Многоэлементный электроакустический преобразователь

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН (19) (11)3 ЮО Н 04 .Р 17 Се ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУц и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский.инсти тут механики и. физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им, Н.Г.Чернышевского(56) 1. Авторское свидетельство ССС355754, кл. Н 04 Й 17/00, 1971;2. Авторское свидетельство СССР Р 839073, кл. Н 04 Р 17/00, 1979. (54)(57) МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОАКУ ТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде пря мой полосы, а другой представляет собой последовательность П-образных элементов, каждый из которых состои из прямого участка и двух одинаковыхответвлений, перпендикулярных прямому участку, о т л и ч а ю щ и й с. ятем, что, с целью снижения дифракционных потерь и уровня излученияэлектромагнитных помех, слой пьезоэлектрика расположен на электродев виде прямой полосы, а П-образныеэлектроды расположены в два слоя,причем в одном слое их прямые участ"ки нанесены на пьезоэлектрик так,что расстояние между ними равно расстоянию между ответвлениями, а вовтором слое прямые участки расположе.ны над слоем пьезоэлектрика со смещением относительно первого слояна величину расстояния между ответ" Евлениями, при этом первый и второйслои электрически изолированы другот друга слоем диэлектрика и электрически соединены на концах ответвлений.Изобретение относится к электро- динамике и технической акустике и может найти применение при разработке твердотельных линий задержки СВЧ диапазона, акустооптических устройств. 5Известна устройство с объемной акустической волной, в котором использован многоэлементный электро- акустический преобразователь, представляющее собой несколько последо вательно соединенных емкостей, содержащих слой пьезоэлектрика 1 3.Этим достигается уменьшение емкостной проводимости преобразователя, однако необходимость согласования преобразователя внешними реактивными элементами сохраняется.Наиболее близким к изобретению является электроакустический преобразователь, содержащий слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде прямой полосы, а другой представляет собой последовательность й -образных элементов, каждый из которых состоит из прямого участка и двух одинаковых ответвле. ний, перпендикулярных прямому участку. Указанное соединение элементов представляет собой совокупность последовательно включенных фильтров верхних частот. Выбором геометрических размеров элементов, определяющих их электрические параметры, обеспечивают равенство волнового сопротивления цепочки фильтров волновому сопротивлению стандартных передаю 35 щих линий в широкой полосе частот 2,Однако в данной конструкции размеры каждого из излучателей звука малы и все они геометрически разделены на плоскости, Это обуславлива ет высокий уровень боковых лепестков в диаграмме направленности электроакустического преобразователя, а следовательно, высокие дикракционные потери акустической энергии. 45 Кроме того,. в данных системах относительно велика доля электромагнитной энергии, излучаемой в объем звукопровода, что в акустических линиях задержки обусловливает сущест вование ложного незадержанного сигнала. зоэлектрика расположен на электродев виде прямой полосы, а и -образныеэлектроды расположены в два слоя,причем в одном слое их прямые участки нанесены на пьезоэлектрик так,что расстояние между ними равнорасстоянию между ответвлениями,а во втором слое прямые участки расположены над слоем пьезоэлектрикасо смещением относительно первогослоя на величину расстояния междуответвлениями, при этом первый ивторой слои электрически изолированы друг от друга слоем диэлектрика и электрически соединены на концах ответвлений,На Фиг. 1, 2 и 3 изображен предлагаемый преобразователь, его сечения; на фиг. 4 - эквивалентнаясхема части устройства.Электроакустический преобразователь (фиг. 1, 2 и 3 ) наносится наповерхность звукопровода 1 и представляет собой периодическую систему чередующихся П -образных проводящих планок 2 и 3,Параллельные участки 2 любых соседних П -образных проводящих пленокрасположены друг,над другом, на свободных концах 4 они контактируют между собой, а в основной своей частиразделены слоем 5 диэлектрика, выпол.ненным также в форме полоски с большей шириной. Другие части 3 П -образных проводящих слоев образуют полоску с разрывами, которая располагается над сплошным ленточным проводящимслоем б, нанесенным на поверхностьзвукопровода 1, Между ними - слой 7пьезоэлектрика, выполненный также ввиде полоски большей ширины.Участки 2 или 3 крайней П -образной проводящей пленки в совокупности с проводящим слоем б образуютвход электроакустического преобразователя. С другого конца соответствующие проводники 2 и 3 могут быть либосвободны, либо через согласующеесопротивление соединены электрическис проводником б,Электроакустический преобразователь работает следующим образом,Электромагнитный сигнал, подаваемый на вход электроакустическогопреобразователя последовательно проходя через конденсаторы, образованные сплошным ленточным слоем б ирасположенными над ним участками 3П-образных проводящих слоев, возбуждает акустические колебания пьезоэлектрического слоя 7. Данн ле колебания за счет акустической . связипередаются в объем звукопровода 1. Цель изобретения - снижение дифракционных потерь и уровня излучения электромагнитных помех,55Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем слой пьезоэлектрика и электроды, один из которых выполнен в виде прямой полосы, а другой представля ет собой последовательность П-образных элементов, каждый из которых состоит из прямого участка и двух. одинаковых ответвлений, перпендикулярных прямому Участку, слой пье От одного конденсатора к другомуэлектромагнитная энергия передаетсяпо связывающим их проводникам 2,расположенным друг над другом и об20 разующим вертикальные петли. Непреобразованная электромагнитная энергия, дошедшая до конца преобразователя, выделяется на согласующемсопротивлении, либо после отражения от свободного конца продолжает 5процесс преобразования, распространяясь в обратную сторону,Эквивалентная. электрическая схема предлагаемого электроакустического преобразователя представляет 10собой цепочку последовательно соединенных Т - или П -образных ячеекфильтра низких частот типа в (фиг.4).При этом емкостный элемент 8 представляет собой конденсатор, образованный участком 3 П -образной проводящей пленки и проводящим слоем 6.Потери электромагнитной энергии,связанные с ее преобразованием в .акустическую энергию в емкостныхслоях 8, описываются комплекснойпроводимостью 9. Проводники 2, расположенные друг над другом; черезслой 5 диэлектрика и образующиевертикальную петлю, на эквивалентной схеме представлены индуктивностями 10 и емкостями 11. Все параметры эквивалентной схемы определяются геометрическими размерамиэлементов преобразователя, они могут быть рассчитаны и уточнены экспериментально,Оптимальный расчет преобразователя предполагает выполнение требования-равенства характеристическогосопротивления цепочки фильтров волновому сопротивлению стандартных передающих линий в требуемой полосечастот, которые могут достигать величин порядка октавы. В этом случаеможет быть достигнута чрезвычайновысокая эффекти ность электроакустического преобразования. Пространственное распределение энергии акустических волн в объеме звукопровода,определяемое диаграммой направленности источника, зависит от его геометрических размеров и длины акустической волны. Для многоэлементныхэлектроакустических преобразователейдоля высших пространственных гармоник определяется отношением размера отдельного излучателя периоди -ческой системы д, к периоду данной:истемы р. В предлагаемом многоэлементном преобразователе указанное 55выше соотношение достигает своего максимального значения д /р. Этопрактически исключает существование боковых лепестков диаграмчы направленности преобразователя.и, таким образом, снижает до минимумадифракционные потери акустичЕскойэнергии.Существенное снижение уровняизлучения СВЧ энергии в объем звукопровода в предлагаемом преобразователе обуславливается особым расположением элементов преобразователя.В частности, участки 3 П -образныхпроводящих пленок экранированы, поскольку расположены над заземленной проводящей прямой полосой 6.Чрезвычайно низкий уровень электромагнитного излучения параллельныхучастков 2 П -образных проводящихслоев, расположенных друг над другом, обусловлен тем, что электрические токи, протекающие по верхним и нижним слоям равны по величине и имеют фазовый сдвиг, близкийк лПо сравнению с прототипом, а также с электроакустическим преобразователем, являющимся основным элементом промышленно выпускаемых СВЧакустических линий задержки, впредлагаемом преобразователе практически. устранены дифракционные потери акустической энергии. В верхнейчасти дм-диапазона длин радиоволндифракционные потери акустическойэнергии вышеуказанных преобразователей составляют величину до 3 ДБ,в зависимости от предусмотреннойв технологии точности изготовленияпреобразователя. При размерах отдельных элементов преобразователяпорядка 400-500 мкм коэффициентзаполнения многоэлементного преобразователя изменяется в пределах65-85, что и обуславливает вышеуказанные уровни дифракционных потерь,В предлагаемом преобразователеширокая полоса рабочих частот, отсутствует необходимость использованиясогласующих элементов, низкий уровень вносимых потерь и высокий уровень подавления незадержанного сигнала, обуславливают возможность егоширокого применения при созданииакустических линий задержки дляустройств радиовысотометрии й вычислительной техники.1067618 Д -В фиг. е ель В.КудрявцевВ.Далекорей Коррект остав ехред Редакто.Ю.Макаре л Тираж 640 По сударственного комитета С изобретений и открытий сква, Ж, Раушская наб Заказ 11230/58дписноеВНИИПИ Го ССРпо делам113035, Мо д. 4/ илиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектн