ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ СВЧ СИГНАЛА Российский патент 2006 года по МПК H03H9/30 

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к области обработки радиосигналов СВЧ-диапазона. Изобретение предназначено для решения технической задачи - снижения уровня паразитных сигналов тройного и многократного прохождения, создаваемых акустической линией задержки в радиотехнической аппаратуре. Оно может быть использовано в радиолокационной аппаратуре, в системах связи и передачи данных, а также в других системах обработки радиосигналов.

Известны линии задержки СВЧ-сигнала, содержащие кристаллический звукопровод, входной и выходной пьезоэлектрические преобразователи (W.R.Sperry et al., Wide-Band Microwave Acoustic Delay Line with Exceptionally Smooth Phase and loss Response. "IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques", 1971, v. MTT-19, №12). Такие линии задержки имели высокие потери задержанного СВЧ-сигнала и высокий уровень паразитных сигналов тройного и многократного прохождения. Для использования таких линий в радиоаппаратуре требовались дополнительные усилители и специальные схемы для подавления ложных сигналов, порожденных сигналами тройного и многократного прохождения в акустической линии задержки.

Известны также конструкции линии задержки СВЧ-сигнала, в которых для снижения потерь задержанного сигнала путем уменьшения емкости преобразователей входной и выходной преобразователи выполнены в виде многоэлементного преобразователя, элементарные преобразователи в котором соединены последовательно, что уменьшает емкость всего преобразователя. При этом по отношению к акустическому сигналу элементарные преобразователи включены противофазно (пат. США №3893048, кл. 333/30, оп. 1975 г.). В линиях задержки с такими преобразователями потери задержанного сигнала значительно снизились, но уровень паразитных сигналов многократного прохождения стал сильно зависеть от частоты и в рабочей полосе частот иногда мог даже превышать уровень полезного сигнала.

Для подавления сигналов многократного прохождения известно также техническое решение, в котором линия задержки содержала звукопровод с шероховатыми торцами (авт. св. СССР №959601, МКИ Н 03 Н 9/30, оп. БИ №2, 1993 г.). В такой линии вследствие рассеяния акустического сигнала при многократных отражениях от торцов снижался уровень сигнала многократного прохождения. Однако вследствие шероховатости поверхности, на которой изготовлены пьезоэлектрические преобразователи, возрастал уровень потерь полезного сигнала.

Изобретение предназначено для снижения уровня паразитных сигналов многократного прохождения без увеличения вносимых потерь путем уменьшения расстояния между элементарными преобразователями в многоэлементном преобразователе ниже определенного предельного значения.

Сущность изобретения состоит в том, что дифракционное расхождение акустического пучка сигнала многократного прохождения значительно больше, чем у полезного задержанного сигнала. Поэтому при уменьшении расстояния между элементарными преобразователями, сигналы от каждого такого преобразователя в виде почти сферической акустической волны после многократного прохождения звукопровода будут почти равномерно распределяться по всем элементарным преобразователям, то есть фаза сигнала будет мало отличаться на различных элементарных преобразователях. Следовательно, суммарный выходной сигнал в силу противофазного включения элементарных преобразователей будет тем меньше, чем меньше отличие фазы сигнала на соседних преобразователях, то есть чем ближе расположены элементарные преобразователи.

Это исходное положение поясняется фиг.1, на которой схематично в разрезе плоскостью вдоль наибольшего размера преобразователя изображена линия задержки, содержащая входной (1) и выходной (2) многоэлементные преобразователи и кристаллический звукопровод (3).

Максимальное изменение фазы элементарных сферических волн Δϕ, возбуждаемых входным преобразователем, определяется максимальной разностью хода этой волны ΔR=R₁-R₀ между крайними точками выходного преобразователя, т.е.

где λ - длина акустической волны, L_N=NL - длина пути сигнала многократного прохождения, L - длина кристаллического звукопровода, N=3, 5, 7, ... - кратность прохождения сигнала в линии задержки, n количество элементарных преобразователей вдоль наибольшего размера выходного преобразователя, D - максимальный размер элементарного преобразователя. Если задано максимальное отклонение фазы Δϕ (в радианах) или ΔФ (в градусах), то максимальное расстояние между элементарными преобразователями на основании соотношений (1) и (2) определяется формулой:

Из расчетов и экспериментов следует, что уровень подавления сигналов многократного прохождения Р=20 дБ достигается, когда максимальное изменение фазы удовлетворяет неравенству Δϕ<π/5 или ΔФ<36°, а для уровня подавления Р=12 дБ Δϕ<π/3 или ΔФ<60°.

На основании этих полуэмпирических данных и из соотношения (3) следует неравенство для определения возможных расстояний Δ между элементарными преобразователями в зависимости от требуемого уровня подавления сигналов N-кратного прохождения Р(дБ), длины волны λ, числа n и максимального размера элементарного преобразователя D длины звукопровода L:

Линия задержки работает следующим образом: при подаче на входной пьезоэлектрический преобразователь (1) СВЧ-сигнала за счет пьезоэффекта на поверхности звукопровода (3) возникают СВЧ механические напряжения, которые возбуждают в звукопроводе СВЧ акустическую волну, распространяющуюся со скоростью звука к выходному пьезоэлектрическому преобразователю (2). В нем за счет пьезоэффекта часть мощности акустической волны преобразуется в электрическую СВЧ-мощность, которая снимается через подключенную к выходному пьезопреобразователю СВЧ-линию передачи в виде полезного задержанного сигнала, а другая часть мощности уносится отраженной акустической волной в обратном направлении и, претерпевая последующие многократные отражения, создает на выходном преобразователе паразитные сигналы через двойное время задержки после полезного сигнала (сигнал тройного прохождения), через учетверенное время задержки и так далее.

При конструкции пьезопреобразователя, удовлетворяющей соотношению (4), подавление сигналов тройного прохождения превышает заданный уровень Р(дБ) во всей рабочей полосе частот. Экспериментально уровень подавления Р=12 дБ достигнут в сверхширокополосной линии задержки с рабочей полосой частот от 1 ГГц до 18 ГГц.

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности, к области обработки радиосигналов СВЧ-диапазона и может быть использовано в радиолокационной аппаратуре, в системах связи и передачи данных. Техническим результатом является снижение уровня паразитных сигналов тройного и многократного прохождения, создаваемых акустической линией задержки в радиотехнической аппаратуре. Линия задержки содержит кристаллический звукопровод, входной и выходной пьезоэлектрические многоэлементные преобразователи с противофазными элементарными преобразователями. Приведена математическая формула для определения расстояния между элементарными преобразователями во входном многоэлементном пьезоэлектрическом преобразователе. 1 ил.

Линия задержки СВЧ сигнала, содержащая кристаллический звукопровод, входной и выходной пьезоэлектрические многоэлементные преобразователи с противофазными элементарными преобразователями, отличающаяся тем, что выходной многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь имеет расстояние Δ между элементарными преобразователями, удовлетворяющее неравенству

где λ - длина акустической волны;

N=3, 5, 7, - кратность прохождения сигнала в линии задержки;

L - длина кристаллического звукопровода;

n - количество элементарных преобразователей вдоль наибольшего размера выходного преобразователя;

D - максимальный размер элементарного преобразователя;

Р - требуемый уровень потерь сигналов многократного прохождения по отношению к уровню полезного сигнала, задаваемый в дБ.