РЕЗОНАТОР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С КАНАВКАМИ
SURFACE-ACOUSTIC-WAVE RESONATOR WITH GROOVES

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности для создания генераторов сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона.
Известен двухвходовый резонатор на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах. М.: Мир, 1990, 584 с.), состоящий из двух встречно-штыревых преобразователей (ВШП), расположенных на пьезоплате напротив друг друга. Период следования штырей в ВШП равен , λ - длина поверхностной акустической волны, скважность равна 2.
Недостатком этих резонаторов является низкая добротность (относительно резонаторов на объемных акустических волнах (ОАВ)) и, как следствие, низкая стабильность частоты генераторов.
Известен также одновходовый резонатор (Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах. М.: Мир, 1990, 584 с.), состоящий из ВШП и расположенных по обе стороны от ВШП металлизированных штыревых отражающих структур. Период следования штырей в отражающих структурах равен , λ - длина поверхностной акустической волны, скважность равна 2. По сравнению с двухвходовыми резонаторами одновходовые резонаторы имеют большую добротность. Недостатком этих резонаторов также является низкая добротность (относительно резонаторов на объемных акустических волнах (ОАВ) и, как следствие, низкая стабильность частоты генераторов.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одновходовый резонатор (Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах. М.: Мир, 1990, 584 с.), состоящий из ВШП структуры и расположенных на пьезоплате по обе стороны от ВШП отражающих структур в виде периодической системы канавок. Период следования канавок в отражающих структурах равен , скважность равна 2. По сравнению с одновходовыми резонаторами с металлизированными штыревыми отражающими структурами, одновходовые резонаторы с отражающими структурами в виде периодической системы канавок имеют большую добротность. Недостатком этих резонаторов также является низкая добротность (относительно резонаторов на объемных акустических волнах (ОАВ)) и, как следствие, низкая стабильность частоты генераторов.
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата, известного одновходового резонатора - прототипа, является физическая природа распространения ПАВ, в том числе наличие переотражений в отражающих структурах (ОС).
Задачей настоящего изобретения является повышение добротности резонаторов на ПАВ.
Технический результат достигается тем, что в резонаторе на поверхностных акустических волнах с канавками, состоящем из пьезоплаты, на поверхности которой сформированы не менее одного встречно-штыревого преобразователя и не менее двух отражающих структур, выполненных в виде системы канавок, дополнительно между отражающими структурами на пути распространения поверхностных акустических волн сформированы не менее одной канавки на обратной стороне пьезоплаты.
Канавка между отражающими структурами на пути распространения ПАВ на обратной стороне пьезоплаты в области пучности стоячей ПАВ, сформированной ВШП и ОС, и поверхность пьезоплаты образует мембрану. Данная мембрана имеет резонансную частоту, равную собственной частоте резонатора на ПАВ. В качестве драйвера и источника энергии используется ВШП. За счет энергии ПАВ возбуждается ОАВ (или волну Лэмба) в вышеуказанной мембране. Повышение добротности резонатора на ПАВ достигается за счет дополнительной стабилизации частоты на основе более высокой добротности мембраны, образованной дополнительными канавками с обратной стороны пьезоплаты на пути распространения ПАВ и поверхностью пьезоплаты.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного устройства, резонатора на поверхностных акустических волнах с канавками, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
В настоящее время авторам неизвестны резонаторы на поверхностных акустических волнах, которые имели бы добротность большую, чем та, которую обеспечивает предлагаемая конструкция резонатора на поверхностных акустических волнах с канавками.
Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.
Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структура резонатора на поверхностных акустических волнах с канавками.
Резонатор на поверхностных акустических волнах с канавками (см.чертеж) состоит из пьезоплаты 1, на которой сформированы ВШП резонатора 3, отражающие структуры 2 и канавки 4. Отражающие структуры выполнены в виде системы канавок. Канавки 4 располагаются между отражающими структурами 2 на обратной стороне пьезоплаты 1 на пути распространения поверхностных акустических волн.
Пьезоплата 1 может быть выполнена из пьезоэлектрического материала (например, кварца).
Формирование ВШП резонатора 3 реализовано по технологии фотолитографии и травления [1, 2]. Могут быть использованы и другие технологические процессы формирования металлических структур на пьезоплатах. Формирование канавок отражающих структур 2 и канавок 4 реализовано по технологии травления через маску или по технологии стоп-травления [2].
Устройство работает следующим образом. В соответствии с условием акустического синхронизма [1, 2] резонансная частота известных резонаторов на ПАВ определяется геометрическими размерами отражающих структур 2 и ВШП резонатора 3.
При поступлении электрического сигнала от внешнего источника (не показан) на ВШП резонатора 3 под действием пьезоэлектрического эффекта формируется ПАВ. Сформированная ВШП резонатора 3 ПАВ распространяется в двух направлениях от ВШП резонатора 3. Дойдя до отражающих структур 2, ПАВ отражается и таким образом энергия ПАВ локализуется в области между отражающих структур 2. Дальше взаимодействие отражающих структур 2, и ПАВ полностью аналогично функционированию интерферометра Фабри-Перро [1, 2].
Распространяясь между отражающих структур 2, ПАВ достигает мембраны, образованной канавкой 4, сформированной на обратной стороне пьезоплаты 1, и поверхностью пьезоплаты 1, и, пройдя по мембране, распространяется до следующей отражающей структуры 2. Распространяясь по мембране, сформированной на пути распространения поверхностных акустических волн и образованной канавкой 4, сформированной на обратной стороне пьезоплаты 1, и поверхностью пьезоплаты 1, ПАВ возбуждает ОАВ (или волну Лэмба) в мембране. Таким образом, ПАВ является драйвером колебаний ОАВ в мембране, образованной канавкой 4, сформированной на обратной стороне пьезоплаты 1, и поверхностью пьезоплаты 1.
Вследствие более высокой добротности колебаний ОАВ в мембране по сравнению с колебаниями ПАВ на поверхности пьезоплаты 1 добротность предлагаемого резонатора на ПАВ с канавками выше, чем у известных резонаторов на ПАВ. Таким образом, резонансная частота предлагаемого резонатора на ПАВ с канавками определяется не только геометрическими размерами отражающих структур 2 и ВШП резонатора 3, но геометрическими размерами канавок 4.
Величина добротности резонатора измеряется, например, по амплитудно-частотной характеристике (например, с использованием сетевого анализатора Agilent Е5070В) или с использованием генераторных схем [1].
Таким образом, предложенный резонатор на поверхностных акустических волнах с канавками является резонатором на ПАВ с улучшенными характеристиками.
Библиографические данные
1. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах. М.: Мир, 1990, 584 с.
2. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990, 416 с.