Управляемый автогенератор на поверхностных акустических волнах

СОЮЗ СОВЕСИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ РЕСПУБЛИК ЯО Н 9/(51)5 Н 03 В 5/3,К АВТ 37но-исследо вательски в, Г.П.П ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ. СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7 Ц Московский научинститут радиосвязи(54) УПРАВЛЯЕМЫЙПОВЕРХНОСТНЫХНАХ ов, В,Н.Банко е ый88.8)устоэлектронные раМ,: Советское радио др. Стабильные генена ПАВ. - М.: Радио и 24.АВТОГЕНЕРАТОР НА АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛ 57) Изобретение относится к радиоэлектро- нике. Целью изобретения является увеличение диапазона перестройки частоты без ухудаения кратковременной стабильности. Устройство содержит усилитель 9, в цепь обратной связи которого включены четные линии 1 - 4 задержки, выполненные в виде пар входных 5 и выходных 6 встречно-штыревых преобразователей (В ШП), размещенных в параллельных акустических каналах на рабочей поверхности пьезоэлектрического звукопровода 7, и фазовращатели 8, каждый из которых последовательно соединен с соответствующей линией задержки. Расстояния между центрами входных 5 и выходных 6 ВШП каждой линии задержки выбраны из условия1 - 12 = 1/4 (1+2+3+14), 1 12 3 4 11+12 13 14 = 1/8(1+2+13+14), где 1-14 - расстояния между центрами входных 5 и выходных 6 ВШП в первом - четвер1683171 том акустических каналах соотВетственно, м; а протяженность каждого из ВШП выбрана из соотношения Ь 1/32(11+ 12+ 13+ 14), ГДе 1- прОтЯженность ВхОДнОГО или Выходного ВШП,в 1-ом акустическом канале, м, при этом соотношение приращений фазь 1 фазовращателей выбрано из услоИзобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в системах сВязи и радиолокации для получения высскостабильных гармонических колебаний при низком уровне шумов.Известен автогенератор на поверхностных акустических волнах ПАВ), содержаший усилитель и частотозадающий элемент в виде линии задержки (ЛЗ) на ПАВ в цепи Обратной сВязи,При соблюдении условий баланса амп: литуд и фаз генерируется грубенчатый спбктс с интбрвалОм между Отдельными ча" стотами (модами), обратно пропорциональн ым расстоянию между Вхбди ым и Выходным встречно-штысевыми преобразователями ,ВШП) в ЛЗ,1-18 достатком известного генератора Является низкая кратковременная стабильность из-за Возможного "перескока" с Одной моды на другую и высокий уровень шумов из-за генерации сразу нескольких мод. Единственным условием одномодового генератора является совпадение всех частот гребенчатого спектра, кроме центральной, с нулями амплитудно-частотной характеристики (Ачр частотозадающбгс элемента ЛЗ на ПАВ.1-1 аиболеб близим к предлаГаемсму ПО технической сути и конструктивному исполнению является управляемый автсгенератср, реализующий принцип конкуренции типов колебаний с Одновременной фильтрацией паразитных мод, который содержит усилитель, частотозадающий элемент в виДе двухканальной ЛЗ на ПАВ в цепи обратной связи и элемент управления частотой 1 фазовращатель). Двухканальная ЛЗ на ПАВ, В свою очередь, содержит два Выходных широкополосных и общий полосозадающий входной ВШП, Протяженность пслосозадаю щего В Ш П, расстояния между входным и выходным ВШП выбраны так, что нули АЧХ ЛЗ на ПАВ совпадают с частотами В и Я ЬР 1, Л(ЩЛфз: А 04 " -1;12,13,14, где Лр,Лр 2,Ло 3,Л."4 . приоашбния фазы фазсвраща елсй е собди НЕННЫХ ПОСЛЕДОВатЕВЬНО ., ЛННИЯМ: задержки перВО 1 Очетвботсго каналов соответственно,;.ад, 2 ил,Всех мод, кроме рабочей Цбн.ральной моды,Ьарьирое вниифазОБОГО нб;збгб 0 можноизменить условия конкуренции типов кОлб"баний В пределах полосы про:;ускания Вхсд 5 ного ВШП и тем самым изменить рабочуючастоту аатоколббоний,1-1 едссчатком извесного автсгенера Гора на ПАВ ЯвлЯ 8 гсЯ малыЙ интервал п 808"стройки часто Гы ЬЕ, О ранич 8 нныйУдвоен Н 11 М ЧВС Го и. 1 М Инта ива л бяиДсоседними модами Лт.1.18 ль изобретения увеличение диаса"зона перестройки без ухудшения кратковременной стабильности.13 ПОСТВВЛВНная Обль дОСТИГВВТСЯ ТаМ ЧТОБ уп .:Ляб.4 см автогбнбратоое на ПАВ, соДВРЖВЩбм Усилитель, В Цепь ОО Ратной связикоторо, О Включены З, о ксличег, В 1 алеричбских каналов, Вьпслненныб каждая Б2 О виде Входного и выходного ВШП, размб 1 цбнных В параллельных акустических каналах на рабОчбй Грани пьбзоэлбктричбскОГоЗЕУКОПРОВОДБ, и фаЗОВРВЩВТВЛИ, Каждый ИЗксторл 1 х посл 8 дОВатбльно соединен с сссто2 и ВетстБУюЩбй Л.3, количество элбктРичбскихи акустических каналов выбрано оавным чб"1 ЫРВМ ОСЯСС 1 ОЯНИЯ Глбжд" Цент 34 И ЗХОВ"ных и БыхОДИЬ 1 х ВШП Б кыкДОЙ ЛЗ Выбраны:;и,. Входных и Выходных ВШП Б первог:, - четвертом каналах сООГВбтствбннс, м. а протяжбнность каждого из ВШП Выбрана и:Выраженияд 1/Я 2 11+ 12+ 13+ 14),ГДВ 1" протяженность БКОДнОГО или эьхОДно О В 11 "1В,"м вкус; ичбсксм канале, .м,ПОИ ВТОЙ СООТНОШВНИ 8 ПРИРаЩбний фаэ фаВОВОащателбй выбрано из услОВИЯМ 1.Ю 2 Рз: 1 Р 4 11:12:13:14, (3)где Ьу 1, ЬВ, Лрз, Ь р 4 - пр ".оещенияфаз фазовращателей, соединенных последовательно с ЛЗ в первом - четвертом аку-стических каналах соответственно, рад, 5На фиг.1 показана схема автогенератора на ПАВ; на фиг,2 - график формированияАЧХ четырехканальной ЛЗ на ПАВ в автогенераторе.Управляемый автогенератор на ПАВ 10фиг,1) содержит четыре канальные ЛЗ наПАВ 1 - 4 из входных 5 и выходных 6 ВШП наповерхности пьезоэлектрического звукопровода 7, регулируемые фэзовращатели 8,усилитель 9. 15Управляемый автогенератор на ПАВ работает следующим образом,При включении напряжения питания.усилителя 9 в случае обеспечения балансафаз и баланса амплитуд в цепи обратнойсвязи усилителя 9 начинает циркулировать 5электрический сигнал, приводящий к устойчивой генерации выходного сигнала,При выполнении ЛЗ в цепи обратнойсвязи усилителя 9 одноканальный генератор работает на центральной моде 1 о, соответствующей минимальному затуханию поамплитуде и сдвигу на у = 2 к его фазы вцепи обратной связи ОС), При изменениисдвига фазы, например, зэ счет фазовращателя 8, в полосе пропускания каждой каналь ной ЛЗ, определяемой АЧХсоответственно входного Авх Щ и выходногоАвых Щ преобразователей, возможна генерация уже двух мод 1 о 1 и 102, имеющих одинаковую амплитуду. Поэтому в таком 20автогенераторе уже возможна перестройкапо частоте за счет управления фазовымсдвигом р в цепи ОС.Во избежание одновременной генерации нескольких мод за пределами полосы 25пропускания ЛЗ на ПАВ, приводящей к увеличению кратковременной нестабильности(росту шумов), нули АЧХ ЛЗ выбирают совпадающими с частотами возможных мод,Условие подавления всех мод, кроме одной центральной, для каждого канала имеетвид;11 = 1 вых = Йв 1 в,1 вх =1 в 4)где 1 - расстояние между центрами входного 5 и выходного 6 ВШП;1 в - протяженность секции выходного, ВШП;1 вх - протяженность входного ВШП;йв, 1 вых - число секций в выходном ВШП 40и его протяженность соответственно.Фазочастотная характеристика (ФЧХ)такой канальной ЛЗ на ПАВ с подавленными модами является линейной, э диапазон плавной электронной перестройки частоты ЛЕ в канале составляет половину максимального меж;.,".дового интеовэлэ, что соответствует иэмз снию Фазы управляющего элемента 8 на . т 2.При увели-нии числа каналов М. например, до дву:; Ч = 2) каждая канальная ЛЗ на ПАВ 1 и 2 формирует свою сетку генерируемых частот, г в полосе пропускания АЧХ уже возможна одновременная генерация трех мод(за исключением 1-3), Если расстояния между це гграми входных и выходных ВШП канальных ЛЗ выбраны из соотношения 11:12 = 3:2 и в этом же соотношении вцбранц изменения фазы фэзовращэтелей 8 Л р 1: Ьр 2- 3:2, то обе сетки частот могут смещаться вправо или влево без изменения взаимного расположения, а значит, генерация будет осуществляться на тех же модах 1 - 3). ФЧХ такого частотозадающего элемента в виде двухканальной ЛЗ остается линейной, а изменение фазы в цепи ОС может составлять + л без перескоков с моды на моду, Таким образом, диапазон перестройки частоты увеличивается в два раза по сравнению с автогенерэтором на основе с одноканальной ЛЗ.При нечетном количестве каналов И = 3, 5, 7 и т,дэ также при й = 6, хотя диапазон перестройки и расширяется, но ФЧХ частотозадающего элемента становится нелинейной, что требует резкого усложнения фазовращателей 8 и цепей управления ими, а таже может привести к генерации непредсказуемых мод,При й = 2, 4, 8 ФЧХ сохраняется линейной, а при М = 2, 4 система управления фаэовращателями наиболее проста, Однако техническая реализация восьмиканэльной ЛЗ на ПАВ и восьмиканального фазовращателя 8 затруднена.Поэтому с точки зрения простоты реализации при одновременном расширении диапазона перестройки частоты за счет подавления паразитных соседних мод нэ основе принципа конкуренции мод) оптимальным вариантом является использование четырехканальной (И = 4) ЛЗ на ПАВ в качестве частотозадающего элемента.При условии устойчивой работы автогенератора частотный спектр сигнала, циркулирующего по петле ОС с четырехканальной ЛЗ на ПАВ, можно записать в виде АИ)= НвЮ Н,Ю)есмю+е) гм д чэ) всым м 1 5)где Н вхН вы к Я - и е редаточ н ые фун кци и соответственно входных 5 и выходных 6 ВШП канальных ЛЗ 1-4;х( =(/ч - время задержки сигнала в каждом 1-м канале; 5( - расстояние между центрами входных 5 и выходных 6 ВШП;ч - скорость ПАВ;(/)( - начальные фазы в каналах 8;в = 2 л 1 - текущая частота. 10При соблюдении соотношения (1) для каналов выполняются условияХ 1 - Х 2 = ХЗ - Х 4;ф 1 В =фз ф 4 (6)Тогда функция передачи в цепи ОС (без учета частотозависимых свойств усилителя 9) будет иметь видг - %НИ)=ФНв) Нвых(Р) со 5 ЪЕ(а, + - . юЦ Г;Н;)"=:с+Н(Е) соей фт)соз(хФ 2) ехР(хи+ФД. (7)Из уравнения (7) видно, что эффективное время задержки в экспаненциальном показателе составляетх вф =х 1 + х 2 + хз + х 4 )/4 соответственно межмодовый интервал будетЬ= М,ф30Если входной 5 и выходной 6 ВШП канальных ЛЗ на ПАВ 1-4 не обладают дисг(ерсией, т.е. имеют линейную собственную ФЧХ, то можно считать, чтои 5 Н Я=.НвхЯНвыхЩ АвхАвыхЩ=А Щ, (8)где Авх (т) и Авых Щ - АЧХ соответственноВШП 5 и 6(фиг.2),Тогда и четырехканальный частотозадаЮщий элемент в целом не обладает дисперсией.Подобрав Авх (9, Авых Щ, Х(, р,= 1, 2, 3,4, можно в передаточной функции (7) и, следовательно, в спектре автогенератора подавить все моды, кроме одной, т.е, обеспечитьодномодовый режим работы (или низкийуровень шумов).Поскольку с помощью четырехканальной ЛЗ на ПАВ формируются четыре конкурирующие сетки частот, а интервал междуиодами составляет4М=4 о, (9)где то - частота акустического синхронизма;ло = -- Длина ПАВ на этой частоте,что(/Лоо, из уравнения (7) получают условие подавления мод - (Г -е )= -о2 - (г -е )- - "( -е )о - (е.е -е -е): -Цг з е=Подставив в (10) соотношение (9) для интервала между модами, получают окончательные соотношения для подавления мод за счет сомножителей соз х 1 и соз х 2 (фиг,2): Е- Ег= -" (Е, Г, Е,-Е,); е-г= з-,1е,ег-ез-е,: - ,е,. е,. е.:г,),В общем же случае протяженности ВШП 5 и 6 выбираются из условия достаточного подавления выходного сигнала на частотах (фиг,2), т.е, из условияоЪ(8 ХГ (и,) что при учете (9) приводит к соотношению Ь1/32 (11 21 з 1 4). В этом случае первые нули множителя Аг ) обеспечивают ослабления паразитных мод, не подавленных за счет сомножителей СОВ Х 1 И СОВ Х 2В наиболее удобном случае входной и выходной ВШП могут быть выполнены идентичными, поэтомуА, Д (зи х/х), ГДЕ Х = йв Л(7-то)Ло, Мэ - ЧИСЛО ПаР ЭЛЕКтродов в БШП. ТогдаЬ = 1/32 (1121 з 14) и паразитные моды подавляются полностью в диапазоне +. 4 Л 1 (фиг.2),В результате возможный диапазон перестройки частоты без опасности появления паразитных мод, т,е, без ухудшения кратковременной стабильности, увеличивается в четыре раза.При этом условием приблизительного сохранения рассмотренного соотношения амплитуд между рабочей и подавляемыми паразитными модами при изменении фаз в управляющих элементах (канальных фазовращателях 8) в случае необходимой перестройки частоты является соотношениеЛ(/71Ьо 2; Лф 3: ЛР 4 = 1:2.3:4, где Лр - приращение фазы во внешних цепях (фазовращателях 8);= 1, 2, 3, 4, Отак, как при выполнении условия (3) и росте(умЕньшЕНИИ) Лр в канальх мсд=;:-"н рации Ь и сомножители сов х 1. с,;в х 2 переме"щаются по оси частот Вправо Вево) безизменения взаимного расположенря. а соМНОжИтЕЛЬ АгНЕ СМЕщавтСя ОтОСИТЕГЬНОцентральной моды ю. Таким образом, приусловии (3) диапазон перестройкр частотыгенерации Л Г составляет около двух межмодовых интервалов при идентичных входных и вьходных ВШП,Необходимое приращение фазыЛр реализуется зэ счет последовательного с канальными ЛЗ 1-4 включения управляемых напряжением фазовращателей 8 ввиде многозвеных С-линий задержки, например, нэ варикапах, а условие (3) реализуется г ри подаче нэ каждое звено атойС ЛЗУпРавлЯемого напРЯжеииЯ Ьупр, чеРез состВ 8 ТСТВУЮШИЕ ДВЛИТЭЛИ, 20Таким Образом, при использованиипредложенного эв-Огенерэторэ по сравнеНИЮ С ИЗВЕСТНЫМ ЧЭСТОтЫ УВЕЛИЧИВЭЕтСЯ Вчетыр 8 раза при линейной вольт-частотнойхарактеристике без яудшеиия кратковрем 8 ннОЙ стэбильносги (уровЯ шумов), чтоопределяется линейной ЙЧМ четырехканальной ЛЗ на ПАВ и подавлением паразитиых мод в ней,В качестве примера исполнения изготовлен автогеиерэтор на широкополосноммоЭлитном усилителе типа 942177-1, в цепи ОС которого включена четырехканальная ЛЗ иа ПАВ со звукопроводом изЬТ-кварца. В качестве фазовращателей использованэС-линия на варикапах типа2 В 124, угрэвляемых От напояж 8 ния В инзедвэле Оупр, - 0 О Б.Средняя частота автогеиерэтора составляет тс = 100 Г Гц при диапазоне плавной перестройки Л Р -- 160 кГц, т,е, более110Указанные параметры реализованы приследу:ощих конструктивных характеристахЛЗ: расстОЯния мех,:Ду Центрами ВШП )1 = 453; 58 мм 2 =,5 У 90 мм ,з = 47 3 г 0 мм31530 мм. Входные и выходные ВШП выполнены идентичнымр и содержат то,в .=125 пэр штырей или имеют прОтяженностьЬ.= 3,957 мм, 50 В результате диапазон арест ро 1 ч, тгть: " Вляет ЛГ = 160 кГЦ, уровеньхОВ ж сп строике н; 0 кГц не,; д; - ; - ,; ", ель,и 1, с; -й при В;брс.:Гости г;.:О 00,селиНэ Гдавления сосе них иод неменез ,. - Г д,",ход частоты при изменедНИИ ТЕ.:;ПератзрЫ СТ+20 во+70 С СОСТЭВЛЯВТ23 к ГЦ., ч го сОО гвет ствует температурной .:РстэОрльно."и кз: ".;э ЯТ-среза,Формуэ изобретен,яи р э в л я 8 ь; ,: э вО . е н 8 р эО О н э и О в 8 р;иостых экусти;,Эких волнах, сздаржц 1 "усрлитель. Р це и ОЬрэтндЙ связи которо ОВКЛЮЧВЬо) ИН И ЗЭД 8 РЖКИ ПО КОЛИЧВСТР;:Электрических каналов. Выполненные кэхдая в виде входного и выходного Встоечноштыревых преобразователей ВШП,рэзмеценньх В пэоэллеРьных эустрес:,ихкэнэлгх на рабочей грани пьезпзлектр 1 чеСКО О ЗВУКОПООВОДЭ, И фЭЗОВРЭЦЭТЕЛР, КЭЖдый из которых соединен с соотвегствуюцейлинией задержки, О т л и ч э ю Гц и й с я еккчто, с цельО увеличения диапазона пере"стройки вез у,удшения крэткОРременной стобильности, количество электрических чакустических каналов выбрано рэвнь,м четь.рем, Оэсстояиия и 8 жду центрамл ВходныхвьХодьх БШП в каждой линни зэдержк:;выбрань из условиЯ- 2 = , 4:,+2+3 4);2= З:+ 2 - 3-1 = 1/8 (1. +2+з+1 л),Д 8 чРЭССТОЯНИЯ МежДУ ЦВНТРЭМИ ВХОДных и зыходных ВШП в первом - четвертомакмстиче ких каналах соответственно,м,а протяженность кажДОГО из ВШП ВьбрэнэИЗ ВЬ:Ражения=.32+2- з+ 1),Где , - ПРОТЯЖВННОСТЬ ВХОДНОГО РЛИ ВХОДного ВШП В -м экус 1 ическом канале, м;пои атом соотношение прирэщени фазыфэзоврэыэтелей Выбрано из условияЛР: Ло 2: ЛРз: Ло;2:з;.,Гд 8 -Ю 1Лф 4 приращения фэзь фэзовращэтелей, соединенных последовательнос линиями задержки в первом - четвертомакустических каналах соответственно, рэд.1683171 Составитель 8. ОрловТехред М,Моргентал Редактор А, Козориз Корректор М. Кучерявая,Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 3421 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5