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 акусти-- ческих волнах (ПАВ) в составе различной радиоэлектронной аппаратуры обработки сигналов. Изобретение позволяет уменьшить величину вносимого затухания и снизить уровень ложных сигналов (УЛС) в широком диапазоне регулирования инфорИзобретение относится к области экустоэлектроники и может быть использовано в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) в составе радиоэлектронной амплитуды обработки сигналов. Цель изобретения - уменьшение величины вносимого затухания и снижение уровня ложных сигналов. мативного параметра без увеличения габаритов звукопровода, и как следствие, повысить помехозащищенность и расширить динамический диапазон РУЛЗ на ПАВ. Это обеспечивается тем, что в РУЛЗ на ПАВ, реализованной на полидоменном звукопроводе из монокристалла, изоморфного молибдату гадолиния в виде пластины Z-среза с полосовым доменом обратной полярности , ограниченным двумя параллельными плоскими доменными границами (ПДГ), составляющими угол л/4 с штыревыми электродами входного и выходного встречно-штыревых преобразователей (ВШП) ПАВ , последние, ориентированные ортогонально друг относительно к другу, расположены по разные стороны от ПДГ, выполненной неподвижной и расположенной между входным ВШП и краем управляющего электрода, параллельным ПДГ, при этом штыревые электроды ВШП выполнены параллельными кристаллофизической оси Y материала звукопровода в области вне полосового домена обратной полярности. 1 ил. На чертеже показана предлагаемая линия . РУЛЗ на ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, выполненный из полиамидногомонокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика семейства редкоземельных молибдатов (РЗМ), изоморфных молибдату гадолиния, например , молибдата гадолиния (ГМО) или молибдата тербия (ТМО), в виде пластины Z-среза с полосовым доменом 2 обратной полярно (Л С 00 00 ON 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕН>ЮЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885235/22 (22) 26.11.90 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (71) Московский инженерно-физический институт и Центральное конструкторское бюро "Алмаз" (72) А.Н.Алексеев, В.М.Овсянкина и В.А,Осипов (56) 1. IEEE Ultrasonics Symposium Proceeding, 1977, р. 780 — 784А. 2. Патент США 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 качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛЗ) на поверхностных акусти-ческих волнах (ПАВ) в составе различной радиоэлектронной аппаратуры обработки сигналов. Изобретение позволяет уменьшить величину вносимого затухания и снизить уровень ложных сигналов (УЛС) в широком диапазоне регулирования инфорИзобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛ3) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) в составе радиоэлектронной амплитуды обработки сигналов. Цель изобретения — уменьшение величины вносимого затухания и снижение уровня ложных сигналов.... ЫÄÄ 1818681 А1 мативного параметра без увеличения габаритов звукопровода, и как следствие, повысить помехозащищенность и расширить динамический диапазон РУЛЗ на ПАВ. Это обеспечивается тем, что в РУЛЗ на ПАВ, реализованной на полидоменном звукопроводе из монокристалла, изоморфного молибдату гадолиния в виде пластины 2-среза с полосовым доменом обратной полярности, ограниченным двумя параллельными плоскими доменными границами (ПДГ), составляющими угол x/4 с штыревыми электродами входного и выходного встречно-штыревых преобразователей (ВШП) ПАВ, последние, ориентированные ортогонально друг относительно к другу, расположены по разные стороны от ПДГ, выполненной неподвижной и расположенной между входным ВШП и краем управляющего электрода, параллельным ПДГ, при этом штыревые электроды ВШП выполнены параллельными кристаллофизической оси Y материала звукопровода в области вне полосового домена обратной полярности. 1 ил. На чертеже показана предлагаемая линия. РУЛЗ на ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, выполненный из полиамидного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика семейства редкоземельных молибдатов (РЗМ), изоморфных молибдату гадолиния, например, молибдата гадолиния (ГМО) или молибдата тербия (ТМО), в виде пластины Z-среза с полосовым доменом 2 обратной полярно1818681 ст."1, а,:.раниченным двумя плоскими доменными границами (ПДГ) 3 и 4, расположенные на рабочей грани звукопровода 1 входной узкаапертурный В ШП 5 и выходной ширакаапертурныи ВШП 6, ориентированные;:.»;:ûâëè штыревыми электродами взаимна артаганэльно один относительно другага и пад углом к /4 по отношению к ПДГ 3 и 4, управляющие электроды 7, 7, ргспала:.<м:ные на обеих противолежащих 77-гранях звукоправада 1 в области размещения ПДГ 4, наиболее удаленной от входного ВШИ 5, при этом края 8, 9 управляющего электрода 7, расположенного на рабочей 2-грани звукоправода 1 и выполнены параллельными ПДГ 3 и 4, регулируемый источник 10 электрического напряжения, подсоединенный к управляющим электродам 7, 7 . Входной ВШП 5 и выходной ВШП 6 размещены по разные сто- 20 роны ат ПДГ 3, расположенной между ВШП 5 и краем 8 управляющего электрода 7, в результате входной ВШП 5 целиком (за исключением ега контактных площадок) оказывается расположенным вне области 25 . паласового домена 2 обратной полярности, а штыревые электроды входного ВШП 5 расположены параллельно кристаллографиче"кай аси У материала звукопровода 1 в его области RHB -.;алас ваго домена. ПДГ 3 вы- 3О палнена неподвижной за счет использования двух механических "стапперов" 11 и 12, размещенных на соответствующих торцевых гранях звукапровода 1 в областях выхода на них ПДГ 3 и жестко механически связанных с этими торцевыми гранями, например, с помощью клеевого соединения. Управляющий электрод 7 на нерабочей Z-грани звукапровада 1 может иметь произвальную конфигурацию при условии, что 40 обеспечено взаимное перекрытие управляющих электродов 7 и 7 в рабочей области перемещения подвижной ПДГ 4; управляющий электрод 7 также может иметь конфигурацию, отличную ат изображенной на 45 чертеже, с тем лишь ограничением, что его край 8, ближайший к входному ВШП 5. должен быть выполнен параллельным ПДГ 3, 4. Кроме того, расположение В ШП 6 по другую относительна ВШП 5 сторону от ПДГ 3, 50 предполагает размещение для его штыревых электродов, в та время, как контактные площадки ВШП 6 могут быть расположены водном ВШП 5дамене, т. е. по одну с ВШП 5 сторону от ПДГ 3, Наконец, выполнение 55 Г ДГ 3 неподвижной может быть реализована не только с помощью "стопперав" 11, 12, размещенных на соответствующих торце-. въ х гранях звукапровада 1, но и с помощью " стаппера", жестко механически связанного с тыльной(нерабочей) 2-гранью звукопровода 1 в области размещения ПДГ 3. Реализация неподвижной ПДГ 3 может быть осуществлена без использования стоппера, а путем, например, локального облучения области эвукопровода 1 со сформированной в нем ПДГ 3 тем или иным видом ионизирующего излучения, либо каким-то иным способом, обеспечивающим или резкое локальное увеличение козрцетивных механических и электрических полей материала звукопровода 1, или локальную невозможность механической деформации области звукоправада 1 в окрестности размещения ПДГ 3. Один из возможных путей реализации последнего — использование дополнительных по отношению к ПДГ 3 и 4 доменных границ и структур, расположенных вне области акустического канала (ВШП 5 - ПДГ4 - ВШП 6). Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах работает следующим образом. При подаче входного электрического ра- . диочастотного сигнала на входной ВШП 5 в пьезоэлектрическом эвукопроводе 1 распространяется ПАВ в направлении ПДГ4, от которой она отражается и распространяется далее в направлении ВШП 6, на котором вновь ПАВ преобразуется в электрический радиочастотный (выходной) сигнал, задержанный по времени относительно входного на величину, определяемую расстоянием от ВШП 5 до ПДГ 4 и от ПДГ 4 до ВШП 6, а также скоростями ч1 и vz распространения ПАВ на соответствующих участках акустического канала. Так, если на участке ВШП 5 ПДГ 3 скорость ПАВ имеет значение vg, то на участке ПДГ 3-ПДГ4 скорость ПАВ будет иметь значение vz, а на участке ПДГ 4 ВШП6 вновь v>. При этом, поскольку в монокристаллах Р3М, иэоморфных ПМО, максимальное различие скоростей flAB, имеющее место как раэ для указанных двух направлений распространения (1 v1 - vz - макс) составляет единицы процентов (например, для ГМО(ч1-ч2)/ч д мЗЯ причем т. к. ПДГ 3 неподвижной, а расстояние от ПДГ 4 до ВШП 6 для отраженной от ПДГ 4 ПАВ неизменно при любом положении ПДГ 4 в звукопроводе, то временная задержка выходного сигнала относительно входного s предложенной конструкции РУЛ3 нэ ПАВ определяется только геометрической длинрф акустического пути ВШП 5(" - ПДГ 3 - ПДГ 4(" 4 ВШП 6, а ее изменение — только соответствующим изменением длины этого акустического пути, в свою очередь, определяемым изменением геометрической длины канала распространения ПАВ лишь на уча1818681 55 стке ПДГ 3 — ПДГ 4, реализуемым за счет изменения местоположения ПДГ 4 в звуко. проводе 1 под действием управляющего электрического напряжения OT источника 10. При наличии íà его выходе, а следовательно, и на управляющих электродах 7, 7 электрического напряжения, содержащего поле Еу, превышающее по величине соответствующее коэрцетивное значение Ер (ха. рактерное для данного материала), в силу сегнетоэлектрических свойств материала звукоп ровода 1, имеет место переполяризация, которая, благодаря сегнетоэластической природе материала звукопровода 1, осуществляется путем бокового перемещения ПДГ 4 параллельной самой себе. В зависимости от .знака приложенного электрического напряжения это приводит к уменьшению или увеличению геометрической длины акустического канала на участке ПДГ 3- ПДГ 4 и, соответственно, всей длины акустического канала распространения ПАВ от ВШП 5 к ВШП 6, а как следствие, к соответствующему уменьшению или увеличению времени задержки выходного электрического радиочастотного сигнала относительно входного. Благодаря тому, что ПДГ 3 выполнена неподвижной (ее местоположение в звукопроводе даже при наличии управляющего напряжения на электродах 7, 7 не изменяется), а ВШП 5 и ВШП 6 расположены по разные стороны от нее, причем штыревые электроды ВШП5, размещенного вне области полосового домена 2 обратной полярности, выполнены параллельными кристаллофизической оси Y материала звукопровода обеспечиваются условия, при которых как входной ВШП5; так и выходной ВШП 6 работают в режиме максимальной энергетической эффективности преобразования ПАВ. Действительно, для ВШП 5 при указанной ориентации его штыревых электродов относительно кристаллофизических осей материала звукопровода 1 обеспечивается .максимальное значение Кпдв . То же имеет место и для активной части шты ревых электродов BLUfl 6, воспринимающих и детектирующих ПАВ. отраженную от ПДГ 4, т. к. указанные активные части штыревых электродов ВШП 6 оказываются размещенными в соседнем по отношению к штыревым электродам ВШП 5 домене и, кроме того. ортогонально относительно них расположенными, что, с учетом различной ориентации кристалл офизических систем координат в соседних доменах монокристаллов, изоморфных ГМО, обеспечивает максимальное значение Кпдв и для ВШП 6. Таким образом, как входной BLUfl 5, так и выходной ВШП 6, в отличие от устройствапрототипа работают в режиме максимальной энергетической эффективности преобразования ПАВ, что и обеспечивает уменьшение вносимых потерь в предложенной РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройством-прототипом. Кроме того, благодаря размещению входного ВШП 5 и выходного ВШП 6 по разные стороны относительно неподвижной ПДГ 3, а также описанному выше ее размещению между ВШП 5 и краем 8 управляющего электрода 7, обеспечивается и снижение уровня ложных сигналов (УЛС) в предложенной РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройством-прототипом. Дело в том, что введение неподвижной ПДГ 3 между ВШП 5 и ВШП 6 обеспечивает компенсацию пространственной разориентации волнового фронта. отраженной от ПДГ 4 ПАВ и штыревыми электродами ВШП 6, имеющую место в устройстве-прототипе, вследствие специфики акустической анизотропии монокристаллов, иэоморфных ГМО. Действительно, ПАВ, излученная входным BLUfl 5 при прохождении неподвижной ПДГ 3 испытывает изменение направления волнового вектора Кпдв на угол, определяемый относительной разностью (v> - ч2) скоростей ПАВ в данном направлении в соседних доменах изоморфа ГМО, однако при отражении от ПДГ 4 вновь имеет место изменение направления вектора Кпдв ПАВ (опять же за счет различия vi u ч2), знак KGToporo противоположен соответствующему изменению направления Кпде на ПДГ 3, а величины указанных изменений направления волновых векторов строго одинаковы, в результате ПАВ, прошедшая ПДГ 3 и отраженная от ПДГ 4, характеризуется направлением волнового вектора, ортогональным штыревым электродам BLUfl 6, или,что то же характеризуется фазовым фронтом, параллельным штыревым электродам ВШП 6. Это, в свою очередь устраняет ложные сигналы, имеющие место в устройстве-прототипе за счет разориентации фазового фронта ПАВ, отраженной от подвижной ПДГ 4 и штыревыми электродами выходного ВШП 6. Уменьшение УЛС в предложенной РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройством-прототиfloM, дополнительно обусловлено и отсутствием между отражающей ПАВ ПДГ 4 и выходным ВШП 6 второй ПДГ, приводящей в устройстве-прототипе к соответствующей разориентации фазового фронта ПАВ и штыревыми электродами выходного ВШП 6. В то же время следует заметить, что в предложенной РУЛЗ на ПАВ неподвижная ПДГ 3, расположена таким образом, что отраженная от нее ПАВ, излучен1818681 ная входным ВШП 5, ни при каких условиях не попадает на выходной ВШП 6 и, как следствие, не вносит искажений в выходной сигнал, формируемый íà ВШП 6 отраженный от подвижной ПДГ 4 и. соответственно, не увеличивает УЛС, в сравнении с устройством-прототипом. Таким образом, предложенное выполнение РУЛЗ нз flAB, обеспечивая уменьшение величины вносимого затухания (за счет обеспечения работы входного ВШП 5 и выходного ВШП 6 в режиме максимальной энергетической эффективности преобразования ПАВ) и снижение уровня ложных сигналов (за счет создания условий компенсации разориентации фазового фронта ПАВ, отраженной от ПДГ 4 и штыревыми электродами ВШП 6, а также исключения падения на выходной ВШП 6 паразитной ПАВ, отраженной от ПДГ 3), тем самым обеспечивает достижение поставленных целей. Экспериментальные исследования макета предложенной РУЛЗ нз ПАВ, реализованного на монокристалле ГМО, показали, что в сравнении с устройством-прототипом предложенное техническое решение позволяет уменьшить величину вносимого затухания на 6 дБ, а также снизить УЛС на 6-8 дБ. Отметим также, что дополнительное преимущество предложенной РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройством-прототипом заключается s том; что уменьшение вносимого затухания и снижение УЛС в ней обеспечивается в широком диапазоне регулирования времени задержки, принципиально недостижимом для устройства-прототипа без увеличения его габаритов, Формула изобретения Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ}, содержащая пьезоэлектрический 5 звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла редкоземельного молибдата, изоморфного молибдату гадолиния. в виде пластины Z-среза с полосовым доменом обратной полярности, огра10 ниченным двумя параллельными плоскими доменными границами(ПДГ),и расположенными на рабочей 2-грани звукопровода входным узкоапертурным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) ПАВ, разме15 щенным вне области полосового домена и ориентированным своими штыревыми электродами под углом л/4 к ПДГ, и выходным широкоапертурным ВШП, ориентированным под углом ж /2 к штыревым электродам 20 входного ВШП, а также два управляющих электрода, подсоединенных к регулируемому источнику электрического напряжения и расположенных соответственно на обеих противолежащих Z-гранях звукопровода, 25 при этом один край электрода расположен в области размещения ПДГ, наиболее удаленной от входного ВШП ПАВ. а другой край управляющего электрода выполнен параллельным ПДГ, отличающаяся тем, что, 30 с целью уменьшения величины вносимого затухания и снижения уровня ложных сигналов, входной узкоапертурный и выходной широкоапертурный ВШП ПАВ расположены по разные стороны от ПДГ, ближайшей к 35 входному ВШП, штыревые электроды которого расположены параллельно кристаллофизической оси У звукопровода, при этом указанная ПДГ расположена между входным ВШП ПАВ и пзраллельным ей краем 40 управляющего электрода и выполнена неподвижной. 1818681 Составитель А.Алексеев Техред М.Моргентал Корректор E.Ïàïï Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 Заказ 1941 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
