Принципы работы и функциональные возможности АРК. Обобщенная структура АРК (акусторадиокомпоненты)

изображены различные варианты ориентации пьезокварцевых пластин (в терминологии АРК звукопроводов). На фоне кварцевого кристалла изображены три среза, для которых все ребра пластины параллельны кристаллографическим (координатным) осям. Для обозначения этих срезов () иногда применяют термин “первоначальная ориентация пьезоэлемента”, подразумевающий возможность дальнейшего поворота пластины относительно любой из осей. Итак пластина -среза располагается в плоскости, перпендикулярной оси , пластина -среза – в плоскости, перпендикулярной оси , и пластина -среза – в плоскости, перпендикулярной оси .

Для пластин, имеющих форму прямоугольника, срез обозначается двумя буквами, первая из которых показывает, вдоль какой из осей направлена толщина пластины, и вторая – вдоль какой из осей направлена ее длина (за длину принимается наибольший, а за толщину – наименьший размер пластины). На рис. 4.2 приведены примеры ориентации пластин: -срез (4); -срез (3); -срез (2).

Итак, мы уже упомянули основные структурные элементы АРК (в частном случае – ЛЗ). Это входной преобразователь ПАВ, задача которого – преобразовать электрический сигнал в поверхностную акустическую волну. Это и выходной преобразователь ПАВ, реализующий преобразование акустический волны в электрический сигнал. Это звукопровод, являющийся как средой, в которой распространяются акустические волны, так и составной частью входного и выходного преобразователей, своими пьезоэлектрическими свойствами обеспечивая электромеханическое преобразование.

Перечисляя функциональные элементы АРК, мы упорно оговариваем их принадлежность к определенному типу ультразвуковых волн – поверхностным волнам. В твердом теле могут распространяться несколько типов как объемных, так и поверхностных волн. Устройства на объемных акустических волнах (в основном резонаторы, фильтры и ЛЗ) представляют собой самостоятельную  группу и не являются предметом нашего рассмотрения. Среди поверхностных волн наибольший интерес представляют волны Рэлея, распространяющиеся в тонком приповерхностном слое толщиной порядка длины волны . Эти волны и подразумеваются под термином ПАВ, прочно вошедшим в отечественную и зарубежную техническую литературу.

Преобразователи ПАВ и звукопровод мы не зря назвали функциональными элементами АРК; выполняемые ими функции и связь их параметров с общими характеристиками АРК также легко проиллюстрировать на примере линии задержки.

4.2. Преобразователи ПАВ

Преобразователи, изображенные на рис 4.1, относятся к наиболее преобладающему на сегодня типу – встречно-штыревым преобразователям (ВШП). Коротко – это планарная структура противофазных проводящих электродов, сформированная на поверхности звукопровода. Ограничиваясь пока этим определением, посмотрим, как менялась конструкция преобразователей ПАВ от первых акустических устройств до современных АРК.

Первые конструкции преобразователей ПАВ были заимствованы из уже сложившейся техники объемных волн. Преобразователи в устройствах объемных волн выполняли те же функции электромеханического преобразования энергии и, на первых порах, их модификации удачно служили в устройствах на ПАВ. Наибольшее распространение получил так называемый клиновидный или клиновый преобразователь (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Клиновый преобразователь ПАВ

На поверхности звукопровода 1 расположен клиновый элемент 2. На одной из его свободных поверхностей закреплен пьезоэлектрический преобразователь, образованный пьезопластиной 3, размешенной между проводящими обкладками 4, 5. Под действием электрического сигнала  он возбуждает объемную волну, распространяющуюся в направлении поверхности звукопровода со скоростью . Заметим, что скорость объемной волны в клине 2  и скорость поверхностной акустической волы  в звукопроводе определяются физическими свойствами материала. Эффективное возбуждение ПАВ происходит при выполнении соотношения , т.е. угол падения волны  выбирается таким образом, чтобы проекция вектора скорости объемной волны в клине на поверхность звукопровода численно была равна модулю вектора скорости поверхностной волны в звукопроводе. В этом случае пространственный период упругих деформаций на нижней поверхности клина равен длине поверхностной акустической волны в звукопроводе. Этим обусловлена эффективная трансформация объемной волны в клине