Низкотемпературная акустическая свчлиния задержки Советский патент 1979 года по МПК H03H9/30 

Изобретение касается радиотехники СВЧ, а именно низкотемпературных акустических СВЧ 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 сопасования сопротивлений пьезэлектрических преобразователей с сопротивлением линии передачи применены шлейфовые трансформаторы 1 .

Недостатком устройства является низкая эффективность взаимного преобразования 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 согласуюи1его устройства, в данном случае тороидального резонатора, что сужает полосу рабочих частот низкотемпературной акустической СВЧ линии задержки.

0

Цель изобретения - повышение эффективности преобразования при расширении рабочей полосы частот.

Это достигается тем, что р. низкотемпературной акустической СВЧ линии

5 задержки, содержащей помещенные в криостат линию передачи, связанное с ней согласующее устройство, пьезоэлектрический преобразсватель и соединенный с ним монокристалли0ческий звукопровод, согласующее устройство выполнено в виде закороченного четвеотьволнового отрезка П-образного волновода, к выступу которого на расстоянии Л f4- от зако5роченного конца подсоедине : полуволновой отрезок коаксиаль;1ой линии, нагруженн1: й на пьезоэлектрический преобразователь. Проводники полуволнового отрезка коаксиальной

0

линии состоят из металлических, концентрически расположенных конусов, контактные поверхности которых расположены в одной плоскости и обработаны с оптической точностью

1а чертеже изображена низкотемпературная акустическая СВЧ линия задержки, разрез,

ко температурка я акустическая 1СВЧ 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 за счет тепла из окружающей среды. Линия 2 передачи в криостат 1 подключена к согласующему устройству. Оно представляет собой закороченный четвертьволновой отрезок П-образного волновода 3, который cocTtJKOsaH непосредственно с прямоугольным волноводом линии 2 передачи. К выступу П-образного волновода 3 на расстоянии А /4 от закороченного конца подсоединен проводник 4. Проводник 4 выполнен в виде металлического конуса. Он образует с верхней крьлякой 5 П-образного волновода 3, в которой имеется коническое отверстие, коаксиальную линию. Отверстие и проводник 4 расположены концен-трически . Внутренняя полость конического отверстия в крышке 5 П-образного волновода 3 и проводник 4 представляют собой отрезок коаксиальной линии б длино Д/2 . Плоскость крышки 5 П-образного волновода 3 и проводник 4 расположены в одной плоскости и обработаны с оптической точностью. Они являются контактными 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. Эвукопровод 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 6 и звукопровод 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 сог

ласуюшему устройству. На контактных электродах согласуюше1-о устройства, которыгли являются Kptjima 5 П-образного волг-ювода 3 и проводник 4, выделяется электрическая составляющая электромагнитного поля. Установленный на контактные электроды пьезоэлектрический преобразователь 6 преобразует э;тектромагиитную волну в акустическую. Акустическая волна, распространяясь в звукопроводе 7 от торца с пьезоэлектрическим преобразователем 6, отражается от свободного торца звукотровода 7 и вновь попадает к пьезоэлектрическому гтре (образов а телю 6, При этом происходит частичное преобразование акустической волны в электромагнитную. Для уменьшения потерь мощности акустической волны во время распространения в звукопроводе 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 (Т-П К) в трехсантиметровом диапазоне радиоволн. Зтукопровод был изготовлен из монокристалла рубина. Пьезоэлектрическим преобразователем служила пленка окиси цинка. Полоса частот низкотемпературной акустической СВЧ линии задержки составила более 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 преобразова- нйя, с точностью до погрешности измерений (±0,2%), 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 низкотемпературной акустической СВЧ линией задержки эффективность преобразования увеличена с 20-25 дб до 15 дб. Полоса рабочих частот составила 5% вместо 0,07%. Уход рабочей частоты при охлаждении был менее 1%, При такой ишрокой полосе рабочих частот отпадает необходимость в механической подстройке. Повышается точность измерений, так как изменение эффективност преобразования составило менее 0,2 дб. Повышается надежность конструкции. . Выполненные таким обра) чом KOiiaKTHtJC -.эпектроды позволяют испыт Л1ать paj.. H4Hi-je обраяцы монокристаллических звукопрюводов, а также исследовать различные их участки с целью выявления областей с минимальным количеством дефектов. Изменение площади поверхности центрального электрода, KOTOPIJM является острие штыря, в контактной плоскости позволяет изменять площадь возбуждения пьезоэлектрическим преобразователем акустической волны в звукопроводе. Это, в свою очередь изменяет поперечные размеры звукового луча в зву(опроводе от несколь ких тысячных мм до нескольких мм . Формула изобретения Низкотемпературная акустическая СВЧ линия задержки, содержащая помещенные в криостат линию передачи связанное с ней согласующее УСТРОЙ СТВО, пьезоэлектрический преобразо ватель и соединенный с ним монокристаллический звукопровол, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования при расширении рабочей полосы частот, согласукхдее устройство выполнено в виде закороченного четвертьволнового отрезка Побразного волновода, к выступу которого на расстоянии А /4 длины от закороченного конца подсоединен полуволновой отрезок коаксиальной линии, нагруженный на пьезоэлектрический преобразователь, причем проводники полуволнового отрезка коаксиальной линии с х;тоят из металлических, концентрически расположенн лх конусов , контактные поверхности которых расположены в одной плоскости и обработаны с оптической точностью. Источники информации, Iфинят Je во внимание при эксгпертизе 1.IEEE Trons on Ultrasonics Engin YI, с.27, 1963. 2.Известия Академии наук СССР, 1971, 5, т. 35, с.948 (прототип).