Взаимный коррелятор Советский патент 1982 года по МПК G06G7/19 

(54)ВЗАИМНЫЙ КОРРЕЛЯТОР

1

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для вычисления функций взаимной корреляции и автокорреляционных функций импульсных радиосигналов в радиоизмерительных системах, в системах радиолокации и радиопеленгации.

Известны коррелятор и устройство свертки, использующие в качествте основного узла аналоговые устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Конструктивно они представляют собой пьезоэлектрические пластины, на рабочие поверхности которых нанесены входные преобразователи акустических поверхностных волн, между которыми-в пределах их апертуры наносятся съемочные электроды в виде сплошного слоя либо в виде электродной решетки. Операция перемножения осуществляется за счет нелинейности внешних полупроводниковых элементов (диодов), подклю ченных к электродам съемной решетки, либо за счет акустической нелинейности материала звукопровода. Интегрирование производится пространственным съемным электродом. Возможно осуществить вычисление функции взаимной корреляции входных сигналов с помощью подобных устройств, используя инвертор, соединенный последовательно с одним из входов устройства 1.

Недостатками таких устрой,ств является относительно малая широкополосность, обусловленная эквидистантными входными преобразователями и необходимость применения значительных амплитуд сигналов в случае устройств на основе внутренней нелинейности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором на пьезоэлектрический звукопровод нанесены входные преобразователи акустических поверхностных волн, пространственные периоды которых

15 соответствуют рабочим частотам входных сигналов, между которыми в пределах их апертуры нанесены съемные электроды, последние через полупроводниковые диоды соединены с выходом устройства. За счет нелинейности полупроводниковых диодов

20 осуществляется перемножение входных сигналов, а суммирование производится на общей щине, соединяющей выходы полупроводниковых диодов. В этом случае, подавая Одновременно на входные преобразователи радиоимпульсы, с выхода устройства получают сигнал, пропорциональный сарртке входных сигналов. Такое устройство можно использовать для определения функции взаимной корреляции исследуемых сигналов, если один из входов устройства последовательно соединить с временным инвертором, который может быть выполнен на поверхностных акустических волнах 2.

К недостаткам таких устройств относится сложность определения корреляционных функций входных сигналов, так как требуется применение дополнительных электронных блоков и элементов на акустических поверхностных волнах. Кроме того, эквидистантные входные преобразователи являются относительно узкополосными и пгра; ичивают рабочую полосу частот подобных устройств.

Цель изобретения - упрощение при определении функций взаимной корреляции входных радиосигналов.

Поставленная цель достигается тем, что во взаимный коррелятор выполненный в виде пьезоэлектрического пластинчатого звукопровода с нанесенным на его боковые грани акустическим поглотителем, содержащий первый и второй преобразователи электрического сигнала в акустические волны с различным пространственным переходом, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, между первым и вторым преобразователями электрического сигнала в акустические волны в пределах их апертуры размещены проводящие полоски, соединенные с катодом соответствующего умножающего диода, введены первая и вторая группы преобразователей акустических волн в электрические сигналы, группа нагрузочных резисторов и излучающая система, выполненная в виде веерообразно расходящихся электродов, каждый из которых соединен с анодом соответствующего диода и первым контактом нагрузочного резистора, вторые контакты которых соединены с щиной нулевого потенциала, причем щирина электродов излучающей системы и преобразователей акустических волн в электрические сигналы равна четверти рабочей длины вол ны, расстояни е между электродами равно половине рабочей длины волны, преобразователи первой и второй группы акустических волн в электрические сигналы размещены в пределах апертуры излучающей системы с противоположных сторон от нее на общем звукопроводе, выходы преобразователей звуковых волн в электрические сигналы являются выходами коррелятора.

Преобразователь акустических волн в электрические сигналы выполнен в виде двух электродов соответственно Ш-образной и -образной формы, причем выступы

образного электрода размещены в зазорах между выступами Ш-образного электрода, причем -образный электрод подключен к щине нулевого потенциала.

На чертеже схематически показана конструкция аналого-вычислительного устройства.

Схема устройства, содержит пьезоэлектрический пластический звукопровод 1, преобразователи 2, 3 электрического сигнала

Q в акустические волны, проводящие полоски 4, полупроводниковые диоды 5, излучающую систему 6 - преобразователи 7 акустичесraix волн в электрический сигнал, акустический поглотитель 8, группу загрузочных резисторов 9.

Взаимный коррелятор состоит из звукопровода 1, на рабочей поверхности которого размешены входные веерообразные преобразователи 2 и 3. В пределах апертуры преобразователей расположены проводящие,

полоски 4, которые через полупроводниковые диоды 5 соединены с соответствующими электродами излучающей системы 6, которая выполнена веерообразной, причем пространственный период, т. е. расстояние между соседними электродами, равен разности

пространственных периодов входны; преобразователей. По обе стороны от веерообразной излучающей системы под входными преобразователями друг под другом размещены преобразователи 7, предназначенные для считывания выходного сигнала.

0 Для устранения отражений от торцов звукопровода служит акустический поглотитель 8В том случае, когда на преобразователь 2 подается радиосигнал длительностью 0,1 - 20 МКС, то за счет частотно-избирательных свойств веерообразного преобразователя распределение акустического поля в пределах апертуры преобразователя оказывается пропорциональным спектру входного сигнала, т. е. веерообразный преобразователь осуществляет пространственное

0 разделение частотных составляющих входного сигнала.

Таким образом, при одновременной подаче на преобразователи 2 и 3 радиосигналов с несущими частотами, соответствующими пространственным периодам преобразователей, на каждой проводящей полос- ке возникает сигнал, пропорциональный спектрам входных сигналов. За счет нелинейности полупроводниковых диодов 5 производится операция перемножения, и так

q как пространственный период излучающей 6 системы равен разности пространственных периодов преобразователей 2 и 3, то излучающей системой б после перемножения выделяется сигнал на разностной несущей частоте входных сигналов. Излучающая сис5 тема 6 осуществляет преобразование Фурье от сигнала, пропорционального произведению комплексно-сопряженных спектров входных сигналов. Результат этой операции считывается преобразователями 7. Это позволяет осуществить над входными сигналами преобразование и, таким образом, получить функцию взаимной корреляции входных радиоимпульсов. Геометрические размеры преобразователей и излучающей системы определяются из следующих соображений. Преобразователи характеризуются расстоянием между соседними электродами, щириной электродов и их длиной. Для устройств на ПАВ эти размеры связаны с длиной волны на рабочей частоте, т. е. с А.ПАВ пда lAB-, где ЛПАБ - длина поверхностной 1 акустической волны в материале звукопровода; УПАВ - скорость ПАВ в материале звукопровода; io - рабочая частота устройства. В первом приближении можно сказать, что расстояние между соседними электродами преобразователей (половина пространственного периода преобразователей) равно половине длины поверхностной волны на рабочей частоте устройства - -у. Для преобразователей оно линейно меняется от до - ьЧ н Дтина поверхностной волны соответственно на верхней и нижней частотах полосы пропускания устройства. Ширина электродов преобразователей и излучающей системы выбирается равной Длина электродов преобразователей (апертура) для устройств на ПАВ обычно составляет Все электродные, структуры в устройствах на ПАВ обычно изготовляются методом фотолитографии, причем толщина металлизации составляет 0,1-0,3 мкм и ее влиянием на технологичес кие характеристики устройств на ПАВ пренебрегают. Численные величины углов раскрыва преобразователей и излучающей системы зависят от конкретных параметров устройства. В общем случае половина угла раскрыва преобразователей оС (угла, образованного продолжением боковых сторон крайних электродов преобразователей) определяется выражением ot arctg где протяженность низкочастотной части (основания) веерообразного преобразователя в направлении распространения ПАВ; LB- протяженность высокочастотной части (верхнего основания) веерообразного преобразователя в том же направлении; D - апертура преобразователя. Для конкретного примера реализации устройства с параметрами fo 10 мГц, Af 7 мГц с учетом того, что каждый преобразователь содержит по 20 электродов, величина угла . при апертуре преобразователей 15 мм составляет 8°. Для излучающей системы, содержащей 100 элементов, угол раскрыва составляет 39°. В предложенном устройстве щирина рабочих частот может достигать 70% от средней частоты полосы пропускания, т. е. 7 мГц при средней частоте 10 мГц, кроме того, исключая выходные электродные считывающие усилители, необходимые для компенсации потерь преобразования электромагнитной энергии радиосигналов в акустическую, само устройство представляет собой твердотельный модуль, для изготовления которого применима стандартная технология фотолитографии. Формула изобретения . Взаимный коррелятор, выполненный в виде пьезоэ.тектрического пластинчатого звукопровода с нанесенным на его боковые грани акустическим поглотителем, содержащий первый и второй преобразователи электрического сигнала в акустические волны с различным пространственным периодом, входы .которы.х являются соответственно первым и вторым входами устройства, между первыж и вторым преобразователями электрического сигнала в акустические волны в предела.х их апертуры размещены проводящие полоски, соединенные с катодом соответствующего умножающего диода, огличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, введены первая и вторая i-руппы преобразователей акустических волн в электрические сигналы, группа нагрузочных резисторов и -излучающая система, выполненная в виде веерообразно расходящихся электродов, каждый из которых соединен с анодом соответствующего диода и первым контактом нагрузочного резистора, вторые контакты нагрузочных резисторов соединены с щиной нулевого потенциала, причем ширина электродов излучаю1ней системы и преобразователей акустических волн в электрические сигналы равна четверти рабочей длины волны, расстояние между электродами равно половине рабочей длины волны, преобразователи первой и второй группы акустических волн в электрические сигналы размещены в пределах апертуры излучающей системы, с противоположных сторон от нее на общем в звукопроводе выходы преобразователей звуковых волн в электрические сигна ты являются выхода.ми взаимного коррелятора. 2. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что преобразователь акустических волн в электрические сигналы выполнен в виде двух электродов, соответственно Ш-образной и -образной формы, причем выступы -образного электрода размещены в зазорах между выступами Ш-образного электрода, причем с -образный электрод соед нен с шиной нулевого потенциала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 959102 и1.Патент США № 3770949, кл. G 06 G 9/00, опублик. 1973. 2.Карийский С. С. Устройство обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах. М., «Сов. радио, 1975, с. 105.