170084. lajstromszámú szabadalom • Fázistoló hálózat felületi hullámú késleltető vonallal, előnyösen oszcillátorokhoz
170084 rendelkezik, különösen az igen nagy frekvenciák /VHP/, az ultra nagyfrekvenciák /WS/, vagy még felsőbb frekvenciák tartományában működő berendezések esetén. További problémát jelent a lo MHz feletti frekvenciákon működ*- kristályoszcillátorok esetén az, hogy kedvezőtlenül vékony kristálylapokra van szükség, és ráadásul azokat felharmonikus üzemmódban kell működtetni, vagy pedig frekvenciasokszorozókat kell használni. Ugy találtuk, hogy äz un. felületi hullámú eszközök loo és lo.ooo közötti jósági tényezível és a fázismeredekségtől független rezonáns frekvenciákkal rendelkeznek, valamint a geometriai alakjuk következtében a lo MHz feletti frekvenciatartományban való működésre alkalmas szerkezetek készíthetők belőlük. A felületi hullámú eszközök önmagukban ismertek, és azokból például akusztikus szűrőket készítenek. Ilyent ismertet például a 5.581.248 sz. Amerikai Egyesült Allamok-beli szabadalmi leírás. A találmányunk szerinti megoldás azon a felismerésen alapszik, hogy ezeknél a felületi hullámú eszközöknél a bemeneti és kimeneti átalakítók méreteinek, valamint egymástól való távolságuknak helyes megválasztásával a fázistolás mértéke az amplitúdó karakterisztikától függetlenül beállítható. A találmány egyik célja egy olyan oszcillátort létrehozni, amelynek visszacsatoló hálózata jósági tényezője egy LC oszcillátorénak és égy kristályoszcillátorénak a jósága közé eső érték, és amely egy adott hőmérsékleti tartományon belül frekvenciastabilitással rendelkezik. A találmány másik célja ezen oszcillátorhoz egy olyan felületi hullámú visszacsatoló hálózat kidolgozása, amelynek amplitúdó karakterisztikája és fázlsmeredeksege nem függnek egymástól, és amely ezáltal ugy méretezhető, hogy mind a stabilitása, mind pedig az elérhető frekvencialökete nagy legyen, A kitűzött feladatot a találmány szerinti fázistoló hálózat segítségével érjük el, amely lényegében egy felületi hullámú- késleltető vonalból áll. A késleltető vonalnak bemeneti és kimeneti átalakítói vannak, amelyek egy sor elektródapárból állnak. Az egyes elektródapárok közötti távolság a V„/P hányadossal egyenlő, ahol V a szubsztratumon mért akusztikus hullámtérjeBési sebesség 1 a sávközépfrekvencia, továbbá az átalakítók hosszusága az elektródapárok közötti távolságnak és az elektrődapárok számának szorzatával egyenlő, valamint a bemeneti átalakító és a kimeneti átalakitó középvonala egymástól az egyik átalakitó hosszának, célszerűen háromszorosa távolságban van. A találmány egy kiviteli példáját a következő részletes leirás, és a mellékelt ábrák alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra egy oszcillátor tömbvázlatát mutatja a találmány szerinti felületi hullámú visszacsatoló hálózattal, s 2A, 2B, és 2C ábrák a piezoelektromos szubsztrátumra készített felületi hullámú eszközök különböző elrendezésű bemeneti és kimeneti átalakítóinak felülnézetét, valamint az emiitett átalakit^k amplitúdó- és fáziskarakterisztikáit szemléltetik, a 3. ábra a találmány szerinti felületi hullámú visszacsatoló hálózatot tartalmazó oszcillátor kapcsolási rajza, és a 4. ábra a találmány szerinti felületi hullámú eszköz átviteli paramétereinek diagramja. Amint az 1. ábra szerinti oszcillátor blokksémáján láthatjuk, a lo erósitü kimenete egy 12 impedancia-illesztő hálózathoz csatlakozik, amelynek egyik 14 kimenete a /nem ábrázolt/ külső terhelésre csatlakozik, a másik pedig a visszacsatoló hurkot záró felületi hullámú 16 késleltető vonal bemenetével van összekötve. Az emiitett 16 késleltető vonal kimenete pedig a bemeneti 18 impedancia-illesztő hálózaton keresztül a lo erősitó bemenetére csatlakozik. Az oszcilláció megindulásához két feltételnek kell teljesülni. Először a hurok erősítésnek egységnyinek kell lenni, másodszor pedig a hu-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 rok mentén zérus, vagy 2 egészszámú többszörösét kitevő fázistolásnak, kell fellépni. Az első feltétel teljesítése érdekében a lo erősítőt ugy kell méretezni, hogy az erősitése elegendő legyen a visszacsatoló hálózat veszteségeinek, valamint a terhelésnek szolgáltatott hasznos teljesítmény fedezésére. A másik feltétel teljesítése végett pedig a felületi hullámú 16 késleltető vonalat ugy méretezzük, hogy az a visszacsatoló hurok többi eleme által okozott fázistolást a működési frekvenciánál éppen zérusra egyenlítse ki. Az az előny, amelyet a felületi .hullámú 16 késleltető vonal amplitúdó karakterisztikájának és fázismeredekségének egymástól független megválasztása jelent, lehetővé teszi a legkedvezőbb kompromisszumot az oszcillátor frekvenciastabilitásának és elérhető frekvencialöketének megtervezésénél. Ha modulálni akarjuk az oszcillátor frekvenciáját, akkor befolyásolni kell valamelyik elem fázisát a visszacsatoló hurokban. A felületi hullámú 16 késleltető vonal fázisának frekvenciafüggését ábrázoló görbéből meghatározhatjuk, hogy az oszcillátor frekvenciájának milyen mértékben kell eltolódnia ahhoz, hogy a hurok eredőfáziseltolását ismét zárusra állítsa vissza. Egy párhuzamos rezgőkör esetén, amelyet a felületi hullámú eszköz illesztésére használunk, a rezonanciától való elhangolás egészen + 3o -ig közel lineáris fázistolást okoz. Te-Kát a felületi hullámú 16 késleltető vonalat ugy kell méretezni, hogy + 3o -os fázistolás hatására éppen a kivánt mértékű frekvenciaváltozást idézze elő. Általában egyT J késleltetési idejű késleltető vonal fázismeredekségét az alábbi egyenlettel adhatjuk meg: A e = /-36o°/r d /5/ A lineárisan változó fázisú felületi hullámú 16 késleltető vonal speciális esetében a késleltetési időt az annak tartama alatt lejátszódó P frekvenciájú jel periódusainak M számával célszerű megadni. Tehát Td M *o" Ezt az összefüggést az /5/ egyenletbe helyettesítve felirhatjuk, hogy Ae AP = /-36o0 /.£/6/ Ez utóbbi egyenlet alapján a felületi hullámú 16 késleltető vonal jósági tényezőjét a 0 = 3,6M képlettel definiálhatjuk, ami azt jelenti, hogy az oszcillátor ekvivalens 0-ja egyenesen arányos azon oszcillációs ciklusok számával, amelyek a késleltetési idő alatt játszódnak le. így a felületi hullámú 16 késleltető vonal ekvivalens O-ját a késleltetési idő hosszabbításával növelhetjük. Amint az 1. ábra mutatja, a felületi hullámú 16 késleltető vonalat a piezoelektromos 24 szubsztrátumra leválasztott, és egymásba illesztett fésűkhöz hasonló 2o és 22 átalakitók elektróda-mintázata alkotja. A 24 szubsztratumon végighaladó,-akusztikus felületi hullám sebessége kb.'lo -szőr lassúbb, mint a szabad térben haladó elektromágneses hullámoké. Ennek a sebességnek az ismeretében meghatározhatjuk a késleltető vonal mentén haladó akusztikus hullám hosszúságát bármilyen anyagú szubsztrátum esetén. Az akusztikus hullám terjedési sebessége kvarckristály szubsztratumon 3,152495 mm/ . Amint előzőleg emiitettük, a felületi hullámú 16 késleltető vonal amplitúdó- és fáziskarakterisztikája egymástól függetlenül előírható. Az amplitudókarakterisztika az egyes átalakitó-mintázatokhoz tartozó nagyfrekvenciás periódusok illetve elektródapárok számától függ. Egy N-számu elektrődapárral rendelkező, illetve az F frekvenciájú rezgés ugyanannyi ciklusát befogadó egyetlen felületi hul-2
