DE1805834B2 - Wellenleiteranordnung fuer elastische wellen - Google Patents

Wellenleiteranordnung fuer elastische wellen

Info

Publication number
DE1805834B2
DE1805834B2 DE19681805834 DE1805834A DE1805834B2 DE 1805834 B2 DE1805834 B2 DE 1805834B2 DE 19681805834 DE19681805834 DE 19681805834 DE 1805834 A DE1805834 A DE 1805834A DE 1805834 B2 DE1805834 B2 DE 1805834B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
elastic
waves
arrangement according
waveguide arrangement
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19681805834
Other languages
English (en)
Other versions
DE1805834A1 (de
Inventor
Allen Henry Mornstown Seidel Harold Warren Township Tiersten Harry Frank West Orange Withe Donald Lawrence Mendham NJ Meitzler (V St A )
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
Western Electric Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Western Electric Co Inc filed Critical Western Electric Co Inc
Publication of DE1805834A1 publication Critical patent/DE1805834A1/de
Publication of DE1805834B2 publication Critical patent/DE1805834B2/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/36—Devices for manipulating acoustic surface waves
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/24—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through solid bodies, e.g. wires
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/10—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02881—Means for compensation or elimination of undesirable effects of diffraction of wave beam
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/30—Time-delay networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/30—Time-delay networks
    • H03H9/36—Time-delay networks with non-adjustable delay time
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/42—Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenleileranordnung für elastische Wellen mit einem elastische Wellen erzeugenden Eingangswandler, einem elastische Wellen aufnehmenden Ausgangswandler und einem Körper aus einem zum übertragen elastischer Wellen geeignetem Medium, wobei der Körper längs wenigstens einer Richtung zwischen dem Eingangswandlcr und dem Ausgangswandler gleichförmige elastische Eigenschaften hat, um elastische Wellen vom Eingangswandler zum Ausgangswandler zu übertragen.
Wellenleiteranordnungen für elastische Wellen werden auf zahlreichen Gebieten benutzt. Einer der bekannteren Anwendungsfälle liegt auf dem Gebiet der Verzögerungsleitungen, um eine Verzögerung oder Speicherung von Signalimpulsen in gewissen Radar-Systemen, in Speichern "on Rechnern und in Vermittlungssystemen zu erhalten. Zusätzlich eröffnet die neuere Entwicklung von Weilenleiteranordnungen Für elastische Wellen, wie Verstärkern, Modulatoren. Detektoren und Filtern, die Möglichkeit, daß bestimmte Schaltfunktionen, die relativ schwierig oder kostspielig elektronisch auszuführen sind, auf akustischem Wege ausgeführt werden können. Eine typische bekannte Verzögerungsleitung weist ein gleichförmiges, elastische Wellen übertragendes bzw. leitendes Medium auf, das zwischen zwei Wandlern angeordnet ist. Beim Betrieb wird einer der Wandler durch ein elektrisches Eingangssignal angeregt und induziert eine elastische Welle im Medium. Die Welle durchläuft das Medium als eine Scher- oder Longitudinalwelie und trifft auf den zweiten Wandler auf. der die elastische Welle auf der Ausgangsseitc wieder in ein elektrisches Signal umwandelt. Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer elastischen Welle viel niedriger als die eines elektrischen Signals ist. können Verzögerungen erhalten werden, die im Vergleich zu den Verzögerungszeiten bei typischen elektronischen Operationen groß sind.
Bei einer Wellenleiteranordnung, die aus »Akustische Beihefte«, 1959, Heft 1, S. 227 bis 238, bekannt ist, wird ein zahnartig mit Scheiben besetzter Stab als Leiter für elastische Wellen verwendet. Die in gegenseitigem Abstand auf einem Stab angeordneten Scheiben dienen zum gleichzeitigen übertragen von Mikrowellen und Schallwellen. Die Wellenleitung erfolgt dabei entlang der Außenseite der Anordnung, also nicht durch den Stab selbst.
Eine ernsthafte Begrenzung im Betrieb solcher Wellen «Is der von dem Kürpermedium gebildete
Wellenleiter oder Verzögerungsleitungen ergibt sich massive Teil hat. Vorzugsweise liegt die Phasen-
jedoch aus dem Energieverlusl infolge »Strahlnuf- geschwindigkeit der elastischen Wellen in der ge-
fa'cherung«. Wenn die elastisch« Welle sich über die störten Zone des Körpers zwischen 90 und 50%
Fresnel-Llinge hinaus fortpflanzt, beginnt sie sich 5 der Geschwindigkeit in dem vom Körpermedium
über ein Gebiet auszubreiten, das dem Quadrat der gebildeten massiven Teil,
Entfernung proportional ist, Ist die Verzögerungs- Außerdem ist in Weiterbildung der Erfindung leitung lang, so streut der »Schallstrahl« möglicher- vorgesehen, daß der vom Körpermedium gebildete weise über die Querbegrenzung der Leitung hinaus massive Teil im wesentlichen dämpfungsfrei ist und und breitet sich im umgebenden Medium aus, Daher io die Dämpfung der Wellenleiteranordnung zwischen muß entweder die Länge der Verzögerungsleitung I und 0,1% pro Wellenlänge beträgt,
begrenzt werden, oder es müssen beim Betrieb des Das Material der gestörten Zone ist vorzugsweise Systems wesentliche Energieverlusle in Kauf ge- so gewählt, daß es einen höheren intrinsischen Vernommen werden. lust als der massive Teil des Körpermediums hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 15 Gemäß einer Ausrührungsform der Erfindung ist bei einer Wellenleiteranordnung der eingangs ge- die gestörte Zone ein längsverlaufender, auf dem nannten Art da? -uvor erläuterte Problem des Energie- Körper angeordneter Führungsstreifen, dessen Dicke Verlustes bei der übertragung elastischer Wellen klein ist im Vergleich zur kürzesten im Frequenzauf Grund von »Strahlauffächerung« zu überwinden. band der zu übertragenden elastischen Wellen auf-
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, 20 tretenden Wellenlänge und in dem die Phasen-
daß die gleichförmigen elastischen Eigenschaften geschwindigkeit der elastischen Welle kleiner als
tumindest in einer Richtung quer zur Wellcnaus- im Körpermedium ist. Dabe; hat das elastische
fcreitungsrichtung vorhanden sind und daß der Körper Wellen übertragende Medium vorzugsweise eine Dicke
eine gestörte Zone aufweist, die sich durchgehend von zumindest einigen wenigen Vielfachen der läng-
rwischen dem Eingangswandler und dem Ausgangs- 25 sten Wellenlänge innerhalb des Frequenzbandes der
wandler erstreckt und elastische Eigenschaften be- zu i/bertragenden elastischen Wellen,
litzt, die von denen des ungestörten Bereichs des In der Zeichnung zeigen
Körpers dahingehend unterschiedlich sind, daß ge- Fig. IA und IB zwei Ausführungsbeispiele der
genüber dem ungestörten Bereich entweder die effek- neuen Wellenleiteranordnung Tür elastische Wellen, tive Phasengeschwindigkeit der elastischen Wellen 30 F i g. 2 einen Querschnitt eines Führungsschlit-
verringcrt oder die effektive Dämpfung erhöht ist, zes, der bei einer anderen Ausführungsform der
um ein Streuen einer elastischen Welle bei deren Wellenleiteranordnung nach Fig. IB verwendet
Ausbreitung längs der gestörten Zone einzuschränken. wird,
Die erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung kann F i g. 2A eine spezielle Anordnung zum Führen
elastische Wellen von dem Eingangswandler zum 35 elastischer Wellen mit Hilfe von Geschwindigkeits-
Ausgangswandler ohne Energieverlust auf Grund störung,
von Strahlauffächerung übertragen. Daraus ergeben Fig. 25 zu Erläuterungszwecken die Verteilung
sich die Vorteile, daß die Länge der Wellenleiter der elastischen Wellenenergie Tür die Anordnung
über die normalerweise als praktikabel angesehenen nach F i g. 2A,
Längen hinaus vergrößert werden kann, daß die 40 F i g. 3 eine Anordnung zum Führen elastischer
Eingangswandler bei niedrigeren Leistungen betrieben Oberflächcnwellen mit Hilfe einer Dämpfungsstörung
bzw. für niedrigere Leistungen ausgelegt werden und
können und daß die Ausgangswandler unempfind- F i g. 3 A und 3 B Diagramme zur Erläuterung
licher und damit billiger sein können. Durch die der Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 2.
Erfindung wird also eine Wellenleiteranordnung ge- 45 In der Zeichnung sind ähnliche Bauteile mit ent-
schaffen, die einerseits ökonomischer herzustellen sprechenden Bezugszeichen versehen,
ist und andererseits zuverlässiger arbeitet. Die F i g. 1A und 1 B zeigen zwei Ausführungs-
Im Prinzip können die gestörten Zonen entweder beispiele von Wellenleiteranordnungen,
als konstruktive oder als geometrische Störungen Im einzelnen zeigt die Fig. IA eine Wellenleiter-
im Körper des Trägermediums vorgesehen sein. 50 anordnung für elastische (Körper) Wellen, die einen
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vor- Körper 4 als das die elastische Welle übertragende
gesehen, daß der Körper wenigstens eine glatte Ober- Medium aufweist. Jm allgemeinen braucht der Körper
fläche aufweist, auf der eine die Phasengeschwindig- nicht von bestimmter Gestalt zu sein; es ist Tür den
kcit der elastischen Oberflächenwellen erhöhende Körper jedoch charakteristisch, daß er zumindest
dünne Materialschicht angeordnet ist, und daß die 55 längs einer Richtung quer zur Welleiifortpfianzungs-
gestörte Zone einen längsverlaufenden Schlitz auf- richtung gleichförmige elastische Eigenschaften hat.
weist, der die dünne Materialschicht zur Führung Zweckmäßig ist der Körper aus dämpfungsarmem,
elastischer Oberflächenwellen durchdringt. Die Dicke elastisch iso.iopem Material aufgebaut. Innerhalb
der dünnen Schicht kann dabei wesentlich kleiner des Körpers 4 und längs der Wellenfortpflanzungs-
als die Wellenlänge bei der höchsten Frequenz der 60 richtung verlaufend, d. h. in Längsrichtung, ist eine
zu übertragenden elastischen Oberflächen, insbeson- Führungszone 2 als gestörte Zone angeordnet, deren
dere kleiner als 10% dieser Wellenlänge, sein. Durch Störung entweder die effektive longitudinal Phascn-
diesc Weiterbildung der Erfindung kann die Phasen- geschwindigkeit der elastischen Welle im Vergleich
geschwindigkeit der f Oberflächenwelle vergrößert zu einem ungestörten Körper reduziert oder dessen
werden. 65 Gesamtdämpfung erhöht. Beispielsweise kann die
Die Erfindung ist ferner dadurch weitergebildet, gestörte Führungszone 2 aus einem längsverlaufenden
daß die gestörte Zone ein Material aufweist, das Zylinder aus einem Material bestehen, das eine
eine niedrigere Phasengeschwindigkeit der elastischen niedrigere Phasengesrhwindigkeit für elastische WeI-
len als das umgebende Medium besitzt. Im allgemeinen wird eine merkliche Führung erzeugt, wenn das Verhältnis zwischen der Phasengeschwindigkeit der gestörten Zone und der des umgebenden Mediums kleiner als 99,5% ist. Anordnungen mit einem Verhältnis zwischen 99 und 50% sind jedoch besonders zweckmäßig, weil sie bei der Herstellung von Wellenleiteranordnungen für elastische Wellen, bei denen gekoppelte Führungszonen verwendet werden, gebraucht werden können. Alternativ kann die gestörte Zone 2 einen längsverlaufenden Zylinder aus einem Material aufweisen, das einen höheren intrinsischen Verlust als der des Mediums besitzt. Im allgemeinen erhält man brauchbare Führungsanordnungen in einem weitgehend dämpfungsfreien (5 Medium durch Erzeugen einer Störung, die zu einer Longitudinal-Gesamtdämpfung zwischen 1 und ΧΙ\Ο% pro Wellenlänge der zu übertragenden elastischen Oberflächenwellen führt. Zusätzlich kann eine Einzelstörung eine Führung durch beide der vorstehend erwähnten Mechanismen erzeugen. Beispielsweise erzeugt Gold in einem geschmolzenen Quarzmedium eine Führung sowohl durch Erniedrigung der Phasengeschwindigkeit als auch durch Erhöhung der Dämpfung.
Im allgemeinen kann eine Führungszone beliebigen Querschnitt besitzen. Ist es jedoch erwünscht, die Führung auf die Grundschwingung zu beschränken, so weist der Querschnitt vorteilhafterweise die Form eines Rechtecks auf, dessen Länge und Breite je kleiner als eine halbe Wellenlänge der kürzesten Wellenlänge der hier längs zu führenden bzw. zu übertragenden elastischen Welle sind. An den einander gegenüberliegenden Enden der gestörten Zone sind Wandler 1 und 3 zum Einkoppeln und Empfang von elastischen Wellen angeordnet.
Beim Betrieb koppelt der Wandler 1 eine elastische Welle in die Führungszone 2 ein. Die Welle wird längs der Zone zwischen den Wandlern 1 und 3 ohne nennenswerte Strahlauffächerung geführt.
F i g. 1 B zeigt eine schematische Ansicht einer Wellenleiteranordnung für elastische Oberflächenwellen. Sie weist einen eine Unterlage bildenden Körper 10 mit einer glatten oberen Fläche 11 und einem hierauf angeordneten Führungsstreifen 12 auf, der die gestörte Zone bildet. Oberflächenwellen-Wandler 9 und 17 zum Einkoppeln bzw. Empfang von Oberflächenwellen liegen an den einander gegenüberliegenden Enden des Fühningsstreifens 12. Die Unterlage IO kann aus jedem Material bestehen, das in der Lage ist, elastische Wellen zu übertragen und gleichförmige elastische Eigenschaften in zumindest einer Richtung quer zur Wellenfortpflanzungsrichtung besitzt. Vorteilhafterweise ist die Unterlage Tür elastische Wellen dämpfungsarm und elastisch isotrop. Die obere Fläche 11 der Unterlage ist vorteilhafterweise glatt poliert, derart, daß jegliche Unregelmäßigkeiten viel kleiner als eine Wellenlänge bei der höchsten Betriebsfrequenz sind.
Bei einer alternativen Ausführungsform, die im Querschnitt in F i g. 2 dargestellt ist. ist die obere Fläche 11 eine Schicht aus einem geeigneten Material, das auf einem elastische Oberflächenwellen übertragenden Körper 10 angeordnet ist, um eine beschichtete Unterlage mit erhöhter Oberflächenwellen-Phasengeschwindigkeit zu bilden, wobei ein Schlitz 12, der die dünne Schicht 11 durchdringt, zur Führung elastischer Oberflächenvellen vorgesehen ist. Diese Anordnung wird nachfolgend als beschichtete Unter lage bezeichnet.
Die Schicht Il ist eine die Phasengeschwinu.^ ;ei der elastischen Oberflächenwellen in der Wellen leiteranordnung erhöhende Materialschicht. Es kanr gezeigt werden, daß jede Materialschicht mit Fort Pflanzungsparametern, die in bestimmter Beziehunf mit denen der Unterlage stehen, die Oberflächen· wellen-Phasengeschwindigkeit erhöht. Im einzelner ist eine geeignete Materialschicht die, für welche die Größe
Ks
positiv ist. Hierin bedeutet
VR die Phasengeschwindigkeit einer Rayleigh-
schen Oberflächenwelle für die Unterlage, Vs die Phasengeschwindigkeit einer Scherwelle
in der Unterlage,
V0 die Phasengeschwindigkeit einer Dehniings-
welle in der Unterlage,
Ks die Phasengeschwindigkeit einer Scherwelle
in der Schicht,
Vo die Phasengeschwindigkeit einer Dehnungswelle in der Schicht.
Als Beispiel eines Materialpaares, das diese Bedingungen erfüllt, ist Aluminium auf einer Glasunterlage, deren Temperaturkoeffizient gleich Null ist.
Als Oberflächenwellen-Wandler 9 und 17 können beliebige bekannte Wandler verwendet werden. Die dargestellten Oberflächenwellen-Wandler sind beispielsweise Körperwellen-Wandler 14 und 20, die an kegelförmigen Bauteilen 15 bzw. 21 befestigt sind. Eine Quelle 16 für elektrische Eingangssignale ist mit dem Eingangswandler 9 verbunden und eine Last 22 an die Anschlüsse des Ausgangswandlers 17 angeschlossen. Andere Anordnungen zum Erzeugen von Oberflächenwellen zusammen mit einer mathematischen Analyse der Oberflächen wellen (auch Rayleighsche Wellen genannt) können in den folgender Veröffentlichungen gefunden werden:
»Surface Waves at Ultrasonic Frequencies« von E. G. C ο ο k und H. E. Van Valkenburg. ASTM Bulletin, Mai 1954. S. 81 bis 84. »Inspection of Metals with Ultrasonic Surface Waves« von Willard C. M i η t ο η. Nondestructive testing, Juli-August 1954. S. 13 bis 16,
»Investigation of Methods for Exciting Rayleigh Waves« von I. A. Viktorov. Soviet Physics-Acoustics. Bd. 7. Nr. 3. Januar-März 1962. S. 236 bis 244.
Die gestörte Zone 12. die nachstehend im einzelnen noch beschrieben werden soll, ist bei einer Ausfühningsform als Führungsstreifen auf der glatten Fläche 11 der Unterlage 10 angeordnet oder ist — bei einer anderen Ausführungsform — durch eine Zone der Unterlage 10 gebildet, in welcher die Schicht 11. beispielsweise durch Fotoätzmethod~:n. entfernt worden ist. Der Streifen 12 verläuft zwischen den Eingangs- und Ausgangswandlern 9 und 17. Im
1 805*34
allgemeinen wird eine Führung von Oberflächenwellen durch eine Störung auf der Oberfläche des Fortpflanzungsmediums erzeugt, das die Phasengeschwindigkeit der elastischen Oberflächenwellen erniedrigt oder die effektive Dämpfung erhöht. Ty pi scherweise bedeutet dies, daß die gestörte Zone einen Materialstreifen aufweist, der entweder eine niedrigere Phasengeschwindigkeit oder eine höhere intrinsische Dämpfung als das Material der Unterlage besitzt. Jedoch ist es auch möplich, wie noch to gezeigt wird, den Führungsstreifen aus dem gleichen Material wie die Unterlage zu erzeugen. Im allgemeinen ist die Führung um so stärker, d. h. ist der Energieanteil, der auf die gestörte Zone begrenzt wird, um so größer, je größer der Unterschied zwischen der Geschwindigkeit oder der intrinsischen Dämpfung der gestörten Zone und dem entsprechenden Fortpflanzungsparameter der Unterlage ist.
F i g. 2A zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Wellenleiteranordnung zum Führen elastischer Wellen mit Hilfe einer Geschwindigkeitsstörung. Bei dieser Ausführungsfonn ist die gestörte Zone i2 ein Rechteckstreifen eines Materials mit vergleichsweise niedriger Geschwindigkeit. ?.. B. Gold. Der Streifen ist auf der glatten, ebenen Oberfläche 11 eines eine Unterlage bildenden Körpers 10 aus einem Material mit höherer Geschwindigkeit, z. B. erschmolzenem Quarz, aufgebracht. Im einzelnen sine die Materialien des Streifens und der Unterlage so gewählt, daß die Größe der Phasengeschwindigkeit der Oberflächenwellen des Streifenmaterials kleiner ist als die der Unterlage ohne den Streifen. Im allgemeinen ist die Führung um so stärker, je niedriger das Verhältnis von Geschwindigkeit im Streifen zur Geschwindigkeit in der Unterlage ist. Wie jedoch aus der nachstehenden Beschreibung noch ersichtlich wird, ist es bei vielen Anwendungsfällen vorteilhaft, daß die Energie der elastischen Wellen nicht vollständig auf den Streifen begrenzt wird. Es wurde gefunden, daß typische brauchbare Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen 99 und 50% liegen.
Die Dimensionen des rechteckigen Streifens können vorteilhafterweise so gewählt sein, daß unerwünschte Schwingungsformen unterdrückt werden. Im einzelnen können Körperwellen unterdrückt werden, wenn die Dicke T kleiner als 1Z10 einer Wellenlänge gemacht wird, und Oberflächenwellen höherer Ordnung können unterdrückt werden, wenn die Breite W kleiner als eine halbe Wellenlänge gemacht wird. Ist es jedoch gewünscht, die Oberfiächenwellenformen höherer Ordnung zu verwenden oder dieselben auf andere Weise zu unterdrücken, so kann der Streifen breiter sein. Der Führungsstreifen kann leicht nach allgemein bekannten Elektroplattier- oder Foromaskiermethoderi ausgebildet werden.
F is. 2 B zeigt die Verteilung der Energie der Schwingungsform der ersten Ordnung über der Oberfläche einer typischen Geschwindigkeits-WeUenleiteranordnung der vorstehend in F i g. 2B beschriebenen Art. Der Führungsstreifen 12 ist der leichteren Bezugnahme halber im gleichen Maßstab dargestellt.
Außerhalb des Streifens hat die Kurve die Form Ae~BX und innerhalb des Streifens die Form C cos DX. In diesen Ausdrücken sind A und C Konstanten, die die Schwingungsamplitude beschreiben: B und D stehen mit der Phasengeschwindigkeit der freien Oberflächenwellen V, der Geschwindigkeit Her Berührten Oberflächenwellen U und der Wellenlänge L nach folgenden Formeln in Beziehung:
B -
7(U-P)
In diesen Ausdrücken bedeutet P die Phasengeschwindigkeit in einem Streifen unendlicher Breite Es soiite insbesondere beachtet werden, daß ein wesentlicher Teil der Energie über einen Teil der Unterlage gerade außerhalb des Führungsstreifens verteilt ist. Dieses Phänomen erlaubt den Entwuri von Kopplungsvorrichtungen. Insbesondere kann durch Regulierung der Gestalt des Führungsstreifens oder durch Anordnen einer Mehrzahl Streifen dicht aneinander derart, daß diese miteinander in Wechselwirkung treten, eine große Anzahl verschiedener Anordnungen für elastische Oberflächenwellen ent worfen werden.
F i g 3 zeigt ein Beispiel einer alternativen Anordnung, bei der die Wellenführung unter Verwendung von Dämpfung erfolgt. Bei dieser Ausrührungsform ist ein Streifen 12 aus vergleichsweise dämpfungsreichem Material als gestörte Zone auf einer Unterlage 10 vergleichsweise; niedriger Dämpfung angeordnet. Im allgemeinen ist die Führung um so stärker, je größer die Differenz zwischen der intrinsischer. Dämpfung de« Streifen« und der der Unterlage ist. Offensichtlich seilte die Dämpfung in der Anordnung nicht so groß sein, daß brauchbare Übertragungslängen ausgeschlossen sind. Typischerweise sind Wellenleiteranordnungen mit einer Gesamtdämpfung zwischen 1 und 0,1% pro Wellenlänge brauchbar.
Der Streifen 12 kann in der Unterlage selbst durch Bestrahlen eines streifenformigen Teils einer piezoelektrischen fotoleitenden Unterlage mit Licht gebildet sein, oder alternativ kann er in einer strahlungsempfindlichen Unterlage: durch Bestrahlen eines Streifens mit Neutroner erzeugt werden. Eine andere Methode zum Erzeugen einesr mit Dämpfung arbeitenden Wellenleiteranordnumg ist die. einen Streifen eines dämpfungsbehafteiten Materials auf eine vergleichsweise dämpfungsfreie Unterlage niederzuschlagen.
Wie bei der Geschwindigkeitsstörungs-Wellenleiteranordnung sind die Abmessungen des Führungs-Streifens zur Unterdrückung von Körperwellen Schwingungsformen und Oberflächenwellen-Schwin gungsformen höherer Ordnung ausgewählt. Das bc deutet, daß die Breite kleiner als eine halbe Wellen länge ist. Die maximal zulässige Dicke hängt jedocl von der Art des Streifens ab. Ist der Streifen, wii dargestellt, innerhalb der Unterlage ausgebildet. s< kann die Dicke bis zu einer halben Wellenläng groß sein. Ist der Streifen aber auf die Unterlag niedergeschlagen, so ist seine Dicke vorteilhafter weise kleiner als etwa 1% einer Wellenlänge.
Die Energieverteilung der Dämpfungsstörungs Wellenleiteranordnung ist im wesentlichen die gleiche wie diese für eine Geschwindigkeitsstörungsanordnun dargestellt worden ist.
F i g. 2 zeigt eine Schrägansicht einer weitere typischen Wellenleiteranordnung. Eine Schicht Hi: als eine dünne Schicht gleichförmiger Dicke T dai
8θΤ"834
ίο
gestellt, die auf einer glatten'Fläche der Unterlage 10 angeordnet ist. Ein Führungsschlitz 12 bildet die gestörte Zone und ist mit einer Breite W in der Unterlage 10 durch Entfernen der Schicht 11 ausgebildet. Vorteilhafterweise kann der Schlitz in die Unterlage 10 bis zu einer Tiefe eindringen, die kleiner ist als einige wenige Wellenlängen. Im allgemeinen können die Dicke T und die Breite W zur Unterdrückung von Schwingungen höherer Ordnung und zur Minimalisierung der Dispersion ausgewählt werden. Im einzelnen werden Schwingungen höherer Ordnung •nterdrUckt, indem T so klein gemacht wird, daß #ie niedrigste antisymmetrische Schwingungsform •icht mehr geführt werden kann. Dies bedeutet, 4aß T viel kleiner als eine Wellenlänge der elastischen Wellenenergie bei der Betriebsfrequenz ist, d. h. typischerweise kleiner als 10% der Wellenlänge. Die Dispersion kann andererseits minimalisiert werden iurch Auswählen des Optimalwertes für das Breitentu-Dicken-Verhältnis. Im allgemeinen existiert ein lolcher Optimalwert für ein Frequenzband, das bei •iner gegebenen Frequenz F zentriert ist, und kann irnpirisch und/oder theoretisch bestimmt werden. Speziell ist das optimale Verhältnis dasjenige Verfcältnis, welches ein Maximum in der Kurve der di-
ftiensionslosen Phasengeschwindigkeit, -γ-, als eine Funktion der dimensionslosen Fortpflanzungskon-Wellenleiteranordnung der vorstehend beschriebenen Art. Der Führungsschlitz 12 ist der leichteren Bezugnahme halber ;-n gleichen Maßstab gezeichnet. Die Kurve hat außerhalb des Schlitzes die Form Ae~BX und innerhalb des Schlitzes die Form C cos DX. In diesen Ausdrucken sind A C Konstanten, die die Amplitude der Schwingung beschreiben, und B und D sind sowohl mit der Oberflächenwellenphasengeschwindigkeit für die plattierte und die freie Oberfläche, Vr und VR, als auch mit der Geschwindigkeit für geführte Oberflächenwellen U und der Wellenlänge L Hurch die nachstehenden Beziehungen verknüpft:
It iinte,
2.-T T
erzeugt, wobei T die Dicke und L die
Wellenlänge der elastischen Welle bei der Frequenz F ist. Typische Kurven für eine Wellenleiteranordnung mit Aluminium auf einem Glas mit dem Temperaturkoeffizienten Null sind in F i g. 3 A dargestellt.
Die F i g. 3 B zeigt die Verteilung der Energie bei der Schwingungsform erster Ordnung über der Oberfläche einer tvDischen. einen Schlitz aufweisenden Es sollte insbesondere beachtet werden, daß der Schlitz den Hauptteil der elastischen Wellenenergie führt. Da der Schlitz aus einer unpiatiicrtcn Unterlage statt aus einer mit vergleichsweise dämpfungsreichem Material plattierten Zone besteht, hat ein Schlitz-Oberflächenwellenleiter typischerweise eine kleinere Dämpfung pro Längeneinheit als ein Streifen-Oberflächenwellenleiter. Es sei auch bemerkt, daß ein Teil der Energie über einen Teil der Unterlage gerade neben dem Führungsschlitz verteilt ist. Dieses Phänomen erlaubt den Entwurf von Kopplungsvorrichtungen. Im einzelnen kann durch Regulierung der Gestalt des Führungsschlitzes oder durch Anordnen einer Mehrzahl Schlitze dicht aneinander derart, daß sie miteinander in Wechselwirkung treten, eine große Anzahl verschiedener Weilenleiteranordnungen für elastische Oberflächenwellen entworfen werden
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

ΙΪΓ5i 80ΤΓ834 Patentansprüche;
1. Wellenleileranordnung für elastische Wellen mil einem elastische Wellen erzeugenden Eingangswandler, einem elastische Wellen aufnehmenden Ausgangswandler und einem Körper aus einem zum übertragen elastischer Wellen geeigneten Medium, wobei der Körper längs wenigstens einer Richtung zwischen dem Eingangswandler und dem Ausgangswandler gleichförmige elastische Eigenschaften hat, um elastische Wellen vom Eingangswandler zum Ausgangswandler zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichförmigen elastischen Eigenschaften zumindest in einer Richtung quer zur Wellenausbreitungsrichtung vorhanden sind und daß der Körper (10) eine gestörte Zone (12) aufweist, die sich durchgehend zwischen dem Eingangsivandler (9) und dem Ausgangswandler (17) erstreckt und elastische Eigenschaften besitzt, die von denen des ungestörten Bereichs des Körpers dahingehend unterschiedlich sind, daß gegenüber dem ungestörten Bereich entweder die effektive Phasengeschwindigkeit der elastischen Wellen verringert oder die effektive Dämpfung erhöbt ist, um ein Streuen einer elastischen Welle bei deren Ausbreitung längs der gestörten Zone einzuschränken.
2. Wellenleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) wenigstens eine giaite Oberfläche aufweist, auf der eine die Phasengescbwindig'.eit der elastischen Oberflächenwellen erhöhende dünne Materialschicht (11, F i g. 2) angeordr: t ist und daß die gestörte Zone einen längsverlaufenden Schlitz (12) aufweist, der die dünne Materialschicht zur Führung elastischer Oberflächenwellen durchdringt.
3. Wellenleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dünnen Schicht (II. F i g. 2) wesentlich kleiner als die Wellenlänge bei der höchsten Frequenz der ?u übertragenden elektrischen Oberflächenwellen ist.
4. Wellenleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dünnen Schicht (11. F i g 2) kleiner als 10% der Wellenlänge bei der höchsten Frequenz der zu übertragenden elastischen Oberflächenwellen ist.
5. Wellenleiteranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die gestörte Zone (12) ein Material aufweist, das eine niedrigere Phasengeschwindigkeit der elastischen Wellen als der ;;o von dem Körpermedium gebildete massive Teil (10) hat.
6. Wcllenlcitcranordnung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Phasengeschwindigkeit der elastischen Wellen in der gestörten <;5 Zone (11) des Körpers zwischen 90 und 50% der Geschwindigkeit in dem vom Körpermedium gebildeten massiven Teil (10) liegt.
7. Wellenleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Körpermedium gebildete massive Teil (10) im wesentlichen dämpfungsfrei ist und die Dämpfung der Wellenleiteranordnung zwischen 1 und 0,1% pro Wellenlänge liegt.
8. Wellenleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gestörte Zone (12) ein Material aufweist, das einen höheren intrinsischen Verlust als der massive Teil (10) hat.
9, Wßllenlejteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gestörte Zone (12) ein längsverlaufender, auf dem Körper angeordneter Führungsstreifen ist, dessen Dicke klein ist im Vergleich zur kürzesten im Frequenzband der zu übertragenden elastischen Wellen auftretenden Wellenlänge und in dem die Phasengeschwindigkeit der elastischen Wellen kleiner als im Körpermcdium ist,
10. Wellenleiteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische wellenübertragende Medium (10) eine Dicke von zumindest einigen wenigen Vielfachen der längsten Wellenlänge innerhalb des Frequenzbandes der zu übertragenden elastischen Wellen hat.
DE19681805834 1967-10-30 1968-10-29 Wellenleiteranordnung fuer elastische wellen Pending DE1805834B2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US678891A US3406358A (en) 1967-10-30 1967-10-30 Ultrasonic surface waveguides
US678892A US3409848A (en) 1967-10-30 1967-10-30 Elastic surface waveguide
US76573568A 1968-08-09 1968-08-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE1805834A1 DE1805834A1 (de) 1969-06-26
DE1805834B2 true DE1805834B2 (de) 1972-02-10

Family

ID=27418339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19681805834 Pending DE1805834B2 (de) 1967-10-30 1968-10-29 Wellenleiteranordnung fuer elastische wellen

Country Status (7)

Country Link
US (3) US3409848A (de)
BE (1) BE722811A (de)
DE (1) DE1805834B2 (de)
FR (1) FR1594700A (de)
GB (1) GB1239310A (de)
NL (1) NL6815371A (de)
SE (1) SE333836B (de)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3560724A (en) * 1968-08-19 1971-02-02 Us Navy Optical correlators
US3582540A (en) * 1969-04-17 1971-06-01 Zenith Radio Corp Signal translating apparatus using surface wave acoustic device
US3626334A (en) * 1969-12-30 1971-12-07 Ibm Electrically variable acoustic delay line
US3737811A (en) * 1970-02-13 1973-06-05 Mini Of Aviat Supply In Her Br Acoustic surface wave device wherein acoustic surface waves may be propagated with an electric field dependent velocity
US3655261A (en) * 1970-03-02 1972-04-11 Bell Telephone Labor Inc Deflection of electromagnetic beams from guides by acoustical surface waves
US3654500A (en) * 1970-06-11 1972-04-04 Texas Instruments Inc Apparatus for converting bulk waves to rayleigh waves at microwave frequencies
US3654574A (en) * 1970-08-18 1972-04-04 Zenith Radio Corp Acoustic-wave transmitting system having curvilinear transducers
US3753157A (en) * 1971-06-30 1973-08-14 Ibm Leaky wave couplers for guided elastic wave and guided optical wave devices
US3736532A (en) * 1971-07-14 1973-05-29 Us Navy Ultrasonic delay lines
US3753162A (en) * 1971-09-27 1973-08-14 D Charlton Microstrip ferrite phase shifters having time segments varying in length in accordance with preselected phase shift characteristic
DE2247631A1 (de) * 1971-11-30 1973-06-07 Ibm Wellenleiter fuer akustische und optische wellen
US3736533A (en) * 1971-12-15 1973-05-29 Rca Corp Apparatus for efficiently converting acoustic energy into electrical energy
US3777274A (en) * 1972-01-18 1973-12-04 Us Navy Electronic interaction guide structure for acoustic surface waves
JPS4890648A (de) * 1972-03-06 1973-11-26
US3789327A (en) * 1972-05-24 1974-01-29 Massachusetts Inst Technology Micro-acoustic waveguide
US3906432A (en) * 1972-07-20 1975-09-16 Ibm Grating guides for acoustic surface waves
US3831115A (en) * 1973-07-20 1974-08-20 Bell Telephone Labor Inc Acoustic surface waveguide with graded profile cross section
FR2249491B1 (de) * 1973-10-30 1976-10-01 Thomson Csf
US3922622A (en) * 1974-08-12 1975-11-25 Bell Telephone Labor Inc Elastic waveguide utilizing an enclosed core member
JPS5241541A (en) * 1975-09-29 1977-03-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Input-output equipment for optical fibers
US4387353A (en) * 1977-09-12 1983-06-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Active waveguide coupler for surface acoustic waves
US4183617A (en) * 1978-02-09 1980-01-15 Westinghouse Electric Corp. Thin film As2 S5 optical wave guide
US4431260A (en) * 1979-02-26 1984-02-14 General Dynamics, Pomona Division Method of fabrication of fiber optic coupler
US4307933A (en) * 1980-02-20 1981-12-29 General Dynamics, Pomona Division Optical fiber launch coupler
FR2500177A1 (fr) * 1981-02-13 1982-08-20 Thomson Csf Dispositif dioptrique a ondes magnetostatiques
US4720160A (en) * 1981-12-16 1988-01-19 Polaroid Corporation Optical resonant cavity filters
US4792207A (en) * 1983-11-30 1988-12-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Single mode fiber optic single sideband modulator and method of frequency shifting using same
US4684215A (en) * 1983-11-30 1987-08-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Single mode fiber optic single sideband modulator and method of frequency
US4676583A (en) * 1984-06-28 1987-06-30 Polaroid Corporation Adscititious resonator
US4695121A (en) * 1985-01-28 1987-09-22 Polaroid Corporation Integrated optic resonant structres and fabrication method
US5022732A (en) * 1986-01-17 1991-06-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic intermode coupling single sideband frequency shifter
US4832437A (en) * 1986-01-17 1989-05-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic inter-mode coupling single side band frequency shifter
US4872738A (en) * 1986-02-18 1989-10-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Acousto-optic fiber-optic frequency shifter using periodic contact with a surface acoustic wave
US4781425A (en) * 1986-02-18 1988-11-01 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic apparatus and method for spectrum analysis and filtering
CA1288701C (en) * 1986-11-18 1991-09-10 Cheng-Kuei Jen Birefringent single-mode acoustic fiber
DE3881327D1 (de) * 1987-10-19 1993-07-01 Siemens Ag Ueberwachungseinrichtung fuer rueckwaertsfahrtsicherungen bei fahrzeugen.
US4952833A (en) * 1989-03-22 1990-08-28 Westinghouse Electric Corp. High density surface acoustic waveguide channelizer
EP0432544A3 (en) * 1989-12-12 1992-04-08 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh Optronic correlator
US5241287A (en) * 1991-12-02 1993-08-31 National Research Council Of Canada Acoustic waveguides having a varying velocity distribution with reduced trailing echoes
ES2224901B1 (es) * 2004-11-08 2005-11-01 Juan Antonio Talavera Martin Sistema de transmision basado en la propagacion de ondas elasticas a traves de cables electricos.
US11595069B2 (en) 2021-07-14 2023-02-28 Apple Inc. Transimpedance amplifier (TIA) with tunable input resistance

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3289114A (en) * 1963-12-24 1966-11-29 Bell Telephone Labor Inc Tapped ultrasonic delay line and uses therefor

Also Published As

Publication number Publication date
GB1239310A (de) 1971-07-14
FR1594700A (de) 1970-06-08
SE333836B (de) 1971-03-29
US3406358A (en) 1968-10-15
DE1805834A1 (de) 1969-06-26
NL6815371A (de) 1969-05-02
US3488602A (en) 1970-01-06
US3409848A (en) 1968-11-05
BE722811A (de) 1969-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1805834B2 (de) Wellenleiteranordnung fuer elastische wellen
DE3611669C2 (de)
DE60127730T2 (de) Photonenkristall-Wellenleiter
DE69420800T2 (de) Modenkopplung in optischen Wellenleitern mittels Interferenz mechanischer Wellen
DE1132593B (de) Akustisch wirksame Platte, insbesondere zur Ankopplung an einen elektroakustischen Wandler
DE1105210B (de) Elektromechanischer UEbertrager fuer hochfrequente Druckwellen in Stroemungsmitteln
DE3526488A1 (de) Ultraschall-wandler mit piezoelektrischem verbundmaterial
DE69523701T2 (de) Optischer Wellenlangenfilter mit Seitebandenunterdrückung
DE2535928A1 (de) Wellenleiter fuer elastische wellen
DE2437938C3 (de) Oberflächenschallwellenvorrichtung
DE69100625T3 (de) Akustische oberflächenwellenfilter.
DE2440718A1 (de) Anordnung fuer akustische oberflaechenwellen und verfahren zur herstellung einer derartigen anordnung
DE69925993T2 (de) Aktive kontrolle der schallerzeugung in gradientenspulenstrukturen für die magnetresonanzbildgebung
DE2712519B2 (de) Vorrichtung für elastische Oberflächenwellen
DE4327638A1 (de) Vorrichtung zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen elektrischen und optischen Signalen
DE69216007T2 (de) Richtwandler mit schwebenden Elektroden für akustische Oberflächenwellen
DE69312031T2 (de) Koppler für Hohlleiter mit verschieden Querschnitten
DE19831161A1 (de) Dual-Mode Ringresonator
DE102016122511A1 (de) Dielektrische Wellenleiterbahnvorrichtung
DE2825432A1 (de) Quasioptisches bandsperrfilter
DE1541908B2 (de) Schalleitung mit frequenzabhängiger Laufzeit
DE3139611A1 (de) Oberflaechenschallwellenfilter
EP0386009B1 (de) Oberflächenwellenanordnung mit konversionsstruktur zur vermeidung unerwünschter reflektierter wellen
DE2451624C2 (de) Verfahren zum Verändern der Phasengeschwindigkeit von elastischen Oberflächenwellen in einem kristallinen Substrat durch Ionenimplantation
DE2231409A1 (de) Vorrichtung zur steuerbaren ablenkung von elektromagnetischen strahlen

Legal Events

Date Code Title Description
SH Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971