Электроакустическое устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 53 19) ЙХ 5)5 Н 7/38 И Т 2 университет нкоые инфмы. -рис. 3.28УСТРОЙдкустоэано при ратооптичств, раб ьСТВ лект их таюл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1. ронике и может быть использовботке широкополюсных акусили акустоэлектронных устрой Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано при разработке широкополосных акустооптическихили акустоэлектронных устройств, работающих в диапазоне метровых и дециметровыхволн,Известно широкополосное акустооптическое устройство, содержащее несколько, работающими в узких соседних частотныхдиапазонах.Недостатком этого устройства являетсянеобходимость изготовления пьезопреобразователей различной толщины.Известно также устройство, содержащее пьезопреобразователь и согласующуюцепь в виде Г-образного звена фильтра низких частот. щих в диапазоне метровых и дециметровых волн. Сущность изобретения: в устройстве, содержащем пьезопреобразователь и полосовую согласующую цепь из емкостных и индуктивных элементов,первый со стороны пьезопреобразователя элемент полосовой согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности Е 2, включен последовательно с пьезопреобразователем, в ее величина определена из уравнения Ь 1 вЕУ 02)/2 ж 102, где вЕ(1 о 2) - мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте т 02, 3 ил. 1 табл. евайНедостатком такого устройства является невозможность синтеза согласующей це пи. оптимальной по Фана, т.е, (Л обеспечивающей получение минимального Од коэффициента стоячей волны (КСВ), при (Л произвольной полосе согласования, (ОНаиболе близким техническим решени- , ем является электроакустйческое устройство, содержащее пьезопреобраэователь и полосовую согласующую цепь из емкостных -ф и индуктивных элементов, причем первый со стороны преобразователя элемент поло- совой согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности 1.2, включен параллельно преобразователю, а его величина определена из соотношениягде ау(1 о 1) - мнимая часть входной проводимости пьезопреобразователя на частоте 1 о 1.При этом резонансные частоты колебательных контуров полосовой цепи выбраны равными частоте 1 о 1(частоте резонанса динамической ветви эквивалентной схемы пьеэопреобраэователя), которая определена из уравненияпах Веу= Веу(то 1),где ВеуЩ - действительная часть входной проводимости пьеэопреобразователя на произвольной частоте;Веу(то 1) - действительная часть входной проводимости пьезопреобразователя на частоте 1 о 1,а механическая добротность 01 найдена иэ уравнения01 = 1 о 1/Ю 1,причем диапазон частот 611 определен по графику зависимости ВеуЩ по уровню 1/2 от максимального.В этом устройстве оказывается возможным, рассчитав параметры эквивалентной схемы преобразователя В - 1/Веу(то 1), С = =1/2 к(1 о 1)ВО и 1 = 1/(2 л о 1)С, синтезировать полосовую согласующую цепь, оптимальную по фана, т,е. обеспечить ее максимальную широкополосность.Однако использование такого устройства приводит к тому, что средняя частота полосы согласования асср - то 1 смещается вниз по отношению к частоте полуволнового резонанса пьезопреобразователя 1 О, что понижает диапазон согласованных частот устройства. Кроме того, по мере повышения диапазона его рабочих частот, использование такого устройства становится невозможным. Это связано с тем, что первым элементом синтезированной согласующей цепи является индуктивность Ьг, включенная параллельно емкости Со преобразователя (фиг. 1). Паразитная индуктивность подводящих проводов пр, будучи включенной между индуктивностью 1.г и емкостью Со, разрушает структуру согласующей цепи в виде полосового фильтра. Поэтому применение данного устройства оказывается возможным только в том случае, если влиянием индуктивности Ьр можно пренебречь, т.е. на частотах, не превышающих 150 - 200 МГц.Целью изобретения является повышение диапазона согласованных частот.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем пьезопреобразователь и полосовую согласующую цепь из емкостных и индуктивных элементов, согласно изобретению первый со стороны пьезопреобразователя элемент полосовой согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности 1.г, включен последовательно спьезопреобразователем, э его величина определена из уравнения1 г = щ(10 г)/2 тОг,5 где 1 вЕ(аког) - мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частотетогпричем резонансные частоты колебательных контуров полосовой согласующей цепи10 выбраны равными частоте аког, которая определена из уравнениягпах ВеЩ = ВеЕИог),где ВеЩ -действительная часть входногосопротивления пьезопреобразователя напроизвольной частоте;15 ВеЕ(аког) - действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя начастоте аког,а механическая добротность Ог найдена изуравнения Ог = тог/ Л тг, причем диапазончастот Ь г определен по графику зависимо 20 сти ВеЕ(1 ) поуровню 1/2 отмаксимального.Однако при синтезе такой цепи в укаэанной связи с пьезопреобразователем заявляемое устройство проявляет новыесвойства, что приводит к повышению диапа 25 зона согласованных частот; Действительно,дуальная структура согласующей цепи требует представления нагрузки (пьезопреобразователю) эквивалентной схемой в видепараллельного колебательного контура,30 подключенного к этой цепи через последовательную емкость Сг. Частота резонансаэтого контура тог оказывается выше частоты1 о 1 (в прототипе) на 5-25, что иллюстрируется таблицей, в которой даны нормирован 35 ные расчетные значения 101 и аког, найденныепо результатам. В последнем столбце помещены данные, полученные для сдвиговыхпьезопреобразователей из ОИЬОз, работающих на ТеОг (а= 0,178) и 30 г (а= 0,398).40 Таким образом, рассчитав параметрыэквивалентной схемы преобразователя 1(ф 2)Сг = 1/(2 и то) 1 г;В, = Вег(ог);45С 1 Ог/2 лОгВэ31=1/(2 Фог) С 1,можно синтезировать оптимальную по Фано согласующую цепь 2 со средней частотойполосы согласования 1 ср = аког1 о 1, что при 50 водит к повышению диапазона согласованных частот,Кроме того, паразитная индуктивностьпроводов пр включается в индуктивностьпервого элемента согласующей цепи .г55 (фиг, 2), что снимает ограничение на верхнюю рабочую частоту устройства, связанноес наличием Ьр.На фиг. 1 изображена согласующаяцепь, которая вместе с элементами эквивалентной схемы пьезопреобразователя образует в известном устройстве структуруполосового фильтра; на фиг, 2 - структура,синтезируемая в предлагаемом решении; 5на фиг, 3 - измеренные частотные зависимости КСВ экспериментальных акустооптических устройств, соответствующихпредлагаемому решению (кривая 1) и известному (кривая 11). 10Электроакустическое устройство (фиг.2) содержит пьезопреобразователь 1 и согласующую цепь 2 со структурой полосовогофильтра, состоящую из емкостных и индуктивных элементов. Первый со стороны пьезопреобразователя элемент, выполненныйв виде индуктивности2, включен последовательно с пьезопреобразователем, а еговеличина определена по формуле1 2 =гпту(102)/2 К тог 20где ПСЕ(102) - мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частотетогРезонансные частоты колебательныхконтуров паласовой согласующей цепи выбраны равными частоте гог, которая определена из уравнениягпах Ве 2 Я = ГеЕ(ог),где ЯеЩ - действительная часть вхоцногосопротивления пьезопреобразователя на 30частоте 1;ВеЕ(102) - действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя начастоте 02.Механическая добротность пьезопреобразователя 02 найдена по формуле 0 г = .=тог/Ь 2, причем диапазон частот Л гг определен по графику зависимости ЯеЕЩ поуровню 1/2 от максимального.Для проверки предлагаемого решения 40был изготовлен экспериментальный образец устройства, содержащий сдвиговыйпьезопреобразователь из 1 МЬОз, приваренный к звукопроводу из ТеОг. и оптимальную согласующую цепь третьего порядка, 45синтезированную при заданной максимально допустимой величине КСВ1,5 на входеустройства. Входное сопротивление пьезопреобразователя в частотном диапазоне130 - 230 МГц было измерено измерителем 50комплексных коэффициентов отраженийР 4-11. Найденные по приведенным формулам параметры эквивалентной схемы пьезопреобразователя составили 102= 191 МГц, Яэ = 4 = Ом, Сг = 33 и Ф, 02 = 4,78. Измеренная величина индуктивности подводящих проводов длиной около Ж мм составила 5 нГн, а величина индуктивности 12=100 нГн, Измеренная входная характеристика испытывавшегося устройства приведена на фиг, 3 (кривая 1). Там же приведена характеристика прототипа, изготовленного с тем же пьезоп реобразователем (кривая 1), Сделать это удалось только после уменьшения длины подводящих проводов до минимальной величины (около 1 мм). Это связано с тем, что величина 12 в этом случае составила 11,2 нГн, что лишь вдвое превышает величину паразитной индуктивностипр = 5 нГн.Использование предлагаемого устройства позволило повысить верхнюю частоту полосы согласования на 11 опо сравнению с известным за счет эффекта увеличения частоты 102 (216 Мгц и 194 МГц). Формула изобретенияЭлектроакустическое устройство, содержащее пьезопреобразователь и полосовую согласующую цепь из емкостных ииндуктивных элементов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения диапазона согласованных частот, первый со стороны пьезопреобразователя элемент полосовойсогласующей цепи, выполненный в виде индуктивности 12, включен последовательно спьезопреобразователем, а его величина определена из уравнения:1-2 = вы(ог)/2 тг 102,где Ь 7(102) - мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте102,причем резонансные частоты колебательных контуроз полосовой согласующей цепивыбраны рэвнгми частоте 102, которая определена из уравнениягпах ВеЕЯ = ЯеЕ(102),где ЯеЕЯ - действительная часть входногосопротивления пьезопреобразователя напроизвольной частоте;Яее(102) - действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя начастоте Хога механИческая добротность 02 найдена изуравнения 02 = 102/ Ь 2, причем диапазончастот Жг определен по графику зависимости ЯеЕ(1) по уровню 1/2 от максимального,1753586 П р и м е ч а н и е, М - коэффициент электромеханической связи пьезопреобразователя,а- отношение волновых сопротивлений пьезопреобравателя и звукопровода,ф йю Фо эктор Производственно-издательский комбинат "Патейт", г. Ужгород, ул,Гагар Заказ 277 ВНИИ4 ф1Ю Составитель А.Юрченколанар Техред М.Моргентал Корректор В,Петраш Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5