создается нанесением тонких пленок из алюминия, золота либо диэлектрика на подложку, например, из ниобата лития.



Элемент возбуждения акустического волновода выполня-gcH часто в виде сектора 2, максимальная ширина которого равна высоте апертуры излучателя / (штыревой преобразователь). Возбуждающий сектор 2 расположен в ближней зоне излучателя ПАВ. Сектор 2 переходит в узкую пленку 5 (ширина (3- -4) ?плв)- Наличие возможности канализации jXAB значительно упрощает реализацию функциональных узлов.

В качестве примера рассмотрим устройство и принцип действия квадратурного НО (рис. 2.18), являющегося одним из БЭ на ПАВ. Две узкие пленки Зи4 расположены параллельно друг другу на расстоянии четверти длины акустической волны, образуя участок связанных линии передачи длиной 20 ?плв- Развязанное относительно входа 9 плечо 5 нагружено на акустическую нагрузку 6, выполненную из материала, хорошо поглощающего механические колебания (например, резины). В выходные плечи 7 и 8 НО поступают сигналы равной амплитуды и сдвигом фазы на 90°.

Вернемся к более сложному вопросу - возбуждению штыревого преобразователя ПАВ электромагнитной волной (рис. 2.18). Минимальные потери преобразователь имеет при возбуждении СВЧ сигналов на соседних штырях со сдвигом фазы Дф=180°. Кроме этого, входное сопротивление преобразователя, как правило, отличается от волнового сопротивления подводящей линии передачи, что требует введения согласующих элементов. Из практики разработки согласующих устройств известно, что использование трансформаторов на отрезках НПЛ неэффективно из-за их неравномерной частотней зависимости.

Для выполнения условия согласования более целесообразно использовать устройства балансного типа на ОИС (Михайлов В. М., Юрьев Б. С, 1982). Простейшая топология устройства балансного согласования (УБС) приведена на рис. 2.19 а. В нем используется 3-децибельное «магическое» Т-соединение 1. Это оправдано по следующим причинам: оно обладает широкой полосою рабочих частот, сдвигом фазы сигналов иа 180° в выходных плечах 2 и 3, что является необходимым условием возбуждения штыревого преобразователя 4, и высоким уровнем развязки между Штырями преобразователя по электромагнитому полю.

Принцип работы УБС следующий. Сигнал, подаваемый в плечо 5 (на СЩЛ) противофазно делится между плечами 2 и 3, которые гальванически соединены со встречно направленными штырями преобразователя 4. В случае разбаланса схемы (нарушение симметрии при технологи-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [ 18 ] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36]

0.0008