Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах Советский патент 1992 года по МПК H03H9/30 

Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) IB составе различной радиоэлектронной аппаратуры обработки сигналов.

Известна РУЛЗ на ПАВ, содержащая пьезоэлектрический звукопровод, выполненный из бидомеиного монокристалла редкоземельного молибдата, изоморфного молмбдату гадолиния (ГМО), в виде пластины Z-среза, состоящей из двух доме1 ов, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), и расположенных на рабочей Z-грани зйукопроиода входного узкоапертурного и зыходного широкоапертурного пстречно-шгыресых преобразователей (ВШП)ПАВ, последний из которых ориентирован своими штыревыми

зл81ггродами под углом - к плоскости ПДГ и

п V2 под углом -1-агсз(п() к штыревым

электродам выходного ВШП (где Vi и Va соответственно скорости ПАВ на двух участках акустического кзнала звукопровода; между входным ВШП и ПДГ и между ПДГ и выходным ВШП), дтакже двухуправляющих злектродоБ, подсоединенных к регулируемому источнику электрического напряжения и расположенных на обеих противолежащих Z-гранях звукопровода п области размещения ПДГ.

К недостаткам такой РУЛЗ на ПАВ, работаюш,ей по принципу отражения ПАЕ) от злектрически перемещаемой по звукопроводу ПДГ, относятся: достаточно высокий уровень вносимого затухания, что обусловлено размещением входного и выходного ВШП D домене одного знака звукопроводз мз монокристалла, изоморфного ГМО, под

Т

углом - друг к другу (т.к. Xl V2 с точностью 3%) и, как следствие, существе1;ныги (почти двукратным) различием квадратов коэффициента электромеханической связи для ПАВ при, такой ориентацм и тырей ВШП относительно ПДГ; значительный уровень ложных сигналоо, что обусловлено таким расположением выходного ВШП, при котором ПДГ, перемещаемая по звукопроводу в процессе эксплуатации РУЛЗ, попадает в область штыревых электродов выходного ВШП и, разделяя два разнспопярных домена звукопровода, индуцирует электрические заряды на выходном ВШП. Уровень этих ложных сигналов оказывавтся весьма значительмым, в особенности при работе РУЛЗ в динамическом режиме, что сводит на нет специальный выбор вели-ины

угла между штыревыми электродами входного и выходного ВШП (см. выше), который имеет целью уменьшение уровня ложных сигналов (УЛС), обусловленных анизотропной разориентацией волновых векторов падающей на ПДГ и отраженной от нее ПАВ, Наиболее близкой к изобретен / ю по технической суш,ности является другая известная РУЛЗ на ПАВ, вь1бранная в качестве

0 устройства-прототипа и одновременно Разового объекта, содержащая пьезоэлектрический звукопровод, выг1ол;1енный из полидоменного монокристалла редкоземельного молибдата, изоморфного ГМО, в

5 виде пластины Z-cpeaa с полосовым доменом обратной полярности, ограниченным двумя параллельными ПДГ, и расположенными на рабочей Z-грани звукопоовода входным звукоапертурным и выходным уз0 коапертурным и выходным широкоапертурным ВШП ПАВ, размещенными вне области полосового домена и ориентированными своими штыревыми электродами под углом

л: ,-, пг-У

-j к обеим его ПДГ и под углом -,j друг к

другу, а также двумя управляющими электродами, подсоединенными к регулируемому источнику электрического напряжения и расположенными на обеих противолежа0 щмх Z-гранях звукопровода Б области размещения полосового домена, по крайней мере один из которых (управпяюиих электродов), расположенный на рабочей Z-грани звукопровода, размещен поодиу :торону от

5 обоих ВШП, а его край, ближний к ним, параллелен ПДГ, В сравнении с устройством-аналогом вЭТОЙ конструкции РУЛЗ на ПАВ устранены ложные сигналы, обусловленнье перемещениями ПДГ с- области

0 штыревых электродов выходного ВШП,

К недостаткам устройстеа-прототипа, тем не менее, как и рписан11ого выше устройства-аналога, по-прежнсму относятся: достаточно высокий уровень вносимого за5 туханйя; значительный уровень ложных сигналов (УЛС).

Первый из них обусловлен, как Б устройстве-аналоге, размещением обеих ВШП в одном домене звукопровода (в домене одмо0 го знака), что при взаимно ортогональной ориентации ВШП и их 45° ор /:ентации по отнои.онию к П,.ЦГ ведет к почти двукратному р;1../ичию КПАВ в них и, как следствие, увел1 лнию энергетических потерь. Второй

5 же недостаток устройства-прототипа, в отличие от соответствующего недостатка устройства-аналога, обусловлен анизотропной разориентацией волновых вектороа падающей на ПДГ и отраженной от нее ПАВ некомпенсируемой (п отличие от ycTpaiCTва-аиалога) ортогональной взаимной ориентации ВШП, а кроме того, и интерференцией попадающих на выходной ВШП ПАВ, отраженных от двух параллельных ПДГ, ограничивающих полосовой домен, и характеризующихся разориентацией их волнозых фронтов вследствие акустической анизотропии полидоменного звукопровода.

Цель изобретения - уменьшение величины В 1осимого затухания и снижение уровня ложных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известной РУЛЗ на ПАВ, содержащей пьезоэлектрический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла редкоземельного момибдата, изоморфного молибдагу гадолиния, в виде пластины Z-cpeза с полосовым доменом обратной полярности, ограниченным двумя параллельными ПДГ, и расположенными на рабочей Z-грани звукопровода входным узкоапертуриым и выходным широкоапертурным ВШП ПАВ, последний из которых размещен вне области полосового домена и ориентирован своими штыревыми электродами под углом у к

обеим его ПДГ и под углом - к штыревым

электродам входного ВШП, а также управляющими электродами, подсоединпнными к регулируемому источнику электрического напряжения и расположенными на обеих противолежащих Z-гранях звуколровода в области размещения одной ПДГ, наиболее удаленной от выходного ВШП ПАВ, по крайней мере один из которых (управляющих электродов), расположенный на рабочей Z-грани звукопровода, размещен г;о одну сторону от обоих ВШП, а его край, ближайший к ним, выполнен параллельным ПДГ, входной узкоапертурный ВШП ПАВ целиком размещен в области полосового домена обратной полярности между ПДГ, наименее удаленной от выходного ВШП, и краем управляющего электрода, параллельным ПДГ, а штыревые электроды входного ВШП расположены параллельно кристаллофизической оси Y мапериала звукопровода в области полосового домена обратной полярности.

Регулируемая ультразвуковаялиния задержки (РУЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) схематично изображена на чертеж,

РУЛЗ на ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластикасегнетоэлектрика семейства редкоземельных молибдатов, изоморфного молибдаг/ гадолиния, например молибдата гадолиния

(ГМО) или молибдата тербия (ТМО), в виде пластины Z-cpeaa с полосовым доменом 2 обратной полярности, ограниченным двумя П/10СКИМИ доменно.ми границами (ПДГ) 3 и 5 4, расположенные на рабочей Z-грани звукопроводэ 1 гхс/лной ВШП 5 и выходной ВШП 6, ориентированные своими штыревыми электродг; н1 взаимно ортогонально друг

л

относительно друга и под углом - по отношению к ПДГ 3 и -1, управляюидие электроды 7..7 , расположенные на обеих противолежащих Z-rpa i 4x згукопровода 1, края 8 и 9 одного из которых 7, расположенного на 5 рабочей Z-грани звукопровода 1, выполнены параллельным ПДГЗ и 4, регулируемый источник 10 электрического напряжения, подсоединенный к управляющим электродам 7,. Штырерые электроды ВШП 5 и 6

составляют угол у с ПДГ 3 и 4 и угол W

42

мзжду собой, при этом входной ВШП 5 целиком (за искл О-:а1 1-,ем может быть его контактных 1лош,адок) расположен в области

5 домена 2 oDpaTiiori полярности и его штыревые электроды параллельны кристаллофизической оси Y материала звукопровода BHyipii flOMiiHa 2 в то время как выходной ВШП G располо;:,он ане облгс и домена 2

0 обоятной полярнг.;:.Т|1 (также за исключением мож(;т быть Л1. его контактных площадок).

Сл8,цует oTMSiHTb, что схематически изображенная на чертеже конструкция

5 РУЛЗ на ПАВ не вляется единственно возможной и допускает вариации выполнения отдельных элементов. Так, в частности, управляющий электрод 7 на тыльной (нерабочей) Z-грани звукопровода Ч может иметь

0 самую различную конфигурацию, если только обеспечзмо взаимное перекрытие электродов 7 и 7 в рабочей области перемещения ПДГ 4, управляюи|,ий электрод 7 также может иметь конфигурацию, отличную от изс5 йражен моч на чертеже с тем лишь (ичением, что его край 8, ближайший к входному и вы.ходному ВШ 5 и 6, должен быть г;ь полнен параллельным ПДГ 3 м , Сам звукопрозод 1 может также иметь про0 мзводную форму сечения плоскостью Z и содержать кроме ,цвух ПДГ 3 и 4 дополнительные доменные границы и домены вне области акустического канала ВШП5- ПДГ4--ВШП6.

5Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поБЗрхностных акустических волизх работает следующим образом.

При подаче входного радиочастотного сигнала на входно.й ВПШ 5 в пьезоэлектрическом звукопроводе распространяется

I lAEl i направлении ПДГ 4, от которой она отражается и распространяется далее в направлении ВШП 6. на котором вновь преобразуется в электрический радиочастотный выходной сигнал, задержанный во времени относительно входного на величину, определяемую расстоянием от ВШП5 до ПДГ 4 и от ПДГ 4 до ВШП6, а также скоростями Vi и V/2 распространения ПАВ на соответствующих участках звукопровода 1. При этом поскольку в монокристаллах, изоморфных ГМО, максимальное различие скоростей ПАВ, ,цее место как раз для этих двух направлений распространения, составляет единицы процентов (например, для ГМО (Vi-V.)/ Vi,2 3%), то ораменная задержка выходного относительно входного в данной со 1струкци1- РУЛЗ на ПАВ Омределяется глазным образом геометрической длиной акустического пути ВШП5- ПДГ4- ВШПб, а се изменение - соответствуюгцим изменеHMOfvi длины этого акустического пути, в свою очередь определяемым изменением местоположения ПДГ4, под действием управляющего электрического напряжен/я от источника 10,

При нал .1чи.1 на его выходе, а следовательно, и на управляющих з/ ектродах 7,7 постоянного электрического напряжения, создающего попе Еу. прввыи.ающее соответствующее коэрцитивное значение; Ео (херактерное для данного .1атериала), в силу сегнетоэлектр|/1чес1 их свойств матер via л а звукопровода 1 имеет место его переполяризаци5;, которйя благодаря сегнетоэласткческой природе материала звукопровода 1 осущест лляетс5 путем бокового перемещения ПДГ 4 параллельно самой сабо. В зависимости от знака приложенного электрического напряжения это приводит к увеличению или уменьшению акустического пути ПАВ на участке акустического канала ВШП5- ПДГ 4 и, как следствие, к соответствующему увеличению лли уменьи;е1- иро величины Еремемной задержки выходного электрического радиочастотного сигнала относительно входного. При эгом лоложание ПДГЗ, размещенной вне области пзрекрытия управляющих электродов ,, в npouticce регулирозан /ъ1 прзмеии задержки не изменяется, так что входной узкоапертурный ВШП 5 всегда оказывается рззмеш,ениым целиком (за исключением может быть его комтзкт ых площадо:;) : об/.чсти полосового доменз 2 обратной гюлярнссти, а выходной BLUno - вне области домемз 2. В результате благодаря еыбору ориегггац ш штыревых электродов парал. кристзллофизической оси материала звукопровода в области полосового ,..омена 2 реализуется максимальная энергетическая эффективность возбуждения ПАВ гшеобразователем ВШП5, т.к. д.пя материалов, изоморфных ГМО, именно такая ориентация штырей ВШП отвечает максимальному значению К ПАВ. Более того, ВПШ 6, ортогонально ориентг/ рованный по отношению к ВШП 5, но размещенный вне

0 области полосового домена 2, в силу 90 разориентации кристаллофизическихосей в соседних доменах для материалов, изомор фных ГМО, также оказываетсй ориентирован своими штыревыми электродамм таким

5 образом, что и для него реализуется максимальное значение К ПАВ и. как слодствие, максимальная энаогатическая эффективность преобразования (детектирования) ПАВ.

0В результате как входной ВШП5, так и

выходной ВШП6 в данном конструкции РУЛЗ на ПАВ, в отличие от устройства-прототипа, характеризуются максимальным значением их .энергетической эффектиано5 сти, что и обеспечивает уменьшение потерь энергии на преобразование ПАВ в целом и, как следствие, уменыисние вносимого затухания в предложен 1-юй РУЛЗ на Г1.АВ,

Кроме тогп, благо,.а,аря пре,цложенкому

0 размеш,ени1О ВШП 5 к В1.П О относительно полосового доменЕ 2 и ограни-;иь2ющих его 1ДГ 3 и 4, а так.же описанному выше выполнению упразлй;Още- с электрода 7 и размеще11ию его края 8 относительно П,ДГ 3 и 4 и

5 ВШП 5 и 6 обеспечивается и снижение уровня /южных сигналов (УЛС) з сравнении с устройством-прототипом. Действительно, отраженная от подвижной ПДГ П.АВ, излученная входным ВШП 5, в смлу специфики

0 акустической анизотропии материела звукопрово,да 1 (различия скоростей V-i и V, в двух ортогональных направлениях в домене одного знака) пр« 45° падении ПАВ на ПДГ 4 приводит к TOi-.iy, -STO фазовый фронт и

5 волновой вектор отраженной от згой ПДГ 4 ПАВ оказываклся ориентированными относительно соответствующих характеристик

JT

падйющей ПАВ на угол, отличный от TJ ,

.

0 о.днзко благодаря наличию ПДГ 3 в РУЛЗ на ПАВ и соотпогствующей рефрак л,и;1 отражеи ой от ПДГ 4 ПАВ на этой ПДГ 3 осуществл55 -ся компенсация анизотропной разо;,, :н-1тац11и фазового фронта п волнового ПАВ, прошедьией через ПДГЗ в направлении Р.ШП 6, В результате ПАВ, приведшая на ВШП 6, характеризуется согласованным с ориентацией штыревых электродов этого ВШП б напраплением волнового вектора и орисчианией фазо- то

фронта, что. как следствие, ведет к сних ению УЛС в предложенной конструкции РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройствомпрототипом. Отметим, что указанный эффект реализуется в полной мере только в том случае, когда край 8 управляющего электрода 7 выполнен параллельным ПДГ 4 и 3, т.к. при этом исключается влияние края 8 электрода 7 на ориентацию фазового фронта ПАВ, отраженного от ПДГ А.

Формулаизобретения Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащая пьезоэлектрический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла редкоземельного молибдата, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза с полосовым доменом обратной полярности, ограниченным первой и второй плоскими доменными границами (ПДГ), входной узкоапертурный встрочно-штыревой преобразователь (ВШП) поверхностных акустических волн, расположенный на рабочей Z-грани зпукопровода, выходной широкоапертурный ВШП поверхностных акустических волн, расположенный на рабочей Z-грани звуколроводз, размещенный вне области полосового домена, и ориентированный своими встречно-штыреными электродами (ВШЭ)

71

ПОД 2i первой и второй ПДГ и под

углом -н к ВШЭ входного ВШП, а также два

управляющих электрода, подключенных к регулируемому источнику электрического напряжения и расположенных на обеих противолежащих Z-граняхззукопроБода Q области размещения первой ПДГ, при этом / фавляющий электрод, расположенный на рабоГей Z-грани зв /копровода, размещен по одну сторону от обоих ВШП. а его край, ближайший к ниг/;, выполнен параллельным ПДГ, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения вносимого затухания и снижения уровня ложных сигналов, входной узкоапертурный ВШП размещен в области полосового домена обратной полярности между пторой ПДГ и краем управляющего электрода, параллельным ПДГ, s ВШЭ входного ВШП расположены параллельно кр сталлофизической оси Y материала звукопровода в области полосового домена обратной полярности.

Изобретение относится к акустоэлект- ронике 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>&