YÜZEY AKUSTİK K DALGA REZONATÖRLER RLERİ VE UYGULAMALARI HAZIRLAYAN Murat Şimşek 504032208
SUNUM PLANI Yüzey Akustik Dalgaların n Genel Özellikleri Yüzey Dalga Rezonatörlerinin Temel Yapısı Rezonatör Uygulamaları Gerçek ek Bir Rezonatöre Ait Değerler erler
I-) ) Yüzey Y Akustik Dalgaları(SAW) Bir sıvının s n veya katının n yüzeyinde y ilerleyen dalgadır. Yüzeyde ilerlerken enerjilerinin küçük üçük k bir bölümünü kaybederler. Piezoelektrik kristalin bir yüzeyine y yerleştirilen ve dişleri birbiri içine i ine gelecek şekilde karşı şılıklı konulmuş tarağa a benzeyen elektrot sistemi ile uyarılırlar. rlar. Elektromanyetik olmaktan çok mekanik(akustik) dalgalardır
SAW Hareketi
İnterdijital Transdüktör (SAW ın üretilip algılanabilmesi için kullanılır)
İnterdijital Transdükt ktör için in Elektron Mikroskobu GörüntG ntüsü
Basit bir SAW Cihaz (Piezoelektrik kuvart üzerinde İki interdijital transdükt ktörden oluşan yapı)
Kristal yapılı maddeler tercih edilir.(uygulamalar için in düşük d k akustik kayıplar pları olması nedeniyle) Kristaller piezoelektrik etki gösterdig sterdiğinden inden SAW oluşumuna umuna yardımc mcı olurlar. SAW yayılımı Lord Rayleigh tarafından 1885 te ilk olarak açıklanma klanmıştır. I.1 SAW Elemanlarının Avantajları Düşük propagasyon kaybı Tekrarlanabilir yapısı Sıcaklığa ve radyasyona karşı dayanıklılığı Küçük boyutlu ve hafif olması
I. 2 SAW Uygulamaları Çalışma frekansları 10 MHz ile 3 GHz arasındad ndadır. Filitreler Geciktirme Hatları Rezonatörler Korelatörler rler Konvolverler Isı,, basınç,, sıcakls caklık k ve yerdeğiştirme sensörleri GSM sistemlerinde kullanılan lan filitreler
I. 3 Piezoelektrik Etki Elektronik cihazlarda, elektriksel giriş işaretinden SAW üretmeye ve SAW dan da elektriksel çıkışış işaret üretmeye ihtiyaç duyulur. Elektrikten akustiğe e ve akustikten elektriğe e dönüşüme d transdüks ksüyon denir. Piezoelektrik etki katı malzemenin bir özelliğidir. idir. Piezoelektirik etki elektrik ile mekanik arası bağlany lanyıtı sağlar. Elektrik alan mekanik gerilim ve uzama oluşturur. Mekanik gerilimde basınç meydana getirir.
II-) ) Yüzey Y Dalga Rezonatörlerinin Temel Yapısı İletken elektrotlar yüzey y dalgalarının n yansımalar malarını oluşturan interdijital dizileri oluşturur. Yansıtıcı dizilerin oluşturdu turduğu u yansıma olayı kullanılır. Basit bir rezonatör yapısı aralarında L uzaklığı bulunan iki paralel iletkenden oluşur. ur. Yansıtıcı olarak interdijital transdükt ktör(dönüştürücü) yada çok şeritli aynalar yansıtıcı olarak kullanılabilir. labilir. Yüzey dalgası iki yansıtıcı arasında tutulur Bunların n arasında çok geçişlilik sağlanarak geçerli erli bir dalga oluşumu umu sağlan lanır.
İnterdijital dönüştürücü rezonansta geçerli erli dalganın n harici elektrik devresiyle birleşimini imini sağlar. Tabana oyulan oluklar yansıtıcı ızgaraların n etkili oluşumunu umunu sağlar. Film direncinden kaynaklanan kayıp p ve bulk dalga uyarılmas lmasından gelen sebepler yüzünden y basit yapıdaki Q faktörü istenen değerde erde olmaz. Ash in önerdiği i yansıtıcı ızgara modeli ile karış ışmalar küçük k miktarda olduğundan undan daha iyi bir Q değeri eri elde edilebilir. N r >> 1 olmalıdır. N : yansıtıcı sayısı (>= 100) r : yansıma katsayısının n genliği(=< i(=< 0.01) Basit yapıdan farkı, ızgara yansıma katsayılar larının n frekans değişimi imi ve oyuk rezonansıdır. r.
II. 1 SAW Rezonatörlerin Avantajları Küçük k boyutludur Pahalı değildir Doğru çalışır Önceden ayarlanabilir Fotolitografik yöntemler y ile seri üretilebilir
III -)) REZONATÖR R UYGULAMALARI Lineer Frekans Ayarlamalı SAW Rezonatörü Silindirik SAW Rezonatörü Eğik İnterdijital Transdükt ktör Kullanılan lan Geniş Bant SAW Rezonatörü Çeşitli Kalitelerde Kuvartz Tabanlar Üzerine Üretilen SAW Rezonatörlerin Özellikleri 840 MHz lik SAW Rezonatörl rlü Radar Sistemi Uygulaması
III.1 Lineer Frekans Ayarlamalı Saw Rezonatör Frekans ayarı, voltaj kontrollü faz öteleyici kullanılarak larak gerçeklenir. eklenir. +- 45 faz öteleme için, i in, taşı şıyıcı frekansı rezonatörün 3dB bant genişli liğinde inde hareket edebilir. 3dB noktasında nda faz eğrisi e merkezdekinin yarı değerinde erinde olur. Saw rezonatörde rde aşağıdaki sebeplerden frekans ayarına ihtiyaç duyulur. Bunlar; Frekans veya faz kilitlemeli döngd ngüye sahip osilatörde rde,, taşı şıyıcı sinyalin frekans spektrumunu iyileştirmek için, i in, Voltaj kontrollüsıcakl caklık ile gerçeklenen eklenen frekans sıcaklık k eşlemeli e osilatörde Frekans modülasyonunda taşı şıyıcı sinyali başlang langıçta değiştirmek içini in
Ayarlama Devresinin SAW Rezonatöre Bağlanmas lanması
Simetrik Ayarlama Devreli Voltaj Kontrollü Saw Rezonatör Osilatör Devresi
Saw Rezonatötün 3-13V arası Genlik ve Faz Cevabı
III. 2 Silindirik SAW Rezonatörü(CSAWR) Basit interdijital transdükt ktörlerden oluşur. ur. Bunlar piezoelektrik malzemenişn tüm m silindir yüzeyini örter. CSAWR ve SAWR(SAW REzonatör) ) de benzer interdijital transdükt ktör yapısı mevcuttur. Silindirik yapıda düzlemsel d yapıya göre g daha az kayıp vardır. r. Düzlemsel yapının n tersine silindirik yapı kenar loblara sahip değildir.
Silindirik Saw Rezonatör ve Admitans Genliği
Düzlemsel SAW Rezonatörü ve Admitans Genliği
III. 3 Eğik E İnterdijital Transdükt ktör Kullanılan lan Geniş Bant SAW Rezonatörü Mobil iletişim im sistemlerinde filitreler ve VCO lar için in geniş band rezonatörlere rlere gerek vardır. r. SAW rezonatörler rler UHF bölgesinde b LC ve dielektrik rezonatörlere rlere kıyasla daha hafif, oldukça a küçük üçük k boyutlu ve daha iyi bir performansa sahiptir. Klasik IDT rezonatörlerde rlerde band genişli liği elektromekanik bağlama katsayısına K 2 (malzeme parametresi) bağlıdır. Geniş band rezonatörlerden rlerden biri Love tipi ince Au filimli LiNbO 3 tabanlı yapıdır. Au filim UHF bölgesinde b küçük üçük k yayılma kaybı gösterir. Tekli ve çiftli eğik e IDT li SAW rezonatörlerle rlerle düşük k kayıpl plı geniş band filitreler elde edilebilir.
Popüler Malzemelerin Temel Karakteristikleri
Tekli (SSIR) ve Çiftli (DSIR) Eğik E IDT Rezonatörler
III-4 Çeşitli Kalitelerde Kuvartz Tabanlar Üzerine Üretilen SAW Rezonatörlerin Özellikleri Kuvartz kalitesi ve yüzey y parlaklığı SAW rezonatörleri rleri etkilemektedir. Kuvartz yüksek kararlılıkta kta SAW uygulamaları için in seçilen bir malzemedir. Üretim aşamasa amasında test edilen elektriksel özellikler: Rezonans frekenası Frekans öteleme Ekleme kaybı Artakalan faz gürültg ltüsü Sıcaklık k oluşumu umu Frekans kararlılığı ığı
Kuvartz kalitesi ve yüzey y parlaklığı ığından çok etkilenen özellikler: Frekans Kalite faktörü Ekleme kaybı SAW rezonatör üretiminde seçilen kuvartz tipleri: Electronic (E) 1,8.10 6 < Q < 2,2.10 6 Premium Q (PQ) 2,2.10 6 < Q < 3.10 6 Süper Premium Q (SPQ) ve Pure Q (PZ) Q > 3.10 6 Air-Swept Premium Q (S) Air-Swept Super Premium Q (SS)
Kuvartz Yönlendirmesi
III. 5 840 MHz SAW Rezonatörl rlü Radar Sistemi Uygulaması Bu uygulama için i in iki portlu SAW rezonatör filitresi (frekans sabitleyici eleman olarak) kullanılmaktad lmaktadır. Bu sayede UHF de karmaşı şıklık, k, boyut, yükseklik y ve güçg tüketimi azalmaktadır. +25 db yüksek çıkışış gücüne sahiptir. Düşük k FM gürültg ltüsü gösterir. 0 o -60 o arasında güçg ve frekansta düz d z bir yapı elde edilir. Mümkün n olan maksimum Q değeri eri olan 12500 ulaşmak mümkün n olabilmektedir. Böylece B bozucu etkiler ortadan kaldırılabilmektedir. labilmektedir.
İki portlu SAW Rezonatör
III.6 SAW Rezonatör Algılay layıcı İle Nem Algılama lama Uygulaması İki adet birbirinin benzeri SAW rezonatörle rle frekans kontrolü yapılan osilatör kullanılm lmıştır. Bu rezonatörlerden rlerden biri referans olarak kullanılmaktad lmaktadır. Diğerinin üstü selüloz loz asetat film(7000a o ) ile kaplanmış ıştır. Bu yapı sayesinde nem algılay layıcı olarak çalışmaktadır. İki RF sinyal çarpılıp filitreden (1600 Hz alçak ak geçiren )geçirilmektedir. İki frekans arasındaki fark toplanan materyal miktarını(su buharı) ) vermektedir.
Referans osilatör, Selüloz loz film en üst seviyede olduğu u durum için i in osilatör
SAW Algılay layıcı Sistemi
III.7 Tek Kapılı ve Çift Kapılı SAW Rezonatörler Özellikle osilatör uygulamalarında kullanılır En önemli kriterleri: Fiyat, frekans toleransı,, rezonansta iletkenlik değeri eri ve boyut Senkron ve asenkron olmak üzere iki tipi vardır. r. Senkron yapının n en büyük b k avantajı üretim konusundadır. Senkron yapının n merkez frekansı elektrotların yansımas masından bağı ğımsızdır r ve +-+ 50 khzğişimle imle üretilebilmektedir. Senkron yapının n dezavantajı ise yüksek y bağlama kaybıdır. Asenkron yapının n farkı ise transdükt ktör ve olukların periyotları farklıdır. r. Bu yüzden y oluklar tam bir frekansta rezonans yapmazlar.
Tek Kapılı Senkron SAW Rezonatör
Çift Kapılı Asenkron SAW Rezonatör
İki Kapılı SAW Rezonatör (Büyük ölçekli üretimler için i in uygundur)
IV-) ) RC SAW REZONATÖR Blok Diyagram
NSVS803 SAW RezonatörünElektriksel nelektriksel Karakteristiği
NSVS803 Karakteristiği
NSVS803 ü ün n SıcaklS caklık k Karakteristiği
NSVS803 ün n EşdeE değer er Devresi