Многоэлементный электроакустический преобразователь Советский патент 1984 года по МПК H04R17/00 

Изобретение откосится к электродинамике и технической акустике и может найти применение при разрабо ке твердотельных линий задержки СВЧ диапазона, акустооптических ус ройств , Известно устройство с объемной акустической волной, в котором использован многоэлементный электроакустический преобразователь, пред ставляющее собой несколько последовательно соединенных емкостей, содержащих слой пьезоэлектрика t . Этим достигается уменьшение емкостной проводимости преобразователя, однако необходимость согласования преобразователя внешними реактивными элементами.сохраняется Наиболее близким к изобретению является электроакустический преобразователь, содерл ;ащий слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде прямой полосы а другой представляет собой последовательность П -образных элементов каждый из KOTOpfjx состоит из прямого участка и двух одинаковых ответв НИИ, перпендикулярных прямому учас ку. Указанное соединение элементов представляет собой совокупность последовательно вклгоченных фильтров верхних частот. Выбором геометричес ких рв-Змеров элементов, определяющих их электрические параметры, обе печивают равенство волнового сопротивления цепочки фильтров волновому сопротивлению стандартных передающих линий в широкой полосе частот. Однако в данной конструкции, размеры каждого из излучателей звука малы и все они геометрически разделены на плоскости. Это обуславливает высокий уровень боковых лепестков в диаграмме направленности элек троакустического преобразователя, а следовательно,высокие дикракционные потери акустической энергии. Кроме того, в данных системах относительно велика доля электромагнитной энергии-, излучаемой в объем звукопровода, что в акустических ли ниях задержки обусловливает существование ложно.го незадержанного сигнала. Цель изобретения снижение дифракционных потерь и уровня из.луче ния электромагнитных помех. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем слой пьезоэлектрика и элект р ды, один из которых выполнен в вид прямой полосы, а другой представля етсобой последовательность П-рбра ных элементов, каждый из которых состоит из прямого участка и двуходинаковых ответвлений, перпендикулярных прямому участку, слой пье 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 боль-шей шириной. Другие части 3П Образных проводящих слоев образуют полоску с разрывами, которая располагается над сплошным ленточным проводящим слоем 6, 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 6 образуют вход электроакустического преобразователя. С другого конца соответствующие проводники 2 и 3 могут быть либо свободны, либо через согласующее сопротивление соединены электрически с проводником 6. Электроакустический преобразователь работает следующим- образом. Электромагнитный.сигнал, подаваемый на вход электроакустического преобразователя последовательно проходя через конденсаторы, образованные сплошным ленточным слоем 6 1Л расположенными над ним участками 3 П-образных проводящих слоев, возбуждает акустические колебания пьезоэлектрического слоя 7. Данн.те 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 образующим вертикальные петли. Непреобразованная электромагнитная энергия дошедшая до конца преобразователя, вьаделяется на согласующем сопротивлении, либо после отражения от свободного конца продолжает процесс преобразования, распростра няясь в обратную сторону.

Эквивалентная электрическая схема предлагаемого электроакустического преобразователя представляет собой цепочку последовательно соединенных Т - или п-образных ячеек фильтра низких частот типа m (фиг.4 При этом емкостный элемент 8 представляет собой конденсатор, образованный 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 велчин порядка октавы, В этом случае может быть дост игнута чрезвычайно высокая эффектит ность электроакустического преобразования. Пространственное распределение энергии акустических волн в объеме звукопровода определяемое диаграммой направленности источника, зависит от его геометрических размеров и длины акустической волны,. Для многоэлементных электроакустических преобразователе доля высших пространственных гармоник определяется отношением размера отдельного излучателя периоди- ческой системы d , к периоду данной :;истемы р, В предлагаемом многоэлементном преобразователе указанное выше соотношение хтостигает своего

максимального значения d/Р- 1, Это практически исключает существование боковых лепестков диаграммьл 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 ЗП -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 электри.ческие токи, протекающие по верх- . ним и нижним слоям равны-по величине и имеют фазовый сдвиг, близкий км,

По сравнению с прототипом, а также с электроакустическим преобразователем, являющимся основным элементом пpo 1ыщлeннo 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 использова согласующих элементов, низкий уровень вноси У1ых потерь и высокий уровень подавления незадержанного сигнала, обуславливают возможность ег широкого применения при создании акустических линий задержки для устройств радиовысотометрии и вычислительной техники.

фие.2

вВ

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 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 (Л слои электрически изолированы друг от друга слоем диэлектрика и электрически соединены на концах ответвлений. 00

11

Н