Дисперсионная линия задержки на поверхностных акустических волнах /пав/

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕС11УБЛИН (1М (11) (1) Н 03 Н 9/30; Н 03 Н,9/44

Е

1

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.(21 ) 3335003/18-23 (22) 10.09.81 (46) 23.11.83. Бюл. и 43 (72) А.H. Алексеев, В.С. Бондаренко, С.10. Веневцев, Г.В. Дуковский, М.В. Злоказов, А.П. Крутов, В.М.Плужников и А.И. Токарев (53) 621 377.22(088.8) (56) 1. Каринский С.С. Устройство обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах. М., "Советское радио", 1975,. с. 83, рис. 37.

2. Каринский C.Ñ. Устройство обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах. М., ".Советское радио", 1975, с. 82 (прототип). (54)(57) ДИСПЕРСИОННАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ .НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ, содержащая звукопровод, на поверхности которого акустически последова" тельно расположены входной встречноштыревой преобразователь (ВШП) и по крайней мере один выходной ВШП, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения:линейности дисперсионной характеристики, входной ВШП выполней регулярно-секционированным по апертуре с регулярностью, соответст-вующей фазовой зонной пластинке Френеля, и с электрически параллельным соединением акустически противофаз" ных соседних секций, апертура W выходного ВШП выбрана из условия

01в 1 в Ьну где 0 в и 01к - минимальные размеры первой-дифракционной зоны входного

ВШП, соответствующие верхней и нижней границам рабочего диапазона частот, а отношение величины протяженности выходного BlJfl к величине расстояния между центрами входного и выходного

ВШП выбрано равным заданной величине относительно".äåàèàöèè рабочей частоты.

105б428

Изобретение относится к радиоэлектронике, связи, радиолокации, в частности к устройствам обработки сложных радиосигналов на ПАВ.

Известна дисперсионная линия задержки на ПАВ, предназначенная для обработки сигналов, выполненная в виде расположенных на пьезоподложке в одном акустическом канале двух неэквидистантных встречно-штыревых преобразователей (ВШП) со взаимообратным законом расстановки штырей во входном и выходном 81Jll (1J .

Недостатками этого устройства являются большие амплитудные и фазовые искажения, .связанные с френелевской изрезанностью огибающей спектра линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала из-за неэквидистантности обоих ВШП, что в конечном итоге приводит к невысокой величине отношения сиг-. нал/шум устройства.

Наиболее близким к изобретению является дисперсионная линия задержки (ДЛЗ) на ПАВ, содержащая звукопровод, на поверхности которого акустически последовательно расположены входной эквидистантный ВШП и выходной неэквидистантный ВЙП, закон расстановки электродных штырей в котором. соответствует ЛЧМ сигналу j2) .

Недостатками известной линии задержки являются значительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала и низкое значение коэффициента передачи, обусловленное потерями энергии на переотражение и переизлучение ilAB при прохождении всего акустического потока входного сигнала через область размещения неэквидистантных электродных штырей выходного преобразователя, а также потерями энергии за счет дифракционной расходимости пучка ПАВ.

Кроме того, недостатком устройства, приобретающим основное значение для высокочастотных прецизионных устройств обработки сигналов на основе ДЛЗ, является невысокая точность реализации ЛЧМ преобразования вследствие невысокой линейности дисперсионной характеристики, что обусловлено технологическими ограничениями точности, выполнения требуемого закона пространственноу расстановки электродных штырей выходного преобразователя.

Целью изобретения является повышение линейности дисперсионной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в дисперсионной линии задержки на ПАВ, содержащей звукопровод, на поверхности которого акустически последовательно расположены входной

ВШП и по крайней мере один выходной

ВШП, входной ВШП выполнен регулярно секционированным по апертуре с регулярностью, соответствующей фазовой

10 зонной пластинке. френеля, и с электрически параллельным соединением акустически противофазных соседних секций, апертура W выходного ВШП выбрана из условия

15 10-. о н где О В, Окая — минимальные размеры первой дифракционной зоны выходного

ВШП, соответствующие верхней и ниж, ней границам рабочего диапазона час20 тот, а отношение величины протяженности выходного ВШП к величине расстояния между центрами входного и выходного

ВШП выбрано равным заданной величине

25 относительной девиации рабочей частоты.

На чертеже изображена ДЛЗ на ПАВ с одним (а) и двумя (б) выходными преобразователями ПАВ.

30 ДЛЗ содержит 3вукопровод 1, на поверхности которого в одном акустическом канале расположены входной

ВШП 2 ПАВ и по крайней мере один выходной ВШП 3.

Входной ВШП 2 выполнен секционированным по апертуре с числом секций

2N - 1(N = 1,2,...,n). Общее число секций определяется требуемой эффективностью воспроизведения обрабатываемого сигнала ПАВ в области размещения ВШП 3 и заданными импедансны ми характеристиками входного ВШП 2, а также геометрическими размерами звукопровода 1; количество пар шты45 рей в секциях входного ВШП 2 определяется исходя из требуемой полосы его пропускания.

Одна .из 2N-1 секций входного Blilri 2 расположена на его оси и имеет апертуру W1, пропорциональную среднему геометрическому из периода d его электродов и расстояния L между центрами входного 2 и выходного 3 преобразователей, т.е. W< qadi . Остальные секции расположены зеркально симметрично относительно указанной первой секции с апертурой Wf, а их апертуры

Wg,W,...,Wg выбраны монотонно убывающими в порядке возрастания номе"

1056428 ров секций от оси преобразователя к его периферии, т.е. W<> W> ъ ..,>W>.

Апертуры У7,ЫЗ, -...ИИ секций входного ВШП 2 по величине, выбраны такими, что акустическая разность хода ПАВ от соответствующих границ соседних секций, расположенных по одну сторону от оси преобразователя, на частоте синхронизма составляет половину длины волны ПАВ в некоторой точке на его оси. В результате величины апертур секций входного преобразователя определяются по аналогии с размерами соответствующих дифракционных зон Френеля. При этом отношение апертур любых секций входного преобразователя по величине равно отношению ширин зон френеля соответствующих этим секциям номеров.

Все секции входного преобразователя электрически соединены параллельно, образуя вход устройства, при этом каждая секция выполнена акустически противофазной по отношению к соседней. Последнее реализуется либо за счет относительного смещения электрически синфазных соседних секций на половину длины волны ПАВ в направлении оси преобразователя, ли" бо за счет протирофазного электрического соединения соответствующих электродных штырей несмещенных соседних секций.

Входной преобразователь характери" зуется наличием двух точек фокуса, расположенных на его осевой линии зеркально симметрично относительно центра преобразователя. При этом в каждом фокусе собирается 4/Т частей всей излученной преобразователем энергии, а положение точек фокуса при возбуждении преобразователя на частоте синхронизма определяется отношением квадрата апертуры М первой секции к учетверенному периоду встречноштыревого преобразователя. При возбуждении нв других частотах положение точек фокуса смещается вдоль оси преобразователя вследствие присущего структурам типа зонной пластинки явления хроматической аберрации. Энер" гия, собираемая в соответствующей точке Фокуса входного преобразователя, концентрируется e его фокальной плоскости в пределах первой дифракционной зоны, центр которой совпадает с соответствующей точкой фокуса, а поперечный размер этой зоны при неизменной геометрии преобразователя уменьшается с ростом частоты сигнала ДЛЗ.

Выходной ВШП 3 ДЛЗ содержит по крайней .мере одну встречно-штыревую систему электродов, размещенную таким образом, что ее центр совпадает с положением фокуса входного преобразователя на частоте его синхронизма.

Поскольку входной ВШП 2 характеризуl0 ется двумя такими фокусами, располо- 1 женными зеркально симметрично на его оси, выходной ВШП 3 может быть образован как одной, так и двумя встречно-штыревыми системами электродов.

В последнем случае они оказываются размещенными по разные стороны от входного ВШП 2 и зеркально симммет, рично относительно его центра. Встречно-штыревая система электродов Bbl

20 ходного ВИП 3 (единственная или любая из двух) выполнена с невозрастающей апертурой, которая может быть как неизменной (а), так и монотонно убывающей с увеличением расстояния

2s от входного преобразователя 2 (б).

При- этом величина апертуры W выходного ВШП 3 выбирается иэ условия:

Р 0 Ч < В я, де 0 a = (гА,>нв) D

Выбор величины апертуры выходного

ВШП 3 обеспечивает детектирование им только сфокусированной части входного сигнала, что необходимо для повышения отношения сигнал/шум на

40 выходе устройства и уменьшения искажений, вносимых в дисперсионную характеристику устройства несфокусированной частью акустического потока, излученного входным ВШП 2, Количественно минимальный размер

2г,„„ первой дифракционной зоны входного Blil0 2, определяющий выбранную величину апертуры выходного

ВШП 3, можно определить по аналогии

50 с соответствующей характеристикой зонной пластинки Френеля. Применительно к входному ВШП 2 ПАВ рассматриваемого устройства использование такой аналогии дает: (age)ww ) 1056

5

1 где - длина волны ПАВ, отвечающая той или иной. частоте из диапазона частот обрабатываемого сигнала (3 = —, где

K — скорость .ПАВ);

Х

Wg - суммарная (полная) апертура входного преобразователя;

Н - наивысший номер секции входного преобразователя.

Таким образом:, !

v 4

О,б1 —. (и 2 — N (%I )

1 с

Яи(и,1 . o,û — < (o< lw,1 (ф и и,1 где 1„и ГВ - соответственно нижняя и верхняя границы диапазона частот обрабатываемого сигнала.

Выходной ВШП 3 является узкоапертурным. При большом числе 2N-1 секций апертура W выходного ВШП 3 составляет величину порядка длины волны A обрабатываемого сигнала. Про" тяженность 3 выходного ВШП 3, отнесенная к расстоянию L между центрами электродных структур входного и выходного преобразователей, выбрана равной относительной девиации частоты .обрабатываемого сигнала, т.е (<ð <8)/<с где Ф вЂ” частота синхронизма входного ВШП.

Расстановка электродных штырей .встречно-штыревой структуры выходного ВШП может быть как эквидистант- 4О ной, так и неэквидистантной. Указанная протяженность выходного ВШП по величине соответствует смещению точки фокусирования акустической энергии, излучаемой входным ВШП во всем

45 диапазоне частот обрабатываемого сигнала, что в сочетании с размещением выходного преобразователя по отношению к входному необходимо для оптимального пространственного детектирования сфокусированного акустичесt кого потока во всем диапазоне рабочих частот; Выбор протяженности выходного ВШП в соответствии с указанным соотношением является необходимым условием повышения отношения сигнал/шум на выходе устройства и уменьшения искажений, вносимых в дис персионную характеристику устройства несфокусированной частью акустического потока, излучаемого входным ВШП в диапазоне частот обрабатываемого сигнала.

Устройство выполняет функцию дисперсионной линии задержки с линейной дисперсионной характеристикой. Характерно при этом, что линейность дисперсионной характеристики устройства не зависит от закона расстановки штырей выходного преобразователя, а определяется линейностью пространственной дисперсии сфокусированного акустического сигнала в области размещения выходного ВШП. Амплитуда сигнала на выходе предлагаемого уст» ройства превосходит соответствующий параметр выходного сигнала известного устройства. в число раз, определяемое эффективностью фокусирования и детектирования акустического сигнала, Последняя при наличии лишь одного выходного преобразователя со" ставпяет величину (4/ 3 )(Wg/W ), а при двух выходных ВШП, соединенных параллельно, дает величину, вдвое большую. Поскольку при относительно большом числе секций входного преоб- разователя апертура Wg составляет величину порядка Я, а апертура W, исходя из условия эффективного эпектромеханического преобразования, осуществляемого входным преобразова,телем, как правило, в десятки и сотни раз превосходит длину. волны Д увеличение амплитуды выходного сигнала по сравнению с несфокусированным сигналом достигает нескольких десятков. Соответственно, s такое же число раз возрастает и отношение сигнал/шум на выходе устройства. Дополнительное увеличение этого оТНо шения в предлагаемом устройстве обес" печивается еще и за.счет существенно меньшего уровня ложных сигналов. Это обусловлено тем, что выходной узкоапертурный преобразователь лишь частично перекрывает полный акустический поток, излученный входным преобразователем, и эффективно детектирует только сфокусированный акустический сигнал.

Таким образом, предложенная конструкция ДЛЗ обеспечивает линейную дисперсионную характеристику и за счет этого повышение точности реализации ЛЧИ преобразования сигнала, а также увеличение отношения сигнал/шум на выходе устройства.

1056428

Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делаи иэобретений и открытий

133035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 9338/54

Филиал ППП "Патент", r.. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Чистякова

Редактор И. Николайчук Техред И.Тепер Корректор А. Дэятко