ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ (ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ) АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в устройствах частотной селекции радиосигнала, в частности, в антенных компенсаторах активных помех.
Известен акустический фазовращатель [1], содержащий пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на его поверхности в общем акустическом потоке n-секционным входным и общим выходным преобразователями. Секции входного преобразователя размещены на звукопроводе с пространственным сдвигом, равным 1/n периода акустической поверхностной волны. Причем последовательно с каждой секцией входного преобразователя включено управляемое сопротивление, с помощью которого осуществляется плавная регулировка фазового сдвига.
Недостатком этого устройства является наличие внешних цепей управления и низкая температурная устойчивость. Кроме этого, данный фазовращатель относительно узкополосный, так как номинальное значение фазового сдвига получается только на частотах, близких к центральной частоте.
Известен также дискретный фазовращатель [2], выполненный в виде пьезоэлектрической линии задержки упругих поверхностных волн, у которого на поверхности звукопровода расположены излучающий и приемные преобразователи, а между ними в общем акустическом потоке нанесена металлическая пленка ступенчатой формы. Пленка обеспечивает требуемый фазовый сдвиг за счет дискретного изменения шага ступени на величину ΔL.
Данный фазовращатель не обеспечивает высокой точности установки фазового сдвига между выходами, имеет низкую температурную устойчивость и также является относительно узкополосным.
Наиболее близким, принятым за прототип, является фазовращатель с фиксированным сдвигом фазы [3], содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого параллельно друг другу размещены два канала. Каждый канал содержит входной и выходной встречноштыревые преобразователи (ВШП), которые расположены на одинаковом расстоянии «L». Оба канала идентичны по всем параметрам, за исключением того, что в одном из них поверхность звукопровода между ВШП покрыта тонкой металлической пленкой.
Разность фаз измеряется между сигналами на выходе первого и второго каналов и определяется разницей во времени прохождения сигналами расстояния «L» с разными скоростями «V» и «V+ΔV».
Недостаток этого устройства - получение заданного фазового сдвига лишь в относительно узкой, 1-2%, полосе частот (близкой к центральной частоте), сложность точного выполнения требуемого номинала фазового сдвига (из-за изменения номинала скорости V) и изменение самого номинала фазового сдвига при изменении температуры окружающей среды (из-за изменения скорости ПАВ и линейных размеров устройства).
Технический результат полезной модели - получение фиксированного фазового сдвига 90° между выходными каналами устройства в широкой относительной полосе пропускания при работе в большом диапазоне изменения температуры.
Указанный технический результат достигается тем, что в фазовращателе на ПАВ, содержащим пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого параллельно друг другу размещены два акустических канала, каждый из которых содержит входной и выходной ВШП, находящиеся на одинаковом расстоянии «L» друг от друга, и между которыми расположен экранирующий элемент, все ВШП реализованы как широкополосные дисперсионные преобразователи лестничного типа с расщепленными электродами (4 электрода на период), причем входные ВШП обоих каналов идентичны, т.е., расположение электродов и их подключение к шинам, имеющим идентичные формы, одинаковое, выходные же ВШП обоих каналов, имея одинаковую форму шин и расположение электродов, выполнены с разным подключением электродов к шинам, а именно, со смещением подключения в одном из каналов на один расщепленный электрод, кроме того, на торцы звукопровода нанесен поглотитель поверхностных волн.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 представлена структура широкополосного квадратурного фазовращателя на ПАВ;
На фиг.2 показаны фрагменты начала и конца топологии выходного ВШП первого канала при нечетном количестве полупериодов;
На фиг.3 показаны фрагменты начала и конца топологии выходного ВШП второго канала при нечетном количестве полупериодов;
На фиг.4 представлены амплитудно-частотные характеристики двух каналов фазовращателя;
На фиг.5 представлена разностная фазочастотная характеристика (между выходами каналов) фазовращателя.
Предлагаемый фазовращатель представляет собой пьезоэлектрический звукопровод 1, на рабочей поверхности которого параллельно друг другу размещены акустические каналы «А» и «В».
В каждом из каналов, на одинаковом расстоянии «L», размещены входной и выходной преобразователи, которые реализованы как широкополосные дисперсионные ВШП 2, 3, 4, 5 лестничного типа с расщепленными электродами (4 электрода на период), шаг следования которых λ(1)/4, λ(2)/4,…λ(i)/4,…λ(n)/4 (n - количество расщепленных электродов).
Между преобразователями, в каналах «А» и «В», расположены экраны 6. С целью устранения нежелательных отражений ПАВ от торцов звукопровода 1, на торцы нанесен поглотитель поверхностных волн 7 (Фиг.1).
Входные ВШП 2, 4 обоих каналов идентичны, а именно, расположение электродов и их подключение к шинам 8, 10 и 9, 11 (соответственно), имеющим идентичные формы, одинаковое.
Выходные ВШП 3, 5 обоих каналов, имея одинаковые формы шин 12, 14 и 13, 15 (соответственно) и расположение электродов, выполнены с разным подключением к шинам. Например: электроды выходного ВШП 3 подключены к шинам 12(+) и 13(-) с чередованием ++--…--++ (Фиг.2), а электроды выходного ВШП 5 подключены к шинам 14(+) и 15(-) уже со смещением на один расщепленный электрод, следуя чередованию -++--…++--+ (Фиг.3), или +--++…--++- (при нечетном количестве полупериодов). При четном количестве полупериодов чередование будет ++--…++-- для одного канала и +--++…++--+ или -++--…--++- для второго канала.
3
Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были изготовлены образцы фазовращателя на звукопроводе среза YX/128° LiNbO. Характеристики изготовленных устройств были измерены с помощью анализатора цепей Agilent E5071C.
На фиг.4 показаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) первого и второго каналов фазовращателя, отличающиеся только наличием противофазных пульсаций, образовавшихся за счет ложных сигналов тройного прохождения.
На фиг.5 приведена фазочастотная характеристика (ФЧХ), измеренная между выходами первого (А) и второго (В) каналов фазовращателя. Разность фаз между каналами составляет 90° при разбросе пиковых значений 3.5° в широкой относительной полосе пропускания. Уменьшение уровня ложных сигналов приведет к уменьшению разброса пиковых значений разности фаз от номинального значения.
1
4
Так как расстояние «L» между входным ВШП 2 и выходным ВШП 3 канала «А» идентично расстоянию между входным ВШП 4 и выходным ВШП 5 канала «В», акустические волны распространяются с одинаковой скоростью и достигают выходных ВШП 3 и 5 с одинаковой начальной фазой в каждом канале. А поскольку расщепленные электроды следуют с периодом / длины волны (что соответствует изменению фазы на каждом электроде на 90°) и подключение электродов к шинам выходных преобразователей 3, 5 выполнено со сдвигом на один расщепленный электрод, разность фаз между выходом 1 и выходом 2 устройства составляет точно 90° на каждой частоте f(1), f(2),…f(i),…f(n) полосы пропускания, формируемой электродами преобразователей.
Следовательно, изменение скорости акустической волны V или расстояния между преобразователями L не приводит к изменению разности времени задержки и разности фазы между выходами каналов при разбросе скоростей в различных звукопроводах или при изменении температуры.
Заявленное техническое решение позволяет получить точное номинальное значение фазового сдвига 90° между выходными каналами фазовращателя в широкой относительной полосе пропускания до 30%. При этом величина отклонения разности фаз не более 3.5°.
Кроме того, данный фазовращатель обладает термоустойчивостью, т.е. номинальное значение фазового сдвига не зависит от используемого материала пьезоэлектрического звукопровода (его термостабильности, сильной или слабой электромеханической связи) и типа акустической волны (поверхностной или приповерхностной) при работе в большом диапазоне изменения температуры. При изготовлении устройства на пьезокварце ST-среза фазовращатель получает свойство термостабильности.
ЛИТЕРАТУРА
2
1. А.с. 509977 (СССР), МКИ Н03Н 7/18. Акустический фазовращатель / С.С.Каринский, В.Г.Комаров, В.И.Речицкий. - №2009177/40-23; заявл. 22.03.74; опубл. 05.04.76, Бюл.13.
2. А.с. 364077 (СССР), МКИ Н03НН 7/18. Дискретный фазовращатель / С.С.Каринский, В.В.Зеленин. - №1688431/26-9; заяв. 26.07.71; опубл. 25.12.72, Бюл.4.
3. Каринский С.С. Устройства обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах. - М.: Советское Радио, 1975, с.131, с.156.