Низкотемпературная акустическая свчлиния задержки

 

пата н те, ;,,е-„„,„-„ (.д аде. Я А

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСА

ИЗОБРЕТ

)684120

К АВТОРСКОМУ СВИД (61) Дополнительное к авт. сви (22) Заявлемо 1 50377 (21) 2464

)М. Кл. с присоединением заявки Но

Н 03 Н 9/30

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 0 509.79

) УДК 621. 374 . 5 (088 .8) Дата опубликования опис (72) Авторы изобретения

Ю.К.Аракелов и B. H" Балабанов

Опытно-конструкторск ое бюро института радиофизики и элек трон и к и АН УСС P (71) Заявитель (54) НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ СВЧ

ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ

Изобретение касаетс я радиотех— ники СВЧ, а именно низкотемпературных акустических ВЧ линий задержки, основанных на использовании электроакустического преобразователя СВЧ электромагнитного сигнала в акустический сигнал, и может найти применение в приборах и лабораторных установках, в которых требуются длительные задержки СВЧ электромагнитных сигналов, например при изучении процессов, связанных с распространением СВЧ акустических волн в твердых телах.

Известно устройство, в котором для согзасования сопротивлений пьезоэлектрических преобразователей с сопротивлением линии передачи применены шлейфовые трансформаторы (1).

Недостатком устройства являетс я низкая эффективность в заимного пре— образования электромагнитных и акустических волн.

Известна низкотемпературная акустическая СВЧ линия задержки, содержащая помещенные в криостат линию передачи, связанное с ней согласующее устройство, пьезоэлектрический преобразователь и соединенный с ним монокристаллический звукопровод (2) .

Однако повышение эффективности преобразования достигается повышением добротности согласующего ус тройс тв а, в данном случае тороидального резонатора, что сужает полосу рабочих частот низкотемпературной акустической СВЧ линии задержки.

Цель изобретения — повышение эф— фективности преобразования при рас— ширении рабочей полосы частот.

Это достигается тем, что н низкотемпературной акустической СВЧ линии задержки, содержащей помещенные в криостат линию передачи, связанное с ней согласующее устройст но, пьезоэлектрический преобразователь и соединенный с ним монокристаллический звукопровод, согласующее устройство выполнено в виде закоро— ченного четвеотьволнового отрезка

П-образного волновода, к выступу которого на расстоянии Л(4 от закороченного конца подсоедине полуволновой отрезок коаксиальпой ли— нии, нагруженный на пьезоэ.яектрический преобразователь. Проводники

30 полуволнового отрезка коаксиальной

684720

20 линии состоят из металлических, концентрически расположенных к онусов, контактные поверхно TH которых расположены в одной плоскости и обработаны с оптической точностью.

На чертеже изображена низкотемпературная акустическая СВЧ линия задержки, резрез.

Низкотемпературная акустическая

)СВЧ линия задержки содержит криостат 1, заполненный охладителем сжиженным газом. В криостат 1 помещена линия 2 передачи, которая выполнена, например, в виде нейзильберового плоского волновода.

Такой волновод позволяет значительно уменьшить нагрев сжиженного газа эа счет тепла из окружающей среды. Линия 2 передачи в криостат

1 подключена к согласующему устройству. Оно представляет собой эакороченный четвертьволновой отрезок

П-образного волновода 3, который состыкован непосредственно r. прямоугольным волноводом линии 2 передачи. К выступу П-образного волновода 3 на расстоянии Л /4 от закороченного конца подсоединен проводник 4. Проводник 4 выполнен в виде металлического конуса. Он образует с верхней крышкой 5 П-образного волновода 3, в которой имеется коническоее отверс тие, к оак сиальную линию. Отверстие и проводник 4 pac— положены концентрически. Внутренняя полость конического отверстия в крышке 5 П-образного волновода 3 и проводник 4 представляют собой отрезок коаксиальной линии б длиной

Л/2 . Плоскость крышки 5 П-образного волновода 3 и проводник 4 расположены в одной плоскости и обработаны с оптической точностью. Они являются контактнымн электродами. К этим электродам приложен пьезоэлектрический преобразователь 6, соединенный с монокристаллическим эвукопроводом 7. Пьезоэлектрический преобразователь 6 представляет собой тонкую пьезоэлектрическую пленку окиси цинка, нанесенную вакуумным напылением на один из плоскопараллельных торцов звукопровода 7.

Звукопровод 7 выполнен из монокристалла в виде цилиндра, или прямоугольного параллелепипеда с плоскопараллельными торцовыми гранями. Плоскость торцов обработана с оптической точностью. Линия 2 передачи, согласующее устройство, пьезоэлектрический преобразователь б и эвукопровод 7 для предотвращения обмерзания герметизированы от окружающей среды.

Низкотемпературная акустическая

СВЧ линия задержки работает следующим образом.

Электромагнитный СВЧ сигнал по линии 2 передачи подводится к сог5

65 лагун>шему устройству, На контактных элек тролах согласующего устройства, No Tophet. являются крынка

5 П-образного вонновода 3 и проводник 4, выделяется электрическая составляющая элен тромагннтного поля. Установленный на контактные элек троды пьеэоэлек трический преобразователь 6 преобразует электромагнитную волну в акустическую.

Акустическая волна, распространяясь в эвукопроводе 7 от торца с пьезоэлектрическим преобразователем 6, отражается от свободного торца звуко ро вода 7 и в нов ь попадает к пьезоэлектрическому преоб ра зов ателю 6. (1ри этом происходит частичное преобразование акустической волны в электромагнитную. Для уменьшения потерь мощности акустической волны во время распространения в эвукопроводе 7 последний охлажден в криостате 1. После взаимного преобразования электромагнитной и акустической волн с согласующего устройства в линию 2 передачи поступает сигнал, задержанный на время распространения акустической волны в звукопроводе 7. Опытная проверка низкотемпературной акустической

СВЧ линии задержки осуществлялась при охлаждении звукопровода до температуры жидкого азота (T=77 K) в трехсантиметровом диапазоне радиоволн. Зэукопровод был изготовлен из монокристалла рубина. Пьезоэлектрическим преобразователем служила пленка окиси цинка. Полоса частот низкотемпературной акустической

СВЧ линии задержки составила более 5% при потерях на взаимное преобразование менее 30 дб, т.е. менее 15 дб на одно преобразование. Уход рабочей частоты при охлаждении от комнатной температуры до температуры жидкого азота составил менее

1%, а эффективность преобразования, с точностью до погрешности измерений (0,2Ъ), не изменялась.

Низкотемпературная акустическая

СВЧ линия задержки обеспечивает эффективное преобразование СВЧ электромагнитных и акустических волн при значительном расширении рабочей полосы частот. По сравнению с известной низкотемпературцсй акустической CB× линией задержки эффективность преобразования увеличена с

20-25 дб до 15 дб. Полоса рабочих частот составила 5% вместо 0,074.

Уход рабочей частоты при охлаждении был менее 1Ъ. При такой широкой полосе рабочих частот отпадает необходимость в механической подстройке. Повышается точность измерений, так как изменение эффективности преобразования составило менее

0,2 дб. Повышается надежность кон— струкции.. Выполненные таким обра684

15

Формула и зоб ре тени я

Составитель О. Богомолов

Редактор А.Шмелькин Техред З.Фанта Корректор 1.- . Папп

Заказ 5305/53 Тираж 1060 (1одписное

Ш1ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и Открь|тий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул. Проектная, 4 зом íol актны электроды позволяют и спытына т ь pa!nèч ные образцы монокристалли iBских звукопроводов, а также ис<.ледов а ть ра эличные их участки с целью выявления областей с мин има JlbHblM количес тВОм дефек тов .

Изменение площади поверхности центрального элен I,к>да, которым является острие штыря, в контактной плоскости позволяет и эмен я ть площадь возбуждения пьезоэлектрическим преобразователем акустической волны в эвукопроводе. Зто, в OBolo очередь, изменяет поперечные размеры звукового луча в эвукопроводе от несколь— ких тысячных мм до нескольких мм

Низкотемпературная акустическая

СВЧ линия задержки, содержащая помещенные в криостат линию передачи, связанное с ней согласующее устоой— ство, пьезоэлектрический преобраэо— ватель и соединенный с ним моно20 ь кристаллический звукопровод, о т л и ч а ю шийся тем, что, целью повышения эфФскTHBHOOTH преобразования при расширении рабочей полосы частот, согласующее устройство выполнено в виде закороченного четвертьволнового отрезка Побразного волновода, к выступу которого на расстоянии Л /4 длины от эакороченного конца подсоединен полуволновой отрезок коаксиаль— ной линии, нагруженный на пьезоэлектрический преобразователь, причем проводники полуволнового отрезка коаксиальной линии состоят иэ металлических, концентрически расположенных конусов, контактные поверхности которых расположены в одной плоскости и обработаны с оптической точностью.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

IEEE "Trons on 1 ? гавоп1св

Fngin" YI, с.27, 1963.

2. Известия Академии наук СССР, 1 971, 9 5, т. 3 5, с . 9 48 (прототип) .