Гиперзвуковая линия задержки Советский патент 1981 года по МПК H03H9/30 

(54) ГИПЕРЗВУКОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ

I

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ, а именно к гиперзвуковьщ линиям задержки электромагнитных СВЧ сигналов, принцип действия которых осйован на использовании электроакустического преобразователя СВЧ электромагнитного сигнала в гиперзвуковой сигнал, и может найти применение в навигационной аппаратуре, приборах и лабораторных установка;, в которых требуются задержки СВЧ электромагнитных сигналов, например при изучении процессов, связанных с распространением гиперзвуковых волн.

Известна гиперзвуковая линия задержки 1, содержащая монокристаллический звукопровод из пьезоэлектрического материала, согласующие цепи в виде тороидальных резонаторов и линии передачи.

Недостатком указанного устройства являются больщие потери взаимного преобразования электромагнитных акустических волн, обусловленные малой величиной фактора заполнения пьезоэлектрическим преобразователем объема, в котором сконцентрировано электрическое поле СВЧ, и узкой полосой рабочих частот, свойственные объемным резонаторам.

Известна также гиперзвуковая линия задержки 2, в которой для взаимного преобразования гиперзвуковых и электромагнитных волн используют тонкопленочный преобразователь на основе Cdj. Для согласования такого пьезоэлектрического преобразователя в диапазоне СВЧ обычно используют четвертьволновые ступенчатые трансформаторы.

Недостатком указанного устройства являются больщие потери мощности сигнала за счет дифракционной расходимости гиперзвукового пучка. Большие потери мощности задержанного сигнала при заданных мощностях входного сигнала ограничивают максимальную величину задержки.

Кроме того, недостатками этого устройства являются ложные сигналы, которые появляются на входе и выходе гиперзвуковой Линии задержки, .через время, кратное времени прохождения гиперзвуковой волны между плоскопараллельными торцами звукопровода, а также то, что указанные конструкции не обеспечивают вентильных свойств гиперзвуковых линий задержки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гиперзвуковая линия задержки 3, -содержащая монокристаллический звукопровод с размещенными ,на его торцах входным и выходным преобразователями, входное и выходное согласующие устройства и линии передачи.

Недостатком известной ультразвуковой линии задержки являются ложные сигналы, которые появляются в линии передачи через время, равное удвоенному времени распространения гиперзвуковой волны между торцами звукопровода. Кроме того, увеличение диаметра выходного преобразователя на сверхвысоких частотах приводит к тому, что на сверхвысоких частотах значительно возрастает емкость пьезоэлектрических преобразователей, которые выполняют в виде тонкой пленки ZnO или Cd:j, размещенной между металлическими электродами, нанесенными методом вакуумного напыления на один из плоскопараллельных торцов звукопровода. С возрастанием емкости уменьшается входное сопротивление и линия передачи оказывается рассогласованной.

Целью изобретения является повышение эффективности подавления ложных сигналов и улучшение согласования с линиями передачи.

Цель достигается тем, что входной преобразователь выполнен в виде концентрически расположенных вокруг, центрального электрода кольцевых излучателей, соединенных последовательно, причем центральный электрод входного преобразователя соединен с центральным электродом согласующего устройства, второй электрод входного согласующего устройства соединен с кольцевым электродом наибольшего радиуса, а размеры кольцевых и центрального электродов определяются по формулам

КвнутР. / 8нешн. где Л -длина гиперзвуковой волны;оС-расстояние до области фокусировки;

п 1, 3, 5, 7 - ... или 0,2,4,6,8... На фиг. 1 изображена предлагаемая линия задержки; на фиг. 2 - пьезоэлектрический преобразователь, нанесенный на торец монокристаллического звукопровода.

Гиперзвуковая линия задержки содержит линию 1 передачи, переходящую во входное согласующее устройство. Входное согласующее устройство состоит из отрезка 2 Ц-образного волновода, к торцу которого подключен щтырь 3, образующий с верхней крыщкой 4 отрезок коаксиальной линии. Острие штыря 3 и поверхность крышки 4 расположены в одной плоскости и обработаны с оптической точностью. На эту плоскость одним из плоскопараллельных торцов установлен монокристаллический звукопровод 5, изготовленный из . Его плоскопараллельные торцы отработаны с оптической точностью. На один торец звукопровода 5 методом вакуумного напыления нанесен пьезоэлектрический преобразователь (фиг. 2).

Цьезоэлектрический преобразователь представляет собой кольцевые металлические электроды 6, расположенные концентрично вокруг центрального электрода 7. Размеры кольцевых металлических электродов 6 и

центрального электрода 7 находят из соотношений

Лвнуг/о. /7iJ Квнешн. - l(n+1)j ,. где Л - длина гиперзвуковой волны;

«С-расстояние.до областифокусировки; rt 1,3,5,7... или 2,4,6,8... Промежутки между электродами заполнены пьезоэлектриком 8, в качестве которого используют тонкие пленки ZnO и CdS и образуют с ними ко/ ьцевые излучатели.

Центральный электрод 7 пьезоэлектрического преобразователя электрически .соединен со штырем 3 согласующего устройства, а крайний кольцевой электрод 6 (кольцевой электрод с наибольшим диаметром) соединен с крыщкой 4. На второй торец звукопровода 5 нанесен выходной пьезоэлектрический преобразователь, который состоит из. металлического электрода 9 (подслоя), на который нанесена пленка 10 пьезоэлект-рика (ZnO или Cdd). На пленку пьезоэлект5 рика наносят второй металлический электрод 11. Выходной пьезоэлектрический преобразователь подключен к согласующему устройству, например, типа «резонансный зазор. К торцу звукопровода 5 приставлено верхней крыщкой 12 согласующее устройство штырь 13 которого соединен с металлическим электродом 11, а электрод 9 через пленку 10 пьезоэлектрика соединен с крышкой 12 согласующего устройства. Согласующее устройство соединено с линией 14 передачи.

5 Предложенная гиперзвуковая линия задержки работает следующим образом.

Электромагнитный СВЧ сигнал по волноводной линии передачи поступает на согласующее устройство. На контактных электродах согласующего устройства, которыми

являются штырь 3 и верхняя крыщка 4, выделяется электрическая составляющая электромагнитного СВЧ сигнала. Пьезоэлектрическим преобразователем СВЧ электромагнитный сигнал преобразуется в гипер5 звуковую волну. Излучателями гиперзвуковых волн являются промежуточные зоны между кольцевыми металлическими электродами 6 и 7, заполненные пьезоэлектрической пленкой 10. Все излучатели пьезоэлектрического преобразователя оказывают0 ся соединены последовательно. При таком расположении и размерах преобразователь . формирует фронт волны, который позволяет на расстоянии JC, пройденном гиперзвуковым лучом, произвести его фокусировку. Это расстояние может быть выбрано как при однократном попадании гиперзвукового луча на противоположный конец звукопровода 5, так и в случае его многократных отражений. Гиперзвуковая волна, распространяясь от

торца с входным пьезоэлектрическим преобразователем и пройдя расстояние iC, попадает на торец звукопровода 5 с выходным пьезоэлектрическим преобразователем. Преобразование гиперзвуковой волны в электромагнитный СВЧ сигнал происходит в области перекрытия электродов 9 и 11. Если выходной преобразователь расположить точно на расстоянии «б от входного преобразователя, то область перекрытця выходного преобразователя можно сделать точечной (стремящейся « нулю). Смещая на относительно небольщое расстояние от значения«б расположение выходного преобразователя, можно увеличить площадь перекрытия металлических электродов 9 и 11. Тем самым возможно осуществлять согласование в широком диапазоне волновых сопротивлений. После.преобразования гиперзвуковой волны в электромагнитный СВЧ сигнал в линию 14 передачи поступает сигнал, задержанный относительно зондирующего сигнала на время распространения гиперзвука в монокристаллическом звукопроводе 5.

Формула изобретения

Гиперзвуковая линия задержки, содержащая монокристаллический звукопровод

//

с размещенными на его торцах входным и выходным, преобразователями, входное и выходное согласующие устройства и линии передачи, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности подавления ложных сигналов и улучшения согласования, входной . преобразователь выполнен в виде концентрически расположенных вокруг цент рального электрода кольцевых излучателей, соединенных последовательно, причем центральный электрод входного преобразователя соединен с це,нтральным электродом согласующего устройства, второй электрод входного согласующего устройства соединен с кольцевым электродом наибольшего радиуса, а размеры кольцевых и центрального электродов определяются по формулам;

/ внутр. VrtJl J

RBHEUIH. (Г1Ч)Л ,

где jt - длина гиперзвуковой волны;

С-расстояние до области фокусировки; /г 1,3,5,7... или 0,5,4,6,8... Источники информации, принятые .во внимание при экспертизе 1. «Physical Review Letters, № 2, 1959, p. 83, p. 298..

(И//./

.2