DE2029723A1

DE2029723A1 - Dispersive Verzögerungsleitung fur Schallwellen und Verfahren zur Herstellung einer solchen Verzögerungsleitung

Info

Publication number: DE2029723A1
Application number: DE19702029723
Authority: DE
Inventors: Claude Roquefort les Pins Lardat (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1969-06-26
Filing date: 1970-06-16
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1247469A; NL7009178A; DE2029723B2; FR2050821A5

Description

OlpK-lng. Dipl. e#e. publ. . DIETRICH LEWINSKY .16. Juni 1970

PATENTANWALT
8Münch9n2l-Gotthardstr.81 cm ■ _w

Telefon 56 17 62 ^blbU " ^V

THOMSON .- CSF
Paris 16eme, 101, Boulevard Murat (Frankreich)

/,Dispersive Verzögerungsleitung für

Schallwellen und Verfahren zur Her- ,!!wellen" stellung einer solchen Verzögerungsleitung" * __

Französische Priorität vom 26. Juni 1969 aus der französischen Patentanmeldung 69/21 ^27 (Seine)

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zur angepaßten Filterung von frequenzmodulierten Signalen.

Diese betrifft insbesondere eine dispersive Verzögerungsleitung auf der Grundlage der Schallwellen-Ausbreitung auf der Oberfläche'eines elastischen Hohl- bzw. Wellenleiters. Vorrichtungen dieser Art werden häufig zur Expandierung und Kompression von frequenzmodulierten Impulsen herangezogen.

Mit dem Ziel, eine frequenzabhängige Übertragungsverzögerung zu erzielen, wird die dispersive Verzögerungsleitung durch einen Wellenleiter aus Schichtpreßstoff gebildet, der sich aus einem Substrat und einer angrenzenden Dünnschicht zusammensetzt und dessen Übertragungseigenschaften von denen des Substrates abweichen. Die im Wellenleiter auftretende Schwingung entspricht einer Scherwelle bzw. einer Rayleighschen Welle, deren Schwingungsenergie entlang der Oberfläche des Wellenleiters zunimmt. Diese Energie wird abgestrahlt und über ein elektromagnetisches Transduktor-Paar aufgenommen, dessen Elemente mit der Schicht an beiden Enden des aus Schichtpreßstoff gebildeten Wellenleiters gekoppelt sind. Es gilt als selbstverständlich, daß die Stärke der Schicht und ihre Homogenität den Verlauf der Dispersionseigenschaften direkt beeinflussen. Ein gleicher Zusammenhang besteht hinsichtlich des Abstandes der Transduktoijen,

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der Art ihrer Befestigung und ihrer» Stärke. Ein schwer zi lösendes technologisches Problem besteht nunmehr darin,* getrennt zwei oder mehrere Verzögerungsleitungen herzustellen,¹ deren Merkmale praktisch übereinstimmen. ■:...:.-

Innerhalb der meisten Anwendungsfälle, in denön paar- ; weise angeordnete, dispersive Verzögerungsleitungen eingesetzt werden, können diese zueinander nahegelegen angeordnet werden, woraus sich eine rationelle Anordnung ergibt, durch die Herstellungsprobleme beträchtlich vereinfacht werden können und sich darüberhinaus gleichzeitig eine beträchtliche Raumeinsparung ergibt.

Bei der erfindungsgemäß aufgebauten Anordnung besitzen die paarweise anzuordnenden, dispersiven Verzögerungsleitungen einen aus Schichtpreßstoff gebildeten Wellenleiter, der einen Preßstoff aus Substrat und Dünnschicht aufweist, auf dem die elektro-mechanischen Transduktoren aufgebracht sind. Diese Transduktoren besitzen die Eigenschaft, eine Scher- oder Rayleighsche Welle zu erregen und aufzunehmen, die sich entlang der Oberfläche dieses Wellenleiters fortpflanzt und zwar dadurch gekenn- ■ zeichnet, daß dieser Wellenleiter mit zumindest zwei Paaren diametral entgegengesetzt angeordneter und sich auf dem gleichen Umfang befindenden gleichen Transduktoren ausgerüstet ist und ferner zwischen den benachbarten Transduktoren Vorrichtungen zur Entkopplung auf diesem Umfang angeordnet sind, _;

Die Erfindung erstreckt sich ferner auf ein Hersteliüngsf verfahren dieser, dispersiven, erfindungsgemäß aufgebauten^ Verzögerungsleitung.

In den beigefügten Zeichnungen ist diese Leitung anhand mehrerer, beispielhaft gewählten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht:

- Fig. 1 - eine Perspektivdarstellung einer dispersiven Verzögerungsleitung für Schallwellen bekannter Art

- Fig. 2 - eine Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen,

doppelten Verzögerungsleitung für Schallwellen.

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- Fig. 3 ■- stellt bei (a) eine Draufsicht einer erfindungsge

mäßen Dreifach-Leitung, bei (b) eine Schnittdarstellung entsprechend der Ebene OB und bei (c) eine Schnittdarstellung entsprechend der Ebene OA dar. j

- Fig. >t, 5, 6, 7 und 8 zeigen schematisch die einzelnen Schrit

te des Herstellungsverfahrens für die in den Zeichnungen 2 und 3 dargestellten Verzögerungsleitungen.

In Figur 1 ist eine dispersive Verzögerungsleitung für Schallwellen nach bekannter Art dargestellt. Diese besteht aus i einem Wellenleiter aus Schichtpreßstoff, der sich aus einem Substrat 1 zusammensetzt, auf den eine Dünnschicht 2 eines ela- ' stischen Materials aufgebracht wurde, das in der Lage ist, die Scherwellen mit einer Geschwindigkeit fortzupflanzen, die unter der vom Substrat 1 gebotenen liegt. Die Schicht 2 besitzt eine I Stärke K; sie weist eine freie Fläche auf, in der die Achsen y und ζ des Bezugstrieders oxyz liegen. Die freie Fläche yoz trägt an einem Ende eine Platte, die mit einer Elektrode 6 einen ersten elektro-striktiven Transduktor 4 der Stärke E und j der Länge L bildet. Ein zweiter, mit einer Elektrode 5 versehej ner,Transduktor 3 ist am anderen Ende der freien Fläche des aus Schichtpreßstoff 1,2 gebildeten Wellenleiters angeordnet. Wird zwischen der Kontaktfläche des Transduktors 4 und der Elektrode 6 eine Wechselspannung Vj wirksam, so entsteht in der elektro-striktiven Platte ein elektrisches Feld entlang ox. Dieses Feld kommt zu einem Polarisierungsfeld hinzu, das vorher entlang oy in der Platte induziert wurde, so daß hierdurch eine Scherwelle entsteht, die sich in Richtung oz auf der Oberfläche ausbreitet. Der Verschiebungsvektor U* ist nach oy ausgerichtet und seine Amplitude fällt dann schnell ab, wenn der Eindringvorgang unter die Oberfläche des Wellenleiters stattfindet. Die Scherwelle wird am anderen Ende des Wellenleiters von einem Transduktor 3 aufgenommen, der die Spannung V₂ abgibt. Die Gesamtdarstellung in Figur 1 zeigt ein Veränderungsgesetz der Verzögerungszeit mit der Erregungsfrequenz des Wellenleiters

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die abhängt von der Stärke K, den verwendeten Werkstoffen und
der effektiven Länge D der Leitung. Die Länge D hängt ihrerseits vom Standort der Elektroden 6 und 5 auf den oberen Flächen der j Transduktoren 4 und 3 ab, da diese Standorte die Punkte für das J Entstehen und die Aufnahme der Oberflächenwelle darstellen. Die
Länge L des Transduktors 4 ist wesentlich größer als die Länge
der abgestrahlten Wellen gewählt, um somit sicherzustellen, daß j die abgestrahlte Schwhgungsenergie in einem schwach divergenten ι und nach oz ausgerichteten Bündel zusammengefaßt wird. Diese An-· Ordnung reicht aus, um die Schwingungsenergie zum Transduktor 3 ! zu leiten.

In Figur zwei ist eine erfindungsgemäß aufgebaute dispersive Verzögerungsleitung dargestellt. Ohne hierdurch eine·
Einschränkung auszusprechen, wurde der Fall zweier Verzögerungsleitungen gewählt, deren Achsen nach den Achsen oz und oy ausgerichtet sind. Demgegenüber kann gleichermaßen eine höhere Anzahl von Leitungen mit mehreren Durchmessern, die durch ο laufen, : gewählt werden. Die in Figur 2 dargestellte Verzögerungsleitung . besteht aus einem Wellenleiter, der, in Schichtpreßstoff ausge- ' führt, aus einem Substrat 1 und einer Dünnschicht 2 gebildet
wird. Obwohl hier eine zylinderförmige Struktur gewählt wurde,
sind die Eigenschaften genau mit denen der Wellenleiter 1,2
(Parallelflächner) in Figur 1 vergleichbar. Ausgehend vom Zentralpunkt 0 auf der Oberfläche der .Schicht-2 ist zu erkennen, j daß die Transduktoren 3, 4, 13 und 14 gleichweit von 0 ent- j fernt sind und jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet
sind. Die auf den Transduktoren angebrachten Elektroden 5, 6, 15 und 16 befinden sich ebenfalls gleich weit von 0 entfernt und
liegen sich paarweise diametral gegenüber. Die Gesamtanordnung j der Elemente 3, 4, 5, 6,1 und 2 bildet eine erste dispersive
Verzögerungsleitung, die in sämtlichen Punkten mit der in Figur 1 dargestellten Verzögerungsleitung vergleichbar ist. Ein gleicher Fall ergibt sich bei den Elementen 13, 14, 15, 16, 1-und 2, die somit eine zweite dispersive Verzögerungsleitung bilden. Sofern die Schicht 2 als uniform und homogen anzusehen ist und
die Transduktoren in gleicher Weise aufgebaut und befestigt

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sind, können die beiden in Figur 2 dargestellten Verzögerungsleitungen als übereinstimmend angesehen werden. Was Querkopp- | lungseffekte anlangt, so braucht nicht befürchtet werden, d£ diej von den Transduktoren f und IH abgegebene Schwingungsenergie die) Transduktoren 13 und 3 erregen könnte, da die Strahlungskeulen j L^ und L3 der Transduktoren M- und I¹+ ausreichend schmal verlau- j fen, um diese unerwünschten Querkopplungen zu verhindern. Darü- j berhinaus weichen die Richtungen der von den Transduktoren 4 und: 14 erzeugten Schwingungen von denen ab, die von den Transduktoren 13 und 3 erfaßt werden können. Hieraus ist zu ersehen, daß die ■ Leitungen ausreichend entkoppelt sind, obwohl sie sich praktisch auf einem gemeinsamen Wellenleiter befinden. Demgegenüber wurdenj zwischen den Transduktoren Entkopplungszusätze 10 vorgesehen, ! die die Aufgabe erfüllen, senkrecht zu den Leitungsachsen auftretende Störwellen zu bedampfen. Diese Entkopplungszusätze 10 _; können in Form von Aufnahmegliedern 10 auf der Schicht 2 zwischeh den Transduktoren oder, in Form von radial verlaufenden Schiit- j zen,zwischen den Transduktoren dargestellt werden. Es gilt als ' selbstverständlich, daß beide Entkopplungsverfahren gleichzeitig verwendet werden können.

Figur 3 stellt bei (a) eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Dreifach-Leitung mit sechs Transduktoren 20 dar, die auf drei Kreisbahnen eines Umfangs mit dem Zentrum 0 angeordnet sind. Zwischen den Transduktoren 20 wurden Auflagen aus aufnahmefähigem Material 22 aufgebracht. Auf einem der Transduktoren 20 wurde die Elektrode 21 dargestellt, deren Lage gegenüber dem Punkt 0 die Verzögerungszeit bestimmt. Aus Figur 3 (b) ist das Substrat 1 und die Dünnschicht 2 zu erkennen, die beide den aus Schichtpreßstoff gebildeten Wellenleiter ergeben; die Schnittdarsteilung in Figur 3 (c) zeigt die gleichen Bestandteile unter einem anderen Blickwinkel. .

Das in Figur 3 dargestellte Produkt ist das Ergebnis eines Herstellungsverfahrens mit dem Ziel, die Eigenschaften der drei dispersiven Verzögerungsleitungen weitestgehend anzunähern. Die erste Etappe dieses Verfahrens ist in Figur 4 gezeigt. Diese besteht in der Auswahl eines Substrats und dessen Befestigung

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in einem Dorn 25. Dieser dreht sich um die Achse X und bewirkt somit, daß das Werkzeug 26 eine Rotationsfläche bearbeitet und poliert, auf die die Dünnschicht 2 aufgetragen werden kann. Dieser erste Schritt kann auch dadurch erfolgen, daß man vor Montage des Substrats auf den Dorn 25 dieses in genannter Form be- ^! handelt. Die Verbindung mit dem Dorn 2 5 erfolgt hierbei nach demj Poliervorgang auf der Oberfläche des Substrats. i

Der folgende Verfahrensschritt ist in Figur 5 gezeigt, wobei die Dünnschicht 2 auf das Substrat 1 aufgebracht wird. ; Das Material der Dünnschicht 2 wird durch eine Düse 27 zugeführt und durch Katodenprojektion aufgetragen, währenddem sich der Dorn 25 dreht, um so eine Gleichmäßigkeit und Homogenität der Auflage sicherzustellen. Aufgrund dieser Technik können jede ; Art von Material wie z.B. Wolfram, Germanium, geschmolzenes Quarz! und Gläser aufgelagert werden.

Der Aufbau der Transduktoren 20 auf die Dünnschicht 2 . findet während der in Figur 6 gezeigten Etappe statt j mit Hilfe eines bekannten Indium-SchweißVerfahrens 29 werden die Transduktoren gleichzeitig aufgebracht und zwar symmetrisch um die Achse X. Hier handelt es sich um ausreichend starke Transduktoren, so daß die Bearbeitung ihrer Stärke durch Schleifen erfolgen kann. Dieses Schleifen auf die entsprechende Stärke ist in Abbildung 7 dargestellt, wobei die Werkzeuge 28 das Material abheben und die obere Fläche der Transduktoren 20 polieren. Während dieses Arbeitsschrittes dreht sich der Dorn 25 um die Achse X. Figur 8 zeigt die Anordnung der Elektroden auf den Transduktoren 20. Hierzu wird eine Schablone 31 und eine Lichtquelle 30 verwendet. Nacheinander werden eine leitende Auflage und eine lichtempfindliche Harzschicht auf die oberen Flächen der Transduktoren 20 aufgebracht. Die Harzschicht erstreckt sich hierbei um die Zone, die später von der Elektrode eingenommen werden soll und bleibt somit bei der chemischen Behandlung stehen. Nunmehr sind nur noch die Aufnahmeflächen 22 anzubringen und die elektrischen Anschlüsse aufzulöten, Vorgänge, die mit keinerlei Schwierigkeiten verbunden sind.

Claims

O.pl. ο«. putM

NSKr } 16 Juni 1970

^β Münchf>n2I - Gotihordstr. 81

Telefon ^ 1? 42 6150 - V

THOMSON - CSF
Paris 16sme, 101, Boulevard Murat (Frankreich)

Patentansprüche

( 1.J Dispersive Verzögerungsleitung für Schallwellen mit einem Wellenleiter aus Schichtpreßstoff, gebildet durch Substrat mit Dünnschichtauflage, auf der sich elektro-mechanische Transduktoren befinden, die in der Lage sind eine Schwingungswelle zu erzeugen und aufzunehmen, die sich auf der Oberfläche dieses Wellenleiters ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wellenleiter mit zumindest zwei paarweise angeordneten und sich diametral gegenüberliegenden Transduktoren (3,-H)- ausgerüstet ist.

2. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den benachbarten Transduktoren (3,4) Entkopplungszusätze (10) auf der Ümfangsfläche befinden.

3. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Entkopplungszusätze (10) Aufnahmeglieder (10) aus absorbierendem Werkstoff enthalten, die auf die Dünnschicht (2) der Umfangsflache aufgebracht sind.

;4. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekenraeichnet,

daß die Entkopplungszusätze (10) durch radialverlaufende • Schlitze dargestellt sind, die sich im Wellenleiter befinden.

5. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Transduktoren (3,4) an den Spitzen eines regelmäßigen Vielecks auf der Umfangsfläche angeordnet sind.

6. Herstellungsverfahren für Verzögerungsleitung nach Anspruch 1,

' dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt dieses Verfahrens das Aufsetzen des Substrats (1) auf einen Dorn (25) mit Rotationsachse ist. ^:

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obe-; re Fläche dieses Substrats (1) eine Umdrehungsfläche gegenüber ·

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der Rotationsachse darstellt.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht (2) auf die Umdrehungsfläche, die durch das Substrat (1) gebildet wird, aufgebracht wird, indem sich der Dorn (25) während des Auflageverfahrens dieser Schicht um die Rotationsachse dreht.

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