Криогенная гиперзвуковая линия задержки импульсных СВЧ сигналов Советский патент 1982 года по МПК H03H7/30 H03H9/30 

1

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в устройствах временной обработки импульсных СВЧ сигналов.

Известна криогенная гиперзвуковая линия задержки (ЛЗ) импульсных СВЧ сигналов, содержащая помещенные в криостат с жидким азотом, водородом или гелием линию передачи СВЧ, связанный с ней коаксиальный резонатор о и кварцевый звукопровод в виде цилиндра с оптически плоскими и параллельными торцами, установленный с зазором по отношению к торцу внутреннего пройодника коаксиального резонато- is pa 1.

Задержка импульсного сигнала в этой линии реализуется при многократных отражениях гиперзвукового импульса от плоско-параллельных торцов зву-20 копровода. При этом каждому импульсу на входе линии соответствует последовательность задержанных импульсов, следующих с интервалом, равным вре-

мени задержки первого импульса последовательности. Трансформация электромагнитного импульса в гиперзвуковой и обратно производится в поверхностг ном слое самого кварцевого звукопровода, ориентированного вдоль электрической оси кристалла.

Недостатком этой ЛЗ является малая длительность задержки.

Известна также криогенная гиперзвуковая ЛЗ импульсных СВЧ сигналов, содержащая помещенные в криостат с жидким гелием линию передачи, связанный с ней коаксиальный резонатор, внутренний проводник которого соединен с пьезопреобразователем, и соединенный с ним цилиндрический звукопрсвод с плоским торцом. Второй конец звукопровода в этой ЛЗ также выполнен Плоским 2 J.

Недостатком ЛЗ является уменьшение фазовой стабильности задержанных сигналов по отношению к фазе СВЧ сигнала на входе ЛЗ при увеличении длительности задержки например, при подаче более мощного задерживаемого сигнала. Выделяемая в пьезопреобразовэтеле за смет диэлектрических потерь энергия приводит к появлению градиента температур на примыкающей к преобр зователю плоской поверхности звукопровода, в результате чего эта поверх ность деформируется. Поскольку устойчивое движение гиперзвукового луча в звукопроводе с плоскими отражающими поверхностями имеет место лишь при их взаимной параллельности, деформаци одной из них сопровождается нарушение .фазовой стабильности задержанных си1- налов и ростом потерь на распространение гиперзвукового импульса в зву-, копроводе. Цель изобретения - увеличение длительности задержки при сохранении фазовой стабильности задержанных сигналов, а также обеспечение перестройки частоты резонатора. Это достигается тем, что в криоген ной гиперзвуковой ЛЗ импульсных СВЧ сигналов, содержащей помещенные в кри остат с жидким гелием линию передачи, связанный с ней коаксиальный резонатор, внутренний пооводник которого соединен с пьезопреобразователем, и соединенный с ним цилиндрический звукопровод с плоским торцом, коаксиальный резонатор расположен аксиально с линией передачи, при этом в общей стенке между ними выполнено отверстие, во внутреннем проводнике резонатора выполнен аксиально-симметричный канал, в котором установлен своим плоским торцом звукопровод, противоположный торец которого имеет сферическую форму, а пьезопреобразователь соединен со сферическим торцом звукопровода и прилегает своей внешней поверхностью к торцовой стенке резонатора. Линия передачи с резонатором может быть установлена с возможностью вращений в цилиндрическом стакане, жестко закрепленном на горловине криостата, и снабжена полым цилиндрическим хвостовиком, связанным ходовой резьбой с накидной гайкой, свободно вхо дящей ножевым выступом в паз дна цилиндрического стакана, а торцовая Ьтенка резонатора выполнена в виде упругой диафрагмы, центральная часть которой прилегает к штоку, проходящему через полость хвостовика и контак904 тирующему с дном накидной гайки, при этом звукопровод подпружинен со. стороны плоского торца в осевом направлении. Кроме того, внутренний проводник резонатора может быть выполнен в виде пружинящей разрезной втулки, охватывающей звукопровод по его цилиндрической поверхности. На чертеже изображена конструкция предложенной ЯЗ. ЛЗ содержит транспортный гелиевый криостат 1, заполненный жидким гелием, в который помещена линия передачи 2 и расположенный аксиально с ней коаксиальный резонатор 3, связанный с линией передачи 2 отверстием в общей стенке. Во внутреннем проводнике 5 коаксиального резонатора 3 выполнен аксиально-симметричный канал, в котором установлен своим плоским торцом цилиндрический звукопровод 6. Противоположный торец звукопровода 6 имеет cфepичeqкyю форму и соединен с пьезопреобразователем 7, например, в виде полуволновой пленки окиси цинка, напыленной в вакууме на сферический торец звукопровода. Своей внешней поверхностью пьезопреобразователь 7 плотно (без зазора) прилегает к торцовой стенке 8 коаксиального резонатора 3. Линия передачи 2 с резонатором 3 установлена в цилиндрическом стакане 9, жестко закрепленном на горловине криостата, и снабжена полым цилиндрическим хвостовиком 10, связанным ходовой резьбой с накидной гайкой 11, свободно входящей ножевым выступом 12 в паз дна цилиндрического стакана 9. Тбрцовая стенка резонатора выполнена в виде упругой диафрагмы 8, центральная часть которой прилегает к штоку ТЗ, проходящему через полость хвостовика 10. Прилегающий к диафрагме 8 торец штока 13 выполнен в виде сферы, обращенной вогнутостью в сторону диафрагмы и имеющей тот же радиус кривизны, что и прилегающая к диафрагме с внутренней стороны резонатора 3 поверхность пьезопреобразователя 7- Другой торец штока 13 имеет выпуклую шаровую поверхность и находится в контакте с дном накидной гайки 11. Звукопровод 6 подпружинен со стороны плоского торца пружиной И в осевом направлении Для исключения воздушного зазора между кромкой внутреннего проводника 5 и цилиндрической поверхностью звукопровода 6 на цилиндрической поверхности внутреннего проводника 5 выполне ны продольные прорези, благодаря КОТОРЫМ вдоль кромки реализуется пружинящий контакт между стенкой канала и звукопроводом 6, а внутренний проводник 5 имеет вид разрезной пружиня щей втулки, охватывающей звукопровод 6 по его цилиндрической поверхности. Наружный и внутренний проводники коаксиальной линии передачи 2 и цилиндрическая поверхность стакана 9 изготовлены из тонкостенных нейзильберовы трубок. Линия передачи с резонатором и полость цилиндрического стакана герметизированы от окружающей среды, а с гелиевым объемом криостата 1 сообщается посредством отверстий, находящихся выше уровня жидкого геЛИЯ. Благодаря этому вся внутреняя полость резонатора и линии передачи заполнена газообразным гелием. ЛЗ работает следующим образом. СВЧ импульс по линии передачи 2 поступает в резонатор 3 и трансформируется пьезопреобразователем 7 в гиперзвуковой импульс той же частоты. Последний распространяется вдоль оси цилиндрического звукопровода 6, достигает. про1(воположного плоского) торца, отражается от него и вновь возвращаш.ся к пьезопреобразователю. Здесь часть его мощности трансформируется в электромагнитный сигнал, дру тая часть вновь .отражается. Таким образом, каждому импульсу на входе лини соответствует эквидистантная последовательность задержанных импульсов, а длительная задержка реализуется в результате многократных переотражений ,гиперзвукового импульса от плоского и сферического торца звукопровода. Перестройка частоты обеспечивается вращением линии передачи 2 вокруг своей оси. При этом накидная гайка П преобразует вращательное движение линии передачи 2 с резонатором 3 в поступательное перемещение штока 13, вызывающего прогиб диафрагмы 8 в осевом направлении. При этом шток 13 центральная часть диафрагмы 8 и зауко провод 6 движутся как одно целое, что исключает возможность возникновения зазора между пьезопреобразователем 7 и диафрагмой 8. В результате эффектив ность электроакустического преобразования не изменяется во всем диапазоне перестройки. После настройки на заданную частоту ножевой выступ 12 выводится из зацепления с пазом дна цилиндрического стакана 9 и в этом положении линия передачи 2 фиксируется. Аксиальной симметрией всего устройства-резонатора и линии передачи и размещением звукопровода в аксиально-симметричном канале, выполненном во внутреннем проводнике коаксиального резонатора, обеспечивается создание в.звукопроводе аксиально-симметричного температурного поля. При этом тер-, мическая деформация сферического торца звукопровода также имеет аксиальную симметрию и не нарушает устойчивости движения гиперзвукового луча. Тем самым обеспечивается увеличение, по сравнению с известным устройством, длительности задержки при сохранении фазовой стабильности задержанных сиг-налов. Звукопровод изготовляют из монокристалла ниобата лития в виде цилиндрического стержня диаметром мм и длиной 44 мм. Поверхность одного торца плоская, другого - выпуклая сферическая с радиусом .кривизны 45 мм. Ось цилиндра с точностью 0,5 ориентирована вдоль оптической оси кристалла. Роль пьезопреобразователя выполняет тонкий поверхностный слой сферического торца звукопровода. Стабильность фазы задержанных сигналов измеряется путем сравнения задержанного импульса с опорным СВЧ сигналом. В качестве опорного сигнала используется задержанный на то же время сигнал с выхода второй криогенной ЛЗ, причем звукопровод второй ЛЗ отличается по длине (благодаря чему та же, что и в первой ЛЗ, задержка достигается при другом числе переотражений) и расположен в другом транспортном гелиевом криостате. Такая ЛЗ обеспечивает задержку СВЧ импульса на время до 2 мс по , уровню Вт с стабильностью фазы задержанных сигналов порядка долей градуса. Диапазон перестройки составляет 101 от центральной частоты резонатора. По длительности задержки СВЧ сигнала и фазовой .стабильности предложенная ЛЗ в 5-10 раз превосходит другие известные ЛЗ. Формула изобретения 1. Криогенная гиперзвуковая линия задержки импульсных СВ сигналов, содержащая помещенные в криостат с жидким гелием линию передачи, связанный с ней коаксиальный резонатор, внутренний проводник которого соединен с пьезопреобразовате-лем, и соединенный с ним цилиндрический звукопровод с плоским торцом, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения длительности задержки при сохранении фазовой стабильности задержанных сигналов, коаксиальный резонатор расположен аксиально с линией передачи, при этом в общей стенке между ними выполнено отверстие, во внутреннем проводнике резонатора выполнен ак сиально-симметричный канал, в котором установлен своим плоским торцом звуко провод, противоположный торец которого имеет сферическую форму, а пьезопреобразователь соединен со сферичесКИМ торцом звукопровода и прилегает своей внешней поверхностью к торцовой стенке резонатора, 2. Линия задержки импульсных СВЧ сигналов по п. 1, отли:ча.ющ ая с я тем, что с целью обеспечения перестройки частоты резонатора, линия передачи с резонатором установлена с Э О8 возможностью вращения в цилиндрическом стакане, жестко закрепленном на горловине криостата, и снабжена полым цилиндрическим хвостовиком связанным ходовой резьбой с накидной гайкой, свободно входящей ножевым выступом в паз дна цилиндрического стакана, а торцовая стенка резонатора выполнена- в виде упругой диафрагмы, центральная часть которой .прилегает к штоку, проходящему через полость хвостовика и контактирующему с дном накидной гайки, при этом звукопровод подпружинен со стороны .плоского торца в осевом направлении. 3. Линия задержки импульсных СВЧ сигналов по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что внутренний проводник коаксиального резонатора выполнен в.виде пружинящей разрезной втулки, охватывающей звукопровод по его цилиндрической поверхности. Источники информации, принятые ао. внимание при экспертизе 1 . Патент № 303717 1, ,кл. 333-30, рпубли.к. 1957. 2. Авторское свидетельство СССР It 684720, кл. Н 03 Н 9/30, 1977.