конспект лекций за второй семестр преподаватель Ляхова 2 (41_Мехатроника)

Посмотреть архив целиком

Мехатроника -2


Фильтры.


Фильтры формируются из резонаторов. Для низкочастотного диапазона использование акустических волн существенно снижает размеры устройства, но повышает уровень потерь.



Рис. «Механические» фильтры на квазисосредоточенных и квазираспределенных параметрах: индуктивностях и емкостях.


Рис. Однокаскадный фильтр на микрополосковой линии.


Рис. Двухкаскадный фильтр с повышенной крутизной ФЧХ на копланарной линии, конструктивно удобной как для последовательного, так и для параллельного включения резонаторов.



Рис. Фильтр на объемных акустических резонаторах мембранного типа в монолитной интегральной схеме с компенсирующими усилителями.




Перестраиваемые фильтры.


Для подстройки резонансной частоты фильтров могут использоваться переключатели, поднимающие или опускающие металлическую консоль. Замыкание на землю части щелевой линии передачи увеличивает частоту среза щелевого резонатора.



Рис. Фото фильтра нижних частот на щелевых резонаторах с МЭМС перестройкой (вместо перепаек).


Для высокочастотных фильтров используются конденсаторы, выполняющие одновременно функцию выключателя. Это дает возможность перестраивать фильтры, подключая необходимое число конденсаторов. Благодаря воздушному заполнению, можно получить малые значения емкостей и, следовательно, высокую рабочую частоту.


Рис. Мембранный конденсатор – коммутатор.



Рис. Структурная схема и плата 4-битового перестраиваемого фильтра.


Линии задержки
  

Акустические линии задержки (ЛЗ) используются в устройствах радиотехнического и оптического диапазонов благодаря относительно малой скорости распространения упругих волн (скорость распространения последних примерно в 105 меньше скорости распространения электромагнитных волн). Акустоэлектронные линии задержки предназначены для создания широкополосных шумоподобных сигналов с задержкой на время от долей мкс до десятков мс при работе на частотах от единиц МГц до нескольких ГГц. В акустооптических ЛЗ для обнаружения сигнала используется взаимодействие упругих волн со световым пучком.


Основными параметрами являются

- время задержки τ , зависящее от длины пути, проходимого упругой волной в звукопроводе,

- рабочая частота f0 ( резонансная длина волны соответствует двойной толщине звукопровода),

- полоса пропускания зависит в основном от добротности преобразователей.


Акустические ЛЗ используют объёмные волны в пьезоэлектрических пластинах или пленках (кварц, ниобат лития, NaCl, KC1, магниевый сплав). Эти ЛЗ работают в основном на частотах от единиц до 100 МГц и обеспечивают время задержки до 3-4 мс. Вносимые потери D в зависимости от параметров преобразователей длительности задержки и материала звукопровода могут варьироваться в интервале от 20 дБ до 70 дБ. Это во многих случаях требует энергетической компенсации.

Рис. Направления распространения ультразвукового пучка в ультразвуковых линиях задержки с звукопроводами различной формы: а - многоугольной; б - прямоугольной с малыми углами отражения; в - прямоугольной с углами отражения 45°.

ЛЗ, работающие на объёмных волнах.


ЛЗ на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Ввод и снятие сигнала здесь осуществляются с помощью встречно-штыревых преобразователей, нанесённых на поверхность звукопровода из пьезоэлектрика (кварца или ниобата лития). Звукопроводом высокочастотных ЛЗ может служить пьезоплёнка ( ZnO или CdS), а подложка изготавливается из непьезоэлектрика. Время задержки в ЛЗ на ПАВ обычно не превышает 150-200 мкс. Величина составляет 0,1-0,5, а D до - 40-50 дБ.

Рис. Схемы ультразвуковых линий задержки на поверхностных волнах с преобразователями в виде эквидистантных (а), неэквидистантных (б) решёток.

Рис. Многоотводные линии задержки на поверхностных волнах.

Рис. Фазоманипулированная линия задержки на ПАВ (а), чередование полярностей электродов которой позволяет получить фазокодированный сигнал вида (б)

.

Рис. Дисперсионная линия задержки с отражающими канавками.




Трансиверы.




Рис. Структура приемной части трансивера.