Многоэлементный электроакустический преобразователь

 

МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ,содержащий слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде прямой полосы, а другой представляет собой последовательность П-образных элементов/ каждый из которых состоит из прямого участка и двух одинаковых ответвлений, перпендикулярных прямому участку, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью снижения дифракционных потерь и уровня излучения электромагнитных , слой пьезоэлектрика расположен на электроде в виде прямой полосы, а П-образные электроды расположены в два слоя, причем в одном слое их пря1«ле участки нанесены на пьезоэлектрик так,что расстояние между ними равнорасстоянию между -ответвлениями, а во втором слое прямые участкирасположены над слоем пьезоэлектрика со смещением относительно первого слоя на величину расстояния между ответвлениями , при этом первый и второй (Л слои электрически изолированы друг от друга слоем диэлектрика и электрически соединены на концах ответвлений . 00

(19) (11) СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) Н 04 .Р 17 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3496795/18-10 (22) 16 ° 07.82 (46) 15.01.84. Бюл. )) 2 (72) В.С.Хитрин, t0.A Зюрюкин и Б.М.Гурьев (71) Научно-исследовательский.институт механики и. физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н.Г.Чернышевского (53) 534.232(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 355754, кл. Н 04 R 17/00, 1971;

2. Авторское свидетельство СССР Р 839073, кл. Н 04 R 17/00, 1979. (54)(57) МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде прямой полосы, а другой представляет собой последовательность П-образных элементов, каждый из которых состоит

1 из прямого участка и двух одинаковых ответвлений, перпендикулярных .прямому участку, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью сниже)(ия дифракционных потерь и уровня. излучения электромагнитных помех, слой пьезоэлектрика расположен на электроде в виде прямой полосы, а Il-образные электроды расположены в два слоя, причем в одном слое их прямые участки нанесены на пьезоэлектрик так,. что расстояние между ними равно расстоянию между ответвлениями, а во втором слое прямые участки. расположены над слоем пьезоэлектрика. со смещением относительно первого слоя на величину расстояния между ответ- Е влениями, при этом первый и второй слои электрически изолированы друг от друга слоем диэлектрика и электрически соединены на концах ответвлений.

1067б18

Изобретение относится к электродинамике и технической акустике и может найти применение при разработке твердотельных линий задержки

СВЧ диапазона, акустооптических устройств. 5

Известно устройство с объемной акустической волной, в котором использован многоэлементный электроакустический преобразователь, представляющее собой несколько последо- )0 вательно соединенных емкостей, содержащих слой пьезоэлектрика

Этим достигается уменьшение емкостной проводимости преобразователя, однако необходимость согласования преобразователя внешними реактивными элементами сохраняется.

Наиболее близким к изобретению является электроакустический преобразователь, содержащий слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде прямой полосы, а другой представляет собой последовательность П -образных элементов, каждый из которых состоит из прямого участка и двух одинаковых ответвле. ний, перпендикулярных прямому участку. Указанное соединение элементов представляет собой совокупность последовательно включенных фильтров верхних частот. Выбором геометрических размеров элементов, определяющих их электрические параметры, обеспечивают равенство волнового сопротивления цепочки фильтров волновому сопротивлению стандартных передаю35 щих линий в широкой полосе частот ) 2 J .

Однако в данной конструкции размеры каждо" î из излучателей звука малы и все они геометрически разделены на плоскости. Это обуславливает высокий уровень боковых лепестков в диаграмме направленности электроакустического преобразователя, а следовательно, высокие дикракционные потери акустической энергии. 45

Кроме того,. в данных системах относительно велика доля электромагнитной энергии, излучаемой H объем звукопровода, что в акустических линиях задержки обусловливает сущест- 5П вование ложного незадержанного сигнала.

Цель изобретения — снижение дифракционных потерь и уровня излучения электромагнитных помех.

55 . Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде прямой полосы, а другой представля- 60 ет собой последовательность П-образных элементов, каждый из которых состоит из прямого участка и двуходинаковых ответвлений, перпендикулярных прямому участку, слой пье- 65 зоэлектрика расположен на электроде в виде прямой полосы, а п -образные электроды расположены в два слоя, причем в одном слое их прямые участки нанесены на пьезоэлектрик так, что расстояние между ними равно расстоянию между ответвлениями, а во втором слое прямые участки расположены над слоем пьезоэлектрика со смещением относительно первого слоя на величину расстояния между ответвлениями, при этом первый и второй слои электрически изолированы друг от друга слоем диэлектрика и электрически соединены на концах ответвлений.

На фиг. 1, 2 и 3 изображен предлагаемый преобразователь, его сечения; на фиг. 4 — эквивалентная схема части устройства.

Электроакустический преобразователь (фиг. 1, 2 и 3 ) наносится на поверхность звукопровода 1 и представляет собой периодическую систему чередующихся П -образных проводящих планок 2 и 3.

Параллельные участки 2 любых соседних П -образных проводящих пленок расположены друг,над другом, на свободных концах 4 они контактируют между собой, а в основной своей части разделены слоем 5 диэлектрика, выполненным также в форме полоски с большей шириной. Другие части 3 П -образных проводящих слоев образуют полоску с разрывами, которая располагается над сплошным ленточным проводящим слоем б, нанесенным на поверхность звукопровода 1. Между ними — слой 7 пьезоэлектрика, выполненный также в виде полоски большей ширины.

Участки 2 или 3 крайней П -образной проводящей пленки в совокупности с проводящим слоем б образуют вход электроакустического преобразователя. С другого конца соответствую. щие проводники 2 и 3 могут быть либо свободны, либо через согласующее сопротивление соединены электрически с проводником б .

Электроакустический преобразователь работает следующим образом.

Электромагнитный сигнал, подаваемый на вход электроакустического преобразователя последовательно проходя через конденсаторы, образованные сплошным ленточным слоем б и расположенными над ним участками 3

П-образных проводящих слоев, возбуждает акустические колебания пьезоэлектрического слоя 7. Данн ле колебания за счет акустической . связи передаются в объем звукопровода 1.

От одного конденсатора к другому электромагнитная энергия передается по связывающим их проводникам 2, расположенным друг над другом и об1067618

20 разующим вертикальные петли. Непреобразованная электроМагнитная энергия, дошедшая до конца преобразователя, выделяется на согласующем сопротивлении, либо после отражения от свободного конца продолжает 5 процесс преобразования, распростра няясь в обратнуо сторону.

Эквивалентная. электрическая схема предлагаемого электроакустического преобразователя представляет 10 собой цепочку последовательно соединенных Т вЂ” или П -образных ячеек фильтра низких частот типа гп (фиг.4).

При этом емкостный элемент 8 представляет собой конденсатор, образо- 15 ванный участком 3 П -образной проводящей пленки и проводящим слоем 6.

Потери электромагнитной энергии, связанные с ее преобразованием в . акустическую энергию в емкостных слоях 8, описываются комплексной проводимостью 9. Проводники 2, расположенные друг над другом; через слой 5 диэлектрика и образующие вертикальную петлю, на эквивалентной схеме представлены индуктивностями 10 и емкостями 11. Все параметры эквивалентной схемы определяются геометрическими размерами элементов преобразователя, они могут быть рассчитаны и уточнены экспериментально.

Оптимальный расчет преобразователя предполагает выполнение требования-равенства характеристического сопротивления цепочки фильтров волновому сопротивлению стандартных передающих линий в требуемой полосе частот, которые могут достигать величин порядка октавы. В этом случае может быть достигнута черезвычайно высокая эффективность электроакустического преобразования. Пространственное распределение энергии акустических волн в объеме звукопровода, определяемое диаграммой направлен- 45 ности источника, зависит от его геометрических размеров и длины акустической волны. Для многоэлементных электроакустических преобразователей доля высших пространственных гармо- 59 ник определяется отношением разме ра отдельного излучателя периоди— ческой системы 8 к периоду данной

=истемы р. R предлагаемом многоэлементном преобразователе указанное 55 выше соотношение достигает своего максимального значения д Iр - 1. Это практически исключает существование боковых лепестков диаграммы направленности преобразователя и, таким образом, снижает до минимума дифракционные потери акустичЕской энергии.

Существенное снижение уровня излучения СВЧ энергии в объем звукопровода в предлагаемом преобразователе обуславливается особым расположением элементов преобразователя.

В частности, участки 3 П -образных проводящих пленок экранированы, поскольку расположены над заземленной проводящей прямой полосой 6.

Чрезвычайно низкий уровень электромагнитного излучения параллельных участков 2 П -образных проводящих слоев, расположенных друг над другом, обусловлен тем, что электрические токи, протекающие по верх- . ним и нижним слоям равны по величине и имеют фазовый сдвиг, близкий к л

По сравнени--о с прототипом, а также с электроакустическим преобразователем, являющимся основным элементом промышленно выпускаемых СВЧ акустических линий задержки, в предлагаемом преобразователе практически. устранены дифракционные потери акустической энергии. В верхней части дм-диапазона длин радиоволн дифракционные потери акустической энергии вышеуказанных преобразователей составляют величину до 3 дБ, в зависимости от предусмотренной в технологии точности изготовления преобразователя. При размерах отдельных элементов преобразователя порядка 400-500 мкм коэффициент заполнения многоэлементного преобразователя изменяется в пределах

65-85%, что и обуславливает вышеуказанные уровни дифракционных потерь .

В предлагаемом преобразователе широкая полоса рабочих частот, отсутствует необходимость использования согласующих элементов, низкий уровень вносимых потерь и высокий уровень подавления незадержанного сигнала, обуславливают возможность его широкого применения при создании акустических линий задержки для устройств радиовысотометрии и вычислительной техники. 1067618 д -В фий.3

Составитель В. Кудрявцев

Редактор Н,Воловик Техреду B.далекорей Корректор Ю.Макаренко

Заказ 11230/58 Тираж 640 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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