Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах Советский патент 1993 года по МПК H03H9/30 

ети, ограниченным двумя плоскими доменными границами {ПДГ) 3 и А, расположенные на рабочей грани звукопровода 1 входной узкоапертурный 8 ШП 5 и выходной широкоапертурны й ВШП 6, ориентированные своими штыревыми электродами взаимно ортогонально один относительно другого и под углом 3t /4 по отношению к ПДГ З и 4, управляющие электроды 7, Т, расположенные на обеих противолежащих Z-гранях звукопровода 1 в области размещения ПДГ 4, наиболее удаленной от входного ВШП 5, при этом края 8, 9 управляющего электрода 7, расположенного на рабочей Z-грани звукопровода 1 и вы- полнены 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 стороны от ПДГ 3, расположенной между ВШП 5 и краем 8 управляющего электрода 7, в результате входной ВШП 5 целиком (за исключением его контактных площадок) оказывается расположенным вне области пояосоаого домена 2 обратной полярности, а штыревые электроды входного ВШП 5 расположены параллельно кристаллографической оси У материала звукопровода 1 в его области вне полосового домена. ПДГ 3 выполнена неподвижной за счет использования двух механических стопперов 11 и 12, размещенных на соответствующих торцевых гранях звукопровода 1 в областях выхода из них ПДГ 3 и жестко механически связанных с этими торцевыми гранями, например, с помощью клеевого соединения.

Управляющий электрод 7 на нерабочей Z--грани звукопровода 1 может иметь произвольную конфигурацию при условии, что обеспечено взаимное перекрытие управляющих электродов 7 и 7 в рабочей области перемещения подвижной ПДГ 4; управляющий электрод 7 также может иметь конфигурацию, отличную от изображенной на чертеже, с тем лишь ограничением, что его край 8, ближайший к входному ВШП 5, должен быть выполнен параллельным ПДГЗ, 4. Кроме того, расположение ВШП 6 по другую относительно ВШП 5 сторону от ПДГ 3, предполагает размещение для его штыревых электродов, в то время, как контактные площадки 8ШЛ б могут быть расположены в одном ВШП 5 домене, т. е. по одну с ВШП 5 сторону от ПДГ 3. Наконец, выполнение ПДГ 3 неподвижной может быть реализовано и« только с помощью столперов 11, 12, размещенных на соответствующих торце-. шк гранях зэукопровода 1, но и с помощью егопперз, жестко механически связанного

с тыльной (нерабочей) Z-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 коэрцетивных механических и электрических полей материала звукопровода 1, или локальную невозможность механической деформации области звукопровода 1 в окрестности размещения

ПДГ 3. Один «з возможных путей реализации последнего - использование дополнительных по отношению к ЛДГ 3 и 4 доменных границ и структур, расположенных вне области акустического канала

(ВШП 5 - ПДГ 4 - ВШП 6).

Регулируемая ультразвуковая линия задержки на поверхностных акустических волнах работает следующим образом.

При подаче входного электрического радиочастотного сигнала на входной ВШП 5 в пьезоэлектрическом звукопроводе 1 распространяется ПАВ а направлении ПДГ 4, 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 vi и MI распространения ПАВ на соответствующих участках акустического канала. Так, если на участке ВШП 5 ПДГ 3 скорость ПАВ имеет значение vi, то на участке ПД Г 3-ПДГ 4 с корость ПАВ будет

иметь значение V2, а на участке ПДГ 4 ВШП6 вновь VL При этом, поскольку в монокристаллах РЗМ, изоморфных ГМО, максимальное различие скоростей ПАВ, имеющее место как раз для указанных двух нэправлений распространения (f vi - va I макс) составляет единицы процентов (например, для ГМО (vi - v2)/vt,2 к 3%), 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 в предложенной конструкции РУЛЗ на ПАВ опреде- яяется только геометрической длиной

акустического пути ВШП 5tv1)- ПДГ ПДГ ВШП 6, а ее изменение - только соответствующим изменением длины этого акустического пути, в свою очередь, определяемым изменением геометрической длины канала распространения ПАВ лишь на участке ПДГ 3 ПДГ 4, реализуемым за счет изменения местоположения ПДГ 4 в звуко- проводе 1 под действием управляющего электрического напряжения от источника 10. При наличии на его выходе, а следовательно, и на управляющих электродах 7, Т электрического напряжения, содержащего поле Еу, превышающее по величине соответствующее коэрцетивное значение Ео (характерное для данного материала), в силу сегнетоэлектрических свойств материала звукопровода 1, имеетместо переполяризация, которая, благодаря сегнетоэластиче- ской 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 звуко- проводе 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 Кпдв2. То же имеет место и для активной части штыревых электродов ВШП 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 кристаллофизических систем координат в соседних доменах монокристаллов, изоморфных ГМО, обеспечивает максимальное значение Клдв2 и для ВШП 6. Таким образом, как входной ВШП 5, так и

выходной ВШП 6, в отличие от устройства- прототипа работают в режиме максимальной энергетической эффективности преобразо- 5 вания ПАВ, что и обеспечивает уменьшение вносимых потерь в предложенной РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройством-прототипом.

Кроме того, благодаря размещению

10 входного ВШП 5 и выходного ВШП б по разные стороны относительно неподвижной ПДГ 3, а также описанному выше ее размещению между ВШП 5 и краем 8 управляющего электрода 7. обеспечивается и сни15 жение 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 про0 странственной разориентации волнового фронта, отраженной от ПДГ 4 ПАВ и штыревыми электродами ВШП 6, имеющую место в устройстве-прототипе, вследствие специ- . фики акустической анизотропии монокри5 сталлов, изоморфных ГМО. Действительно, ПАВ, излученная входным ВШП 5 при прохождении неподвижной ПДГ 3 испытывает изменение направления волнового вектора КПАВ на угол, определяемый относительной

5 разностью (vi - va) скоростей ПАВ в данном направлении в соседних доменах изоморфа ГМО, однако при отражении от ПДГ 4 вновь имеет место изменение направления вектора КПАВ ПАВ (опять же за счет различия vi и V2), знак которого противоположен соответ0 ствующему изменению направления КПАВ на ПДГ 3, а величины указанных изменений направления волновых векторов строго одинаковы, в результате ПАВ, прошедшая ПДГ 3 и отраженная от ПДГ 4, характеризуется

5 направлением волнового вектора, ортогональным штыревым электродам ВШП 6. или.что то же характеризуется фазовым фронтом, параллельным штыревым электродам ВШП 6. Это, в свою очередь устраня0 ет 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

5 предложенной РУЛЗ на ПАВ в сравнении с устройством-прототипом, 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 об разом, что отраженная от нее ПАВ, излучен

ная входным ВШП 5, ни при каких условияхФормула изобретения не попадает на выходной ВШП 6 и, как след-Регулируемая ультразвуковая линия за- ствие, не вносит искажений в выходной сиг-держки на поверхностных акустических вол- нал, формируемый на ВШП 6 отраженныйнах(ПАВ), содержащая пьезоэлектрический от подвижной ПДГ 4 и, соответственно, не5 звукопровод, выполненный из полидомен- увеличивэет УЛС, в сравнении с устройст-ного монокристалла редкоземельного мо- вом-прототипом.либдата, изоморфного молибдату

гадолиния, в виде пластины Z-среза с полосовым доменом обратной полярности, ограТаким образом, предложенное выпол-10 ничейным двумя параллельными плоскими

некие РУЛЗ на ПАВ, обеспечивая уменьше-доменными границами (ПДГ),и расположенние величины вносимого затухания (за счетными на рабочей Z-грани звукопровода

обеспечения работы входного ВШП 5 и вы-входным узкоалертурным встречно-штыреходного ВШП 6 в режиме максимальнойвым преобразователем (ВШП) ПАВ, размеэнергетической эффективности преобразо-15 щенным вне области полосового домена и

вания ПАВ) и снижение уровня ложных сиг-ориентированным своими штыревыми элекналов (за счет создания условийтродами под углом п/4 к ПДГ, и выходным

компенсации разориентации фазовогоширокоапертурным ВШП, ориентированфронта ПАВ, отраженной от ПДГ 4 и штыре-ным под углом я: /2 к штыревым электродам

выми электродами ВШП 6, а такжеисключе-20 входного ВШП, а также два управляющих

ния падения на выходной ВШП 6электрода, подсоединенных к регулируемопаразитной ПАВ, отраженной от ПДГ 3), темму источнику электрического напряжения и

самым обеспечивает достижение постав-расположенных соответственно на обеих

ленных целей. противолежащих Z-гранях звукопровода,

25 при этом один край электрода расположен

Экспериментальные исследования ма-в области размещения ПДГ, наиболее уда- кета предложенной РУЛЗ на ПАВ, реал изо-ленной от входного ВШП ПАВ, а другой край ванного на монокристалле ГМО, показали,управляющего электрода выполнен парал- что в сравнении с устройством-прототипомлельным ПДГ, отличающаяся тем, что, предложенное техническое решение позво-30 с целью уменьшения величины вносимого ляет уменьшить величину вносимого затуха-затухания и снижения уровня ложных сигна- ния на 6 дБ, а также снизить УЛС на 6-8 дБ.лов, входной узкоапертурный и выходной

широкоапертурный ВШП ПАВ расположеОтметим также, что дополнительноены по разные стороны от ПДГ, ближайшей к

преимущество предложенной РУЛЗ на ПАВ35 входному ВШП, штыревые электроды котов сравнении с устройством-прототипом за-рого расположены параллельно кристаллоключается в том, что уменьшение вносимогофизической оси Y звукопровода, при этом

затухания и снижение УЛС в ней обеспечи-указанная ПДГ расположена между входвается в широком диапазоне регулированияным ВШП ПАВ и параллельным ей краем

времени задержки, принципиально недо-40 управляющего электрода и выполнена нестижимом для устройства-прототипа безподвижной, увеличения его габаритов.

П

/ /

6 7

В V/ Г I

2 ГУ / / Х-А

7

V

I

Изобретение относится к акустоэлект- ронике 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 эку- стоэлектроники 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 звукопро- воде из монокристалла, изоморфного мо- либдату 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 молиб- дата тербия (ТМО), в виде пластины Z-среза с полосовым доменом 2 обратной полярно(Л С 00 00 ON 00