Гиперзвуковая линия задержки

ОП ИСАНИЕ Союз СоветсннхСоциалистическихРеспублик 11836775 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет -ОЗН 9 Гесударстееикмй комет СССР пе делам изобретен(72) Авторы изобретен К. Аракелов и В. Н. Балабанов Специальное конструкторско-технологическоенститута радиофизики и электроники АН Украинской 71) 3 ая вител ь НИЯ ЗАДЕРЖ) ГИПЕРЗВУКОВ по тех- резульИзобретение относится к области радиотехники СВЧ, а именно к гиперзвуковым 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 установках, в которых требуются задержки СВЧ электромагнитных сигналов, например при изучении процессов, связанных с распространением гиперзвуковых волн.Известна гиперзвуковая линия задержки 11), содержащая монокристаллический звукопровод из пьезоэлектрического материала, согласующие цепи в виде тороидальных резонаторов и линии передачи.Недостатком указанного устройства являются большие 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 линиязадержки 12, в которой для взаимного преобразования гиперзвуковых и электромагнитных волн используют тонкопленочный преобразователь на основе СЙЗ. Для согласования такого пьезоэлектрического преобразователя в диапазоне СВЧ обычно используют четвертьволновые ступенчатые трансформаторы.Недостатком указанного устройства являются большие потери мощности сигнала О 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 звуко- провода, а также то, что указанные конструкции не обеспечивают вентильных свойств гиперзвуковых линий задержки.Наиболее близкой к изобретениюнической сущности и достигаемому836775 тату 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.Недостаткомизвестной 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 ХпО или СМ, 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, соединен. ных 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 формуламвнутк = ЙЖ у Йвнешн. = 1 ГЙ+1) Лгде Л - длина гиперзвуковой волны;Х - расстояние до области фокусировки; й= 1, 3, 5, 7 -или 0,2,4,6,8На 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 П-образного волновода, к торцу которого подключен штырь 3, образующий с верхней крышкой 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 АзОэ. Его плоскопараллельные торцы отработаны с оптической точностью, На один торец звукопровода 5 методом вакуумного напыления нанесен пьезоэлектрический преобразователь (фиг. 2),о 15 20 25 зо 35 ао 45 о 55 4Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой кольцевые металлические электроды 6, расположенные концентрично вокруг центрального электрода 7. Размеры кольцевых металлических электродов 6 и центрального электрода 7 находят из соот- ношений. =йЛ ХКвнешн. = ф+1) Л Х ргде Л - длина гиперзвуковой волны;Х - расстояние до области фокусировки; а = 1,3,5,7 или 2,4,6,8,Промежутки между электродами заполнены пьезоэлектриком 8, в качестве которого используют тонкие пленки ХпО и Сд 8 и образуют с ними кольцевые 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 крышкой 4. На второй торец звуко- провода 5 нанесен выходной пьезоэлектрический преобразователь, который состоит из металлического электрода 9 (подслоя), на который нанесена пленка 1 О пьезоэлект-. рика (ХпО или Сдл). На пленку пьезоэлектрика наносят второй металлический электрод 11. Выходной пьезоэлектрический преобразователь подключен к согласующему устройству, например, типа резонансный зазор. К торцу звукопровода 5 приставлено верхней крышкой 12 согласующее устройство штырь 13 которого соединен с металлическим электродом 11, а электрод 9 через пленку 1 О пьезоэлектрика соединен с крышкой 12 согласующего устройства. Согласующее устройство соединено с линией 14 передачи.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 крышка 4, выделяется электрическая составляющая электромагнитного СВЧ сигнала. Пьезоэлектрическим преобразователем СВЧ электромагнитный сигнал преобразуется в гиперзвуковую волну. Излучателями гиперзвуковых волн являются промежуточные зоны между кольцевыми металлическими электродами 6 и 7, заполненные пьезоэлектрической пленкой 10, Все излучатели пьезоэлектрического преобразователя оказываются соединены последовательно, При таком расположении и размерах преобразователь, формирует фронт волны, который позволяет на расстоянии Х, 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 отторца с входным пьезоэлектрическим преобразователем и пройдя расстояние Ю, 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 Й от входного преобразователя, то область перекрытия выходного преобразователя можно сделать точечной (стремящейся к нулю). Смещая на относительно небольшое расстояние от значения Х 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 изобретенияГиперзвуковая линия задержки, содержащая монокристалличеСкий звукопровод с размещенными на его торцах входными выходным преобразователями, входноеи выходное согласующие устройства и линиипередачи, отличающаяся тем, что, с цельюповышения эффективности подавления лож 5 ных сигналов и улучшения согласования,входной . преобразователь выполнен в видеконцентричес.ки расположенных вокруг центрального электрода кольцевых излучателей,соединенных последовательно, причем центральный электрод входного преобразователясоединен с центральным электродом согласующего устройства, второй электрод входногосогласующего устройства соединен с кольцевым электродом наибольшего радиуса,а размеры кольцевых и центрального электродов определяются по формулам:Ввэр. = лЙвнгши, =фа+1)Ях,где 3. - длина гиперзвуковой волны;- расстояние до области фокусировки;20 в = 1, 3, 5, 7ил и О, 2, 4, 6, 8Источники информации,принятые.во внимание при экспертизе1. Рйуз 1 са 1 Кеч 1 ею 1 х 11 егз,2, 1959,р. 83, р. 298.2. М 1 сгочачез,10, 1968. р., 55 - 63:3, Авторское свидетельство СССР321936, кл. Н ОЗН. 159, 1972 (прототип),ль И. ДогаеваВойкас КорреПодпиного комитета СССний и открытийРаушская наб., д.жгород, ул. Проек СоставитеТехред А.Тираж 988ВНИИПИ Государственпо делам изобрете113035, Москва, Ж - 35,илиал ППП Патент, г. У