Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах
Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Целью изобретения является уменьшение величины вносимого затухания и снижение уровня ложных сигналов. РУЛЗ содержит взаимно перпендикулярные входной 5 и выходной 6 встречно-штыревые преобразователи (ВШП), расположенные в доменах разного знака полидоменного звукопровода 1 из монокристалла, изоморфного молибдату гадолиния. ПАВ. излученная входным ВШП 5, отражается от подвижной плоской доменной границы (ПДП 4. преломляется на неподвижной ПДГЗ и принимается выходным ВШП 6. Подвижность ПДГ4 обеспечивается изменением напрякения между управляющими электродами, расположенными на протиооположных гранях звукопровода. 1 ил.LOС3//е/?олосо^ого ffoMs/^aSHi/mpu . ло^оеаЗого^OMffXl^00О^ ся>&
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)5 Н 03 Н 9/30
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОП ИСАН И Е ИЗО БР ЕТЕ Н Ия
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ил. (21) 4886012/22 (22) 08.10.90 (46) 07.12.92. Бюл. М 45 (71) Московский инженерно-физический институт и Центральное конструлторское бюро "Алмаз" (72) А.Н. Алексеев, M. В, Злоказов и В.А. Осипов (56) I E EE Ultrasonics Symposium Proc. 1977, р. 780-784 А (р.783, Fig 8).
Патент CLLjA М 4117424, кл. Н 03 Н 9/30, 1978. (54) РЕГУЛИРУЕМАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ
ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ (57) Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано в качестае регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛЗ) на поверхностных акусти. HJ„„1780145 А1 ческих волнах (ПАВ). Целью изобретения является уменьшение величины вносимого затухания и снижение уровня ложных сигналов, РУЛЗ содержит взаимно перпендикулярные входной 5 и выходной 6 встречно-штыревые преобразователи (ВШП), расположенные в доменах разного знака полидоменного звукопровода 1 из монокристалла, изоморфного молибдату гадолиния. ПАВ, излученная входным ВШП 5, отражается от подвижной плоской доменной границы (ПДГ) 4, преломляется на неподвижной ПДГЗ и принимается выходным
B LLifl 6, Подвижность ПДГ 4 обеспечивается изменением напряжения между управляющими электродами, расположенными на противоположных гранях звукопровода. 1
17801 45
Изобретение относится к акустоэлехтронике и мо3кет быть использовано в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛЗ) на поверхностных вкус гических волнах (ПАВ) в составе различной радиоэлектронной аппаратуры обработки слгналов.
Известна РУЛЗ на ПАВ, содержащая пьезоэлектрический звукапровад, выполненный из бидоменного монокристалла редкоземельного молибдата, изоморфнаго молибдату гадолиния (ГМО), в виде пластиныы 7-среза, состоящей из двух даменов, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), и расположенных на рабочей Z-грани звукап ровода входного узкоапертурного и эь!— ход!!ага ширакоапертурного встречно-штыревых прегбразавателей (ВШГ1) ПАВ, последний из которых ориентирован своими штыревыми
2 зле!градами под углом — к плоскости Г1ДГ и
Л . V2 2 подуглом(—,--1-агсз1п()) x штыревы1и
Ч1 электродам выходного ВШП (где Vf и V2— соответственно скорости ПАВ на двух участках акустического канала звукапровада: между входным ВШП и ПДГ и между ПДГ и выходным ВШП„а также двухуправля;ощлх электродов, подсоединенных к ре!-улируемому источнику электрического напря>кения и распало3кенных на обеих п ротивалежаших 7-гранях звукоп ровода в
Области размещения ПДГ.
К недостаткам такой РУЛЗ на ПАВ,. раб та!ошей по принципу отражения Г1АВ от злектри 1ески перемещаемой па звуксг!раводу ПДГ, относятся: достато IHÎ высокий уровень вносимого затухания, HTo обусловлено размещением входного и выходного
БШП в домене одного знака звукоправада из монокристалла, изоморфного ГМО, под тг углам =- > друг к другу (тж. V; = V2 с точностью З,ь) и, как следствие, существенным (почти двуKpBTHblM) разли кием квадратов коэффициента электрамеха11ическОЙ се!Язи
l пАБ для ПАВ при такай opttG!ггации в1тых2 рей ВШП атноситель|10 ПДГ; значигельный уровень ложных сигналов, чto абуслов-ено таким расположением выход! ого В111П, при котором ПДГ, псремещаемая по звукопроводу в процессе эксплуатации РУЛЗ, попадает в область штыревьtõ электродов выходного ВШП и, разделяя два разнополярных домена звукопровода, индуцирует электрические заряды на выходе10м В111П.
Уровень эт!лх ложных сигналов оказывается весьма значительным, в особенности при работе РУЛЗ в динамическом режиме, что сводит на нет специальный выбор вели ины
Ь,. угла между штыревыми электродами входного и выходного ВШП (см. выше), который имеет целью уленьшеtfLtå уровня ложных сиг,!алов (УЛС), абусловленнь|х анизотропной разсриентацией волновых BBILTctpoB гадающей на ПДГ и отраженной от нсе П В.
Наиболее близкой:(изобретению па технической сущности является дру1ая известная РУЛЗ на ПАВ, выбранная в каче:-.тве устройства-прототипа и одновременно Газового обьекта, содержащая пьезаэлектр ::ческий звуко lpoBop,, выпал!!енный из полидоменнога монокристалла редкоземельного молибдата, изоморфногс ГМО, в виде пластины Z-среза с паласовым доменам обратной полярности, ограниченным двумя параллельными ПДГ, и расположенными на рабочей Z.-грани звукопг3овода входным звукоапертурным и выходным узкаапертурным и выхаднblM широкоапертурным ВШП ПАВ, размещенными вне области полосового домена и ориентированными своими штыревыми электродами под углом г 7 — к обеим его ПДГ и под углом —; друг к другу, а также двумя управля1сщими электродами, подсоединенными к регулируемому истачн!лку электрического напряже Nst л расположенными HB обеих противолежащих 2. -гранях звукопровода в област!л размеще1гия полосового дамена. по крайнсй мере один из которых (управля1ащих электродов), распалаженныл на рабочей Z7-грани звукаправода, оазмещен па од. у.сторону ат обоих ВШП, а его край, ближний к ним, параллелен ПДГ. В opBBío:MN с уст130йством-аналогом в этой конструкции РУЛЗ на
ПАВ устранены ложные сигналы, обуславле11ные г1с ррмещениям!л I IД1 в. Област<л штыревых электродoB выходного BLL, Ï, недостаткам устройства-прототипа, тем не менее., как и аписаHI", à Bll!JJO устройства-аналсга, по-пре3к11ему относятся; достаточна высокий gpoBBttb вносимого ззту3LBИЙя; значиiñëI>I BI урс вень .iоянь:х сигналов (УЛС).
Первый из них обусловлен. KBI в устасйстве-аналоге, pBBìBLL10tfèBì Обсих БШП в одном дамене звукап ровада (в до гене Одного знака), 1то при взаимно артаго;- альнай
01 . иентаци1л В Ш П и их 4еб ориентации по отHOL ."OHè!o к ПДГ ведет к почти двуi(ðäтному p- f ичию !< Г1дЕ! в них и, как .ледствие, увели" .н ito энергетических потерь. Второй
>ке недостаток устройства-прототипа, в атличле ат соо.гветствующзго недостатка устр01",ства-а11алога, Обусловлен анлзо-;.Опнай разор!лентацией волновых векторов падающей на ПДГ и отраженной GT нее ПАВ и екам пен!,.и ауемай (lt Отличие От устГ3 ." ò17
i0
25 ",0
::15
BB-аналога) ортогональной взаимной ориен тации ВШГI, а кроме того, и интерференцией попадающих на выходной BLLII ПАВ, отраженных от двух параллельных ПДГ, ограничивающих полосовой домен, vi характеризующихся разориентацией их волновых фронтов вследствле акустической анизотропии полидоменного звукопроводя.
Цель изобретения — уменьшение величины в осимсго затухания и снижение уровня ложных сигналов.
Поставленная en ь достигается тем, чт о в известной РУЛЗ на ПАВ, содержащей г.ьезоэлектрический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла рсдкоземельного молибдата, изоморфного молибдату гядолиния, в виде пластины Z-среза с полосовым доменом обратной полярности, ограниченным двумя параллельным»
ПДГ, и расположенными на рабочей Z-грани звукопровода входным узкоапертурным и выходным широксапертурным ВШП ПАВ, последний из которых размещен вне области полосового домена и ориентирован сяо;т ими штыревыми электродами под углом — к
Л обеим его ПДГ и под углом — к штыревым
2 электродам входн о го B LLI Ï, а та кже д ыл: управляющими электродами> г1одсоединснными к регулируемому источнику эле:Tp»ческого напряжения и расположенными ня обеих противсле>кащих Z-гранях звукспрсвода в области размещения одной ПДГ, наиболее удаленной оТ выходного ВШП ПАВ, по крайней мере один из которых (угразляющих электродов), расположенный íà рабочей Z-грани звукопровода, размещен 1;о одну сторону от обоих ВШП, а его край, ближайший к ним, выполнен параллельны .-:.
ПДГ, входной узкоапертурный ВШП ПАВ целиком размещен в областл полосового домена обратной полярности между ПДГ, наименее удаленной от выходного BLUiI, и краем управляющего электрода, пяряллел .— ным ПДГ, а штыревые электродь: входного
ВШП расположены гараллельно кристаллсфизической оси Y мя1ериала звукопрс":o>äB
B области полосового домена обрятнол гoлярности.
Регулируемая ультразвуковая линия задержки (РУЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) схематично изображена на черте>к@, РУЛЗ на ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровсд 1, выполненный из г<>лидсменного монокристалла сегнетсэластлкясегнетоэлектрика семелства редкоземельных молибдатов, изоморфного молибдату гядолиния, например молибдата гадолини: (ГМО) или молибдата тербия (TMO), в виде пластины Z-ñpåBB с полосовым доменом 2 ооратной полярности, ограниченным двумя плоскими домен o!ми границами (ПДГ) 3 и
4, расположенные на рабочей 2-грани звукопровсдя 1:- одной ВШП 5 и выходной
ВШП 6, ориечтироьянные своими штыревыми электрод; ми взаимно ортогонально друг
Л относительно др>га и под углом "-- no отно4 шени:-о K ПДГ 3 и 4, уппавляющ е электроды
7,, расположенн;Ie на обеих противолежа7! ших -гранях згукопровода 1, края 8 и 9 одного из которы; 7, расположенного на рабе:-ей 2-rpB звукопровода 1, выполнены параллельны"::.. ПДГ 3 и 4, регулируемый источник 10 эr, к-,р ческого напряжения, подсоединенный к управля1ощим электродам 7,7 . ШTI!pef- ые электроды ВШП 5 и 6
Х л составляют угол —; с ПДГ 3 и 4 и угол
4 между собой, при этом входной ВШП 5 целиком (за искл.о ..= -;К»"= может быть его конТо" ктн ы>< !1! I o IJJBBo K) p Bc rl0 10>Ke H в Области домена 2 обратной погярностл и его штыревые электроды параллельны кристаллофиз»,еской оси Y материала звукопровода вну-,ри дом;на 2 в то BpeMH KBK выходной
BLUI.! <. oBorlo o., -:" -.не облгс и домена 2 сбояTI"; of>I пол Я рн;:,: i. I,TBк?ке . B исключен»
-;.:ì может бы-. ь и вь е: о контактных площаДо "1 .
С ",едует отме лть, ч;с схематически изобряже.!няя на чертеже конструкция
РУЛЗ i!B ПАВ на гляется единственно возмсх<ной» допускает вариации выполнения отдельных элементов, Гак, в частности, уп-! рава»ощий электрод 7 а тыльной (нерабочей) 2-rpBHH звукапровода 1 может иметь саму;О различную конфигурацию, если тольКо обеспечз.!о в"->Bþ",íoå перекрытие электродов 7 и 7 в рабочей области перемещения
ПДГ 4, управляющий электрод 7 также может и,,".."-ть конфи- pBii»lo, отличную от изсбря?Кен:-:î . -Iя -!ертех<е с тем лишь ограничением, что его край 8, ближайший к входном„ i : Bt>l?,Одному ВШИ 5 и 6, должен быть выполнен пзряллельным ПДГ 3 и 4, Гям звукопрсвод может также иметь произвсдну!О l>opi> >i BI>÷ÿíèÿ плоскостью 7 и содержать кроме двух ПДГ 3 и 4 доf1îB;.ительнfiå дoме Hые границы и домены =". å обляс-.и я<уст»ческого канала
-l UJ I ID — Ф!, (> 4-ФВ,! Пб
Регулируема-". ультразвуковая линия задер: ки I B поверхностных акустических волна < pBOoTBT следу о!ц им Оорязом.
П,» подаче входного радиочастотного сигналя на входной БПШ 5 в пьезоэлектрическом зву;.Опрояоде распространяется
1780145
1ÌÁ и направле!!)9и ПДГ 4, от которой эна отражается и распространяется далее в направленли ВШП 6. На катаром вновь преобразуется в электрический радиочастотный ;!ûõàäíîé слгнял, задержанный во времени относительно входного на неличину, определ )eMylo расстоянием от ВШП5до ПДГ4 Еп ат ПДГ 4 до ВШП6. а также скоростями /1 и и распространения ПАВ на соответствующих участках знукапронода 1. При этом поскольку в монокристаллах, изоморфных
Г!у1>, максимальное различие скоростей ПАВ, име;о !ее место KBK раз для этих двух направлений распространения, состанляет единицы рац<- 11 г(- B ),напр> !мер. для " !9> !О Р1 — 2 )/ ч 1,2
=--3-",3,), то временная задержка выходного сигl!Г);!а Отl>аситель! IO нхадна> 0 B данноЙ
:0bIcTpóKLIè 9 РУЛВ на ПАВ определяется
rnlB >l1blM ОЬ )BÇQM !еак)ет !зи !РcKQII,E!n)9!30)>
Яку<>тического пути ВШП5-.Г1ДГ4 ВШП6, а ее изменение — cooTBBTcTB"IOIIJIn!9 измене1!1981>9 длины этого акустического пути., в сно!о очередь определяемым измененлем местоположения ПДГ4, пад действием уп-! эанля>)ощего эле:(три)еского напряжения ат источнлка 90.
При наличии на его выходе, а следовят8льIIÎ, !9 на /) IpBE3n51)0!L Ух элект!задах 7,7 ! >Огз и;!!Нна(0 алек; !зи>!<3скаГО 1)аг!ря>к<3ни>1, со::дающего и;ле Е,> превышающее сэо:— нетстнующе8 коэрцитивное значение I!g )характерное для данного ""àòåðèà)F>), В силу сРГьlстаэлект!Зи»еских снайстВ матер>!Яl)а звукопронода 1 имеет место его переполя"3 и 3 а ц и я, ): Ото !з а. 1 Ь л 1> Гада !3 я се Г н 8т О э>! а с т)р>" !8ск01л и ри ооде мат8 ри 3! а 3nукап ра нада 1 асу)цест!Зляется путем Ьака!ЗОГО llcpBM8щения ПДГ 4 ПЯOBnëàëülio самал себе. В зависимости от;IIBKB прило>кенного элcKòаическоГО н>319 рях<ен ив эта п)з>л водит к,f B! ли-)еliи)0 или уменьшени)о акусгическаго пути Г!АВ ня участке акустического канала
ВШГ!5 — ПДГ 4 и, как следствие, к саатветств>>юцl>»ь!у уве>)и>3ению !>)Г»9 ум>э> >ь)»;.!»9>" >8 личины ноемен)!ОЙ 3 !Держки выход>!Ого
ЭЛ8КТ!ЗИ ЕСКОГО РЯДИОЧЯСТОТНОГ(9 Си Г>!B!1 B
Отнас!!телы!О ГхаднаГО. I Ipl! Э l oм i101l(jx
>98 ПДГ <, размсщенной нн"-. Области перек!Зытля уг;;завляюших электрадгн 1 в и!зацессе Г>ОГулиранания Вр -:ме)>I,"; Заде!.жки не изменяется, так чта вхадна)9:зкоа 38ртурный ВШП 5 нс(- .гда О (33 !BB8Tcil Гзэз)иещенным целиком (зя искл Q«8I-".!98M мож(>т
oblTb 8! о KollTBKTl1blx площадок):!3 ОЬл >от и пагасОВОГО дамена 2 ОЬрат)-!Ой Г)аля анссти, а Выходнои В 1186 —. Вне абnacTEn номе»>IB 2
В результате благодаря Bыбору 00!)BE! r B>>En, В)ть>реBI>Ix эле;<традон ВШП5 параллельно .(PE>9C rBnЛОфИЗИЧЕСК0й ОСИ !»)ЯТЕРИЯЛЯ 38уКО5
Э (1
40 ,>> 5
55 провода в области паласового дамена 2 реализуется максимальная энергетическая эффективность возбуждения ПАВ преобразователем ВШП5, т,к. для материалов, изаморфных ГМО, именно такая Qp! ентаLI,I)ÿ штырей В Ш П отвечает максимал ь >:!31>)у значению К ПАВ. Более того, выходiioi
ВПШ 6, ортогонально ориентированный по отношению к ВШП 5, но размещенн ..Iin нне области пonocoBoro домена 2, в силу 90" разариентации кристаллофизических ос=". : в соседних доменах для материалов лзомар фных ПЛО, также оказывае,ся ориентирован своими LIJòûð8âûMè электродами таким образом, что и для него оеаг!Изуется макс..— мальное BíB÷8íèå К r!fEL3 и. как и дстние, 2 максимальная энаагетическая эф .1>еKTE
Г!АВ.
В результате как входной ВШП5, Tàê и выходной ВШП6 в данной конструкции
РУп3 на I!АВ, в отличие от устройства-проToTEnëB. характеризуются максимальным значением иx энергетической эффективности, что и обеспечивает уменьшение потерь энергии на преобразование ПАВ в целом и, как следствие, уменьшение вносимого затуха))ия н предложенной РУЛЗ на ГIАВ, КpOM!- тасг>, бЛЯ)-одаая Г!раг)ЛажРН)-:О;)у
pа3мeщ811ик> ВШ i 5 и В! .!П 6 о наслтель !о и!злОсаВОГ>! дамена 2 ;9 ОГрг-,ни ->!>)н ю!",их 8ГО ! >f.IP 3 и 4, а также аписанн. I у Выше-, Выпалjl8I1l" .Io уп ранг>я 0 ЩР О алек Г(задB 7 и Оязмеще)3 . Io егo края 8 с->:)оситально Г1ДГ и 4 и
В Ш! 5 и 6 обеспечинастся и с:119>K н> 18 уровня лс>х<ных сигн лоь,УЛС) В сра)энен>ли с fC . !QACTBOM ПраТатипoM, Де!!стни . Е >ьна, от!зажснная от подвижной Г!ДГ ПАВ, IIBflу>181)ная нходны);; I>> I! I11 5 в с >п;. СГ!8,I>9
ДВУХ ОРТОГОНЯ1>ЫIЫХ НЯГI >ЗЯГЛВН ИЯХ В ДОМЕНЕ
Одеo! о знака) при 45 падении ПАВ на ПДГ
4 Г)аинадит к то;>)у., ":. Га фазан») Й (;>".> энт и нал)- оной BBK:ор отраженной ат эг >i"-.;Д! 4
ПАВ оказываются оа>лент>л>оонанными отноcEIT 1E но OQQ)не;ству)с>1 >и < хара, теp,9cn >9! пада!Ощей ПАВ на угол, от)>и ный ат
Однако ЬлаГОдаря !а/1ичи)а I 1Ä(,» н Р >,)1 > на
Г1АВ и соотготству)още>л рефрак)!>и От!>аженн: и от ПДГ 4 ПАВ на этой ПДГ,"! ОсущеСТВЛ. "- СЯ КОМПBНСЯЦИЯ Bll>>930YPQI
pB3c" . » Нтации фазанаГО франт:3 и волнового не:„:ара Г1АВ, поашедшей )ерез ПДГ 3 в направленли ВШП 6. В результате ПАВ, при:дедцзая ня ВШП 6, хар>зктеризу).::;; согласован -ым с ориентацlnсй ш",biревых электродов этОГО ВШП 6 133>)pHI>f>ением Валнаногс Вектора >л ори нта!118Й фя-30 1-о провода, размещенный вне области полосового домена, и ориентированный своими вст речно-штырев ыми электродами (В ШЭ}
Л под ;лом — к первой и второй ПДГ и под
Составитель B. Ищенко
Техред М.Моргентал Корректор О. Орковецкая
Редактор
Заказ,4440 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский ком- нат Патент", г, Ужгород., ул.Гагарина, 1С1 фронта, что, как следствие, ведет к снижению УЛС в предложенной конструкции
РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройс вомпрототипом..Отметим, что указанный эффект реализуется в полной мере только в 5 том случае, когда край 8 управляющего электрода 7 выполнен параллельным ПДГ 4 и 3, т.к, при этом исключается влияние «рая
8 электрода 7 на ориентацию фазового фронта ПАВ, отраженного от ПДГ 4. 10
Формула изобретения
Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ). содержащая пьезоэлектрический звукопровод, выполненный из полидоменно. 15 го монокристалла редкоземельного молиадата, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза с полосовым доменом обратной полярности, ограниченным первой и второй плоскими доменными гра- 20 ницами (ПДГ), входной узкоапертурный встречно-шты ревой преобразовател ь (ВШП) поверхностных акустических волн, расположенный на рабочей Z-грани звукопровода. выходной широкоапертурный 25
ВШП поверхностных акустических волн, расположенный на рабочей Z-грани звукоЛ углом — к ВШЭ входного ВШП, а также два, правляющи, электрода, подключенных к регулируемом источнику электрического напряжения и расположенных на обеих противолежащих Z-гранях ззукопровода в области размещения и.,раей ПДГ, при этом у, равляющий электрод, расположенный на
:рабочей Z-грани звкопровода, размещен по одну сторону от обоих БШП, а его край, ближайший к ним. выполнен параллельным
ПДГ, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения вносимого затухания и снижения уровня ложных сигналов, входнСй узкоапертурный БЫ П размещен в области полосового домена обратной полярности ме>кду второй ПДГ и краем управляющего электрода, параллельным ПДГ, а ВШЭ входного ВШП расположены параллельно кристаллофизической оси У материала звукопровода в области полосового домена обратной полярности.
