DE2129729A1

DE2129729A1 - Verfahren und Einrichtung zur Signalverarbeitung mittels eines piezoelektrischen Materials

Info

Publication number: DE2129729A1
Application number: DE19712129729
Authority: DE
Inventors: Quate Calvin Forest
Original assignee: QUATE CALVIN FOREST
Current assignee: QUATE CALVIN FOREST
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR2100758A1; FR2100758B1; GB1364056A; US3760172A

Description

8506-71 Dr.ν.Β/Ε

US-PA 46248

AT 15. Juni 1970

Calvin Forest Quate 25835 Estacada Drive Los Altos Hills, California 94022 (V.St.A.)

Verfahren und Einrichtung zur Signalverarbeitung mittels eines piezoelektrischen Materials

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Signalverarbeitung mittels eines piezoelektrischen Materials. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Einrichtungen zur Entwicklung und Korrelation von Signalen.

In der Mathematik ist die Korrelationsfunktion Cr zweier zeitabhängiger Funktionen f(t) und g(t) durch das folgende Integral definiert:

Cr = Jf(T)g(T-t)dT (1)

während die Faltung Cn, die sich bei Zeitumkehr ergebende Operation, durch das folgende Integral definiert ist:

Cn = Jf(T)g(t-T)dT (2)

t bedeutet dabei jeweils die zeitliche Verschiebung der einen Funktion bezüglich der anderen (siehe z.B. das Buch von Bracewell "The Fourier Transform And Its Applications" (1965) Ka-

^Pitel3)· - 109852/1361

Die mathematische Berechnung der beiden Operationen kann also jeweils als ein Verfahren angesehen werden, bei dem die beiden Funktionen zuerst zeitlich in bezug aufeinander um einen vorgegebenen Betrag t verschoben werden, zweitens das Produkt der zeitlich verschobenen Funktionen gebildet wird und schließlich dieses Produkt integriert wird. Dieses mathematische Verfahren kann offensichtlich dadurch realisiert werden, daß man zwei den Funktionen entsprechende Signale diesen drei Verfahrensschritten der zeitlichen Veschiebung, Multiplikation und Integration unterwirft.

Zur Realisierung der Korrelation sind bereits eine Anzahl verhältnismäßig komplizierter Verfahren bekannt, insbesondere im Zusammenhang mit dem sogenannten "Korrelations-Radar" , bei welchem eine Kreuzkorrelation zwischen dem gesendeten Signal und dem reflektierten Signal durchgeführt wird, welches ein zeitlich verzögertes Abbild des gesendeten Signales darstellt. Die Kreuzkorrelation Cc ist durch die folgende Gleichung definiert:

Cc = Jf(T) f(T-t)dx (3)

wobei der Wert von t nun die Zeit darstellt, die die Radarschwingung zum Durchlaufen der Strecke zum Ziel und zurück benötigt. Das Resultat der Kreuzkorrelation stellt bekanntlich ; ein Maß der Kohärenz zwischen dem gesendeten und dem empfangenen: Signal dar und die Kreuzkorrelation hat daher eine große Bedeutung bei der Lösung eines der Hauptprobleme jedes Radarverfahrens, nämlich das empfangene Signal vom Störuntergrund zu unterscheiden.

Die bekannten Kreuzkorrelation-Radarempfänger arbeiten zum größten Teil mit analogen und digitalen Verfahren. So ist es z.B. bekannt, die zu korrelierenden Signale über Analog-Digitalkonverter einem Digitalrechner zuzuführen, der für eine

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punktweise Kreuzkorrelation der beiden Signale programmiert ist, um das Nutzsignal vom Störuntergrund zu befreien. Hierfür wird jedoch eine große Speicherkapazität und verhältnismäßig viel Rechenzeit benötigt. Außer dem hohen apparativen Aufwand hat dieses Verfahren also den Nachteil, daß die Kreuzkorrelationsfunktion nicht zeithaltend errechnet werden kann und das Ergebnis der Kreuzkorrelation daher nicht sofort zur Verfügung steht.

Häufiger wird beim Korrelationsradar neben den oben erwähnten Kreuzkorrelationsdemodulatoren ein sogenanntes "angepaßtes Filter" (matched filter) verwendet, wie z.B. in dem Buch von Skolnik "Introduction To Radar Systems" (1962, Kapitel 9 erläutert wird. Wie aus der "matched filter"-Ausgabe der Veröffentlichung IRE Transactions on Information Theory, Band IT-6, Juni 1960 bekannt ist, besteht ein "angepaßtes Filter" im wesentlichen aus einem Filter, das so ausgelegt ist, daß sein Ausgangssignal proportional zur Korrelation des Eingangssignals mit sich selbst ist. Es ist einleuchtend, daß die Konstruktion von angepaßten Filtern für komplexe Ilodulationsschwingungen, wie sie z.B. die zur Ausschaltung von elektronischen Abwehrmaßnahmen verwendeten Rauschsignale darstellen, sehr schwierig wird. Aber auch bei anderen komplizierteren Modulationsschwingungen ist die Verwendung von angepaßten Filtern problematisch. Wenn vom Radarsender z.B. zwei Impulse mit verschiedener Modulation nacheinander gesendet werden, wie es üblicherweise der Fall ist, v/erden auf der Empfangs Seite zwei angepaßte Filter benötigt, von denen das eine an den ersten Impuls und das andere an den zweiten Impuls angepaßt ist.

Trotz des hohen apparativen Aufwandes und der anderen oben erwähnten praktischen Schwierigkeiten, die beim Korrelationsradar .auftreten, stellen die Faltungs- und Korrelationsprozesse anerkannterweise leistungsfähige Verfahren zur Verarbeitung und Analyse von Signalen beim Radar und auch anderen Anwendungen dar. Lee und Weisner haben z.B. die Kreuzkorrela-

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tion zur Kennzeichnung von linearen Systemen verwendet, wie in ihrer Veröffentlichung "Statistical Theory of Communication" beschrieben ist und andere Forscher haben die Kreuzkorrelation zur Analyse von Geh im strömen, Vibrationen und anderen Anwen-, düngen benutzt, wo sich durch den Vergleich zweier Signale nutzbare Information gewinnen läßt, insbesondere wenn diese Information praktisch augenblicklich gewonnen werden kann und dem Untersuchenden sofort zur Verfügung steht.

^ Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die

Aufgabe zugrunde, verhältnismäßig einfache Verfahren und Einrichtungen zur zeithaltenden, also in Echtzeit durchführbaren Faltung und/oder Korrelation von Signalen anzugeben.

Die Erfindung löst diese Aufgabe unter Ausnutzung einer; nichtlinearen akustischen Wechselwirkung der Signale in einem piezoelektrischen Material oder Medium. Die beiden Signale werden gemäß der Erfindung zur Durchführung der Operationen Verschiebung, Multiplation und Integration durch Zuführung geeigneter elektromagnetischer Signale in spezieller und genau definierter Weise in das piezoelektrische Material eingeführt. Die Phasengeschwindigkeiten der beiden Signale, die sich in " Form modulierter akustischer Schwingungen durch das piezoelektrische Material ausbreiten, sind verschieden, so daß sich die erforderliche Verschiebung oder Translation ergibt. Bei einem speziellen Fall der Korrelation wird z.B. das erste Signal zu einer vorgegebenen Zeit mit einer vorgegebenen Phasengeschwindigkeit eingespeist, während das zweite Signal zu einem späteren Zeitpunkt mit einer höheren Phasengeschwindigkeit ein- ' geführt wird, so daß es das erste Signal im Verlaufe der Signalausbreitung durch das Material überholt. Bei einem speziellen Fall der Faltung werden die beiden Signale an entgegengesetzten Enden des piezoelektrischen Materials eingespeist, so daß sie sich bei ihrer Ausbreitung durch das Material treffen und sich die Verschiebung oder Translation mit Zeitumkehr

ergibt, um die sich bei der Faltung definitionsgemäß ergebenden Bedingungen zu erfüllen.

Die zweite Operation, also die Multiplikation, wird durch den bekannten Mechanismus der parametrischen Kopplung bewirkt, die unter der Voraussetzung, daß die Phasen der Signale angepaßt sind und gleichzeitig die Prinzipien der Frequenz+· erhaltung eingehalten werden, eine nichtlineare Wechselwirkung der akustischen Schwingungen bewirkt, die eine elektrische Polarisation erzeugt, die proportional dem Produkt der Modulationsfunktionen der beiden akustischen Schwingungen ist.

Die dritte Operation, die Integration läßt sich leicht auf bekannte Weise durchführen, indem eine äußere Schaltung mit der induzierten Polarisation gesteuert wird. Wenn man z.B Mikrowellenfrequenzen verwendet und so arbeitet, daß sich die Polarisation räumlich nicht ändert, kann die induzierte Polarisation zur Erregung eines geeigneten Schwingungszustandes eines Mikrowellen-Hohlraumresonators verwendet werden. Im Falle der Faltung wird man diesen Hohlraum dann auf die Summe der Frequenzen der beiden Signale abstimmen, während im entgegengesetzten Falle, der Korrelation, der Hohlraum auf das Korrelationssignal abgestimmt wird, das der Differenzfrequenz entsprechend dem oben erwähnten Frequenzerhaltungsprinzip bei der parametrischen Wechselwirkung entspricht. Wenn die akustischen Schwingungen als Alternative so parametrisch gekoppelt werden, daß die induzierte Polarisation D einen resultierenden Ausbreitungsvektor hat, kann die äußere Schaltung, z.B. eine entsprechend geformte Bandleitung, so ausgebildet sein, daß sie eine Kopplung mit dem sich ausbreitenden polarisierten elektromagnetischen Ausgangssignal ermöglicht.

Die erwähnte äußere Schaltung in Form des Hohlraums oder der Hochfrequenz- bzw. Wanderwellenleitung kann in ihrer Funktion umgekehrt werden und dann als Eingangsglied für das

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eine Signal dienen, welches durch geeignete parametrische Kopplung im piezoelektrischen Material mit dem zweiten (akustischen) Signal eine im wesentlichen umgekehrte Operation des Faltungs/Korrelations-Prozesses zur Erzeugung eines Ausgangssignals, z.B. am einen Ende des piezoelektrischen Materials, ergeben kann.

Das Signalverarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung ist also im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß man zwei akustische Schwingungen derart in ein piezoelektrisches Material einspeist und mit verschiedenen Phasengeschwindigkeiten durch dieses wandern läßt, daß die für eine parametrische Wechselwirkung erforderlichen Bedingungen bezüglich der Phasenanpassung und Frequenzerhaltung erfüllt sind und die induzierte Energie zur Gewinnung von Äusgangsinformationen auskoppelbar ist. Bei den akustischen Schwingungen kann es sich um irgend einen bekannten Typ handeln, wie Volumenschwingungen, Oberflächenschwingungen, Biegeschingungen, Torsionsschwin-, Lo^eschwingungen usw.

Das vorliegende Verfahren zur Signalverarbeitung, bei dem eine nichtlineare Wechselwirkung von akustischen oder elastischen Schwingungen in einem piezoelektrischen Material statt findet, eignet sich von Natur aus für eine Vielzahl von Anwendungen» Eine spezielle Eigenschaft, auf die noch näher eingegangen werden wird, besteht z.B. darin, daß solange kein Ausgangssignal wahrnehmbar ist, bis die Bedingungen für eine parametrische Kopplung erfüllt sind. Wenn in das piezoelektrische Material ein bekanntes und ein unbekanntes Signal eingespeist werden, tritt die Wechselwirkung wegen der Frequenzerhaltungsbedingungen nur dann ein, wenn das unbekannte Signal eine ganz bestimmte Frequenz hat. Die Möglichkeit der Verwendung als schmalbandiges Filter ist also unmittelbar einleuchtend .

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Außerdem tritt wegen der Phasenanpassungsbedingung unabhängig davon, wie komplex die eingeführten Signale sind, ein Ausgangssignal nur dann auf, wenn diese Bedingung unzweideutig erfüllt ist, so daß z.B. eine genaue Erkennung eines reflektierten Radarsignals möglich ist, das sonst durch den Störuntergrund verdeckt würde.

Bei Radarsystemen, die mit verschieden modulierten Impulsen arbeiten, ist es außerdem nicht mehr erforderlich, mehrere angepaßte Filter zu verwenden, da man durch das piezoelektrische Material eine Anzahl bekannter Signale zum Vergleich mit den reflektierten Signalen wandern lassen kann, wodurch die Erkennung von komplizierten Radarsignalen sehr vereinfacht wird.

Verfolgt man diesen Gedanken weiter, so sieht man daß sich das vorliegende Verfahren zur Mustererkennung verwenden läßt, wenn man in das piezoelektrische Material eine Anzahl von bekannten Signalen zum Vergleich mit unbekannten Signalen einspeist, wobei man dann eine Anzahl bekannter Muster mit einem ankommenden unbekannten Muster vergleichen kann und durch die Korrelation eine eindeutige Erkennung des unbekannten Signalmusters gewährleistet ist.

Wenn man außerota mit einer Anzahl von längs eines piezoelektrischen Materials im Abstand voneinander angeordnetes Ausgangskreisen arbeitet und am einen Ende des piezoelektrischen Materials eine Reihe von äguidistanten kurzen Impulsen einspeist, kann man die Schwingungsform eines unbekannten Signales längerer Dauer, das am entgegengesetzten Ende des piezoelektrischen Materials eingespeist wird, abtasten.

Für den Fachmann ergeben sich selbstverständlich auch , noch viele andere Anwendungen, es sei jedoch darauf hingewiesen, , daß es infolge der verhältnismäßig kleinen Geschwindigkeit der akustiscaen Schwingungen möglich ist, die Faltung oder Korrela-

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tion mit Signalen von mehreren Mikrosekunden Dauer in einem piezoelektrischen Material, z.B. Kristall, sehr handlicher Abmessungen durchzuführen und daß das Ergebnis sofort zur Verfügung steht. Das Verfahren läßt sich also nicht nur in Echtzeit sondern auch mit einer verhältnismäßig einfachen und billigen Anordnung durchführen, insbesondere wenn man die erwähnten an-

gepaßten Filter und die anderen bekannten Korrelationseinrichtungen zum Vergleich heranzieht.

ι Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erj findung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine etwas schematisierte perspektivische Dar-. stellung einer Einrichtung zur Durchführung einer Faltungsoperation;

Fig. 2 ein Frequenz-Ausbreitungs-Diagramm, auf das zur Erläuterung der Einrichtung gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird;

Fig. 3 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung einer Korrelationsoperation;

ψ Fig. 4 ein Fig. 2 entsprechendes Diagramm zur Erläuterung

der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Einrichtung zur Auskopplung einer sich ausbreitenden Schwin- ' gung;

Fig. 6 ein Diagramm entsprechend Fig. 2 und 4 zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung zur Abtastung einer akustischen Schwingun-g;

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Fig. 8 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer als Bandfilter geeigneten Einrichtung, die mit einer Faltungsoperation arbeitet;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Durchlaßcharakteristik der Einrichtung gemäß Fig. 8;

Fig. 10 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung auf eine Radaranlage und

Fig. 11 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung auf eine Einrichtung zur Mustererkennung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Einrichtung zur Durchführung einer Faltungsoperation dargestellt, bei der zwei elektromagnetische Eingangssignale, die aus modulierten Mikrowellenfrequenzsignalen bestehen können, durch schematisch angedeutete

j Wandler 10 und 12 von entgegengesetzten Enden eines piezoelek- ', trischen Kristalls 14 in diesen eingespeist werden, so daß sich längs dessen X-Achse zwei in entgegengesetzten Richtungen laufende schnelle akustische bzw. elastische Scherschwingungswellen A₁ und A₂ausbreiten. Es ist unmittelbar einleuchtend, daß die in entgegengesetzten Richtungen verkaufende Ausbreitung , der beiden akustischen Wellen A. und A₂ eine Signalverschiebung oder -translation ergibt, wie sie für den ersten Schritt der Lösung des Faltungsintegrals gemäß Gleichung (2) erforderlich ist.

Um den zweiten Lösungsschritt, also die Multiplikation, durchführen zu können, werden die Frequenz- und Phasenbeziehungen der beiden Wellen A. und A₀ so gewählt, daß die Bedingungen

i für die parametrische Kopplung erfüllt sind, nämlich die Pha- !

senanpassungsbedingung k.+k₂»k , wobei der Ausbreitungsvektor k gleich der Frequenz ω geteilt durch die Schallausbreitungsgeschwindigkeit ν ist, und die Frequenzerhaltungsbedingung

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ω.+ω_ο =ω wie in dem Buch von W.H. Louiseil "Coupled Mode

JL £ Ο

and Parametric Electronic Electronics", 1960, Kapitel 5, erläutert ist. Wie in dem Frequenz-Ausbreitungs-Diagramm gemäß Fig. 2 für den Faltungsprozess graphisch dargestellt ist, stellt die erste akustische Schwingung A, eine sich in Vtrwärtsrichtung ausbreitende Welle (k_) mit der Frequenz ω_ dar, während die zwei-

S S

te akustische Welle A₉ eine Rückwärtswelle (-k ) derselben Frequenz ω_ bildet. Obwohl die Phasengeschwindigkeit der beiden

.5

Wellen entsprechend den Winkeln der die Wellen A, und A₂ darstellenden Vektoren in Fig. 2 denselben Absolutwert haben, sind sie dadurch verschieden, daß die eine negativ und die andere positiv ist, so daß sich die erforderliche Verschiebung unter Translation ergibt. Führt man diese Werte in die parametrische Phasengleichung ein, so ergibt k_+(-k_)=O, während die speziellen Werte für die Frequenzerhaltungω +ω =2ω sind. Da k = 0 ist, verschwindet die räumliche Änderung der elektrischen Verschiebung oder Polarisation D der parametrisch kombinierten Wellen im Jkasgang, d.h. die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist 0, während die Frequenz gleich der Summe der Frequenzen der Eingangsschwingungen ist. Es ist also ω =2 ω , wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Multiplikation erfolgt durch die nichtlineare Wechselwirkung der akustischen Wellen A. und A₂, so daß die Verschiebung oder Polarisation D proportional dem Produkt der Deformationsamplituden S. und S₂ der amplitudenmodulierten aku- i stischen Wellen ist und in ihrer Richtung im ganzen Volumen des Kristalls mit dessen Z-Achse zusammenfällt, wie durch die D bezeichneten Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist. Dieses Resultat hat seine Ursache in dem bekannten Effekt, daß die Polarisation oder Verschiebung D eine Funktion sowohl des elektrischen Feldes E als auch der Deformationskomponente S ist und in vereinfachter (nicht-tensorieller) Form durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann:
D»B(S.+S₀)+C(E₁+E₀)+F(E₁+E₀)²+G(E₁+E₀) (S₁+S₀)+-(S₁+S₀)² (4)

X^ jl £■ L· & X & X 4* & X a

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Dabei bedeuten:

B, C, F, G Konstante,

E. und Ej die elektrischen Felder, und S, und S₂ die Deformationsamplituden der beiden akustischen Wellen A. und A₂*

Die ersten beiden Terme sind linear, der dritte ist der elektro-optische Koeffizient, der sich auf die Änderung der Dielektrizitätskonstanten in Abhängigkeit vom elektrischen Feld bezieht und der vierte ist die photoelastische Konstante, die die Änderung der Dielektrizitätskonstanten mit der Verformung in Beziehung setzt. Der fünfte, für die Funktion der vorliegenden Erfindung wesentliche Term bezieht sich auf die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit von der elektrischen Feldstärke, wie im einzelnen z.B. in dem Buch von W.P. Manson "Piezoelectric Crystals And Their Applications To Ultrasonics" 1950, Seite 463 beschrieben ist. Bei dem betrachteten Fall sind E, und E₂ 0, so daß nur der fünfte Term von Interesse ist , und die obige Gleichung sich auf die einfache phänomenolo- ' gische Gleichung

D - KS₁S₂ (5)

reduziert. Es ist ersichtlich, daß D proportional zum Produkt der Deformationsamplituden S₁ und S₂ ist und beim beispielsweisen Falle von schnellen akustischen Scherschwingungen, die :

sich längs der X-Achse von Lithiumniobat ausbreiten, hat die

Konstante K den Wert von 10 Cb/m , so daß sich eine wahrnehmbare elektrische Polarisation D bei Eingangsdeformations- oder Beansj
geben.

2
Konstante K den Wert von 10 Cb/m , so daß sich eine wahrnehm-

:ions- oc

—6 2 Beanspruchungsamplituden in der Größenordnung von 10 W/cm er-

Zur Durchführung des dritten Schrittes des Verfahrens, der Integration, wird das Produkt der beiden Beanspruchungsamplituden S₁ und S₂ summiert, während die beiden Signale S₁ und

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-12-

S- in bezug aufeinander verschoben werden. Wenn man bei Mikrowellenfrequenzen arbeitet und die Verschiebung D sich räumlich nicht ändert, wie oben erwähnt wurde, kann der Ausgangsresonanzkreis aus einem Mirkowellenhohlraumresonator 16 bestehen, der mit einer Ausgangs-Hochfrequenzleitung 18 gekoppelt ist. Wie in dem Buch von Harrington "Time-Harmonic Electromagnetic Fields" (1961) in Kapitel 8 erläutert wird, ist die Ausgangsleistung P, die in eine angekoppelte Hochfrequenzleitung (Hohlleiter) abgestrahlt wird, durch die folgende Gleichung gegeben:

P _Ä sjο

+ er

[/°2^ω

In dieser Gleichung bedeuten:

3 den Kopplungsfaktor zwischen Hohlraumresonator und Hochfrequenz leitung,
Q die Güte des Hohlraumresonators im belastungireien Zustand

D die treibende Polarisation,

E. die normierte Scgwingungsrypamplitude

V das Volumen des Hohlraums, über das integriert wird. Im vorliegenden Falle können die räumliche Änderung von E. und die transversalen Änderungen von D in erster Näherung vernachlässigt werden und unter diesen Voraussetzungen ergibt sich dann durch Einsetzen der Gleichung (5) in Gleichung (6)

P^1/2(t) = /^S₁(x,t)S₂(x,t)dx (7)

wobei L die Länge des Kristalls ist.

Wenn man andererseits die Veränderliche transformiert, so daß τ= t-x/v, f(t)^ = S₁(Ct), g(t)= S₂(L,t-L/v) und ν die

Schallgeschwindigkeit bedeutet, kann die Gleichung umgeschrieben werden in

P^1/2(t) = /^__L/vf(T)g(2t-T)dr (8)

was sofort als Faltung der Amplitudenmodulationsfunktionen S₁ und S₂ der akustischen Schwingungen erkennbar ist.

Bei Fig. 1 wurde die Ausbreitung der akustischen Wellen A₁ und A₂ dadurch bewirkt, daß die Eingangssignale entgegengesetzten Enden des Kristalls 14 zugeführt wurden, und das Ausgangssignal wurde mittels des Hohlraums 16 ausgekoppelt offensichtlich kann dieser Prozess jedoch umgekehrt werden, solange die Bedingungen für die parametrische Kopplung erfüllt bleiben. Man kann also ein elektromagnetisches Eingangssignal der Frequenz 2ω_ und dem Ausbreitungsvektor 0 durch den Hohlraumresonator 16 in den Kristall 14 einkoppeln und ein zweites Eingangssignal der Frequenz ω und dem Ausbreitungsvektor +k_s am einen Ende des Kristalles einspeisen, wobei dann am selben Ende des Kristalles ein Ausgangssignal auftritt, das aus einer Rückwärtswelle der Frequenz ω_,(2ω_-ω_=ω ) und dem Ausbreitungs-

S SSS

vektor -k ,(o-k =-k ) entsprechend den Frequenzerhaltungs- und

S 3 S

Phasenanpassungsbedingungen für die parametrische Kopplung besteht .

Bei den beschriebenen Fällen waren die akustischen Wellen in entgegengesetzten Richtungen gewandert, um die für die akustische Wechselwirkung erforderliche Translation zu gewährleisten. Alternativ kann die Translation auch dann eintreten, wenn sich die beiden akustischen Schwingungen zwar in der gleichen Richtung aber mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausbreiten. Das Resultat ist eine Korrelationsoperation, die mit der Einrichtung gemäß Fig. 3 durchgeführt werden kann. Hier werden zwei elektromagnetische Eingangssignale durch entspre-

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chende Wandler 22 und 24 in das gleiche Ende eines piezoelektrischen Kristalls so eingespeist, daß die eine akustische Welle A^ sich in Form einer Scherungsschwingung mit einer vorgegebenen Ausbreitungsgeschwindigkeit fortpflanzt, während die zweite Welle A, zu einem späteren Zeitpunkt in Form einer Longitudinalschwingung eingespeist, die eine etwas größere Geschwindigkeit hat, wie durch die Vektorwinkel in Fig. 4 dargestellt ist. Beim Durchlaufen des Kristalles 20 überholt die zweite Welle Ag also die erste Welle A₄, so daß die für eine Faltung oder Korrelation erforderliche Translation gewährleistet ist. Der Wandler 22 für die Scherschwingung A₄ kann in bekannter Weise aus einem Kristall bestehen, der zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, von denen das eine Signal am einen Ende des piezoelektrischen Kristalles liegt, der Wandlerkristall ist dabei so orientiert, daß die erforderliche Scherschwingung A₄ erzeugt wird. Der zweite Wandler 24 kann seinerseits angrenzend an den ersten Wandler zwischen zwei Elektroden angeordnet sein, dem das zweite Signal zugeführt wird. Der j Kristall dieses auf dem ersten Wandler angeordneten zweiten Wandlers ist so orientiert, daß die gewünschte Longitudinalschwingung Ag mit der höheren Geschwindigkeit erzeugt wird.

Wie die Multiplikation durch die nichtlineare Wechselwirkung der parametrisch gekoppelten Wellen A₃ und A₄ er- < folgt, läßt sich anhand von Fig. 4 leicht verstehen. Die akustische Welle A₄, die in der Form einer akustischen Scherschwingung als erstes eingespeist wird, hat die Frequenz 0J₄ und den Ausbreitungsvektor k₄, während die zweite akustische Welle Ag, die zu einem späteren Zeitpunkt als longitudinale Schallschwingung eingespeist wird, eine größere Geschwindigkeit, die Frequenz a.u und den Ausbreitungsvektor kg hat. Wenn die als zweites auf den Weg geschickte Welle Ag die zuerst abgegangene Welle A₄ überholt, sind die Bedingungen für die parametrische Kopplung erfüllt, so daß (kg-k₄) zu Null wird und die resultierende elektrische Polarisation D keine räum-

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liche Änderung (Geschwindigkeit Null) aufweist und die Differenzfrequenz (ω,-ω-) hat, auf die ein Resonanzhohlraum 26 (Fig. 3) oder eine andere Anordnung zur Leistungsauskopplung abgestempelt werden kann, um schließlich noch die Integration zu bewirken. In diesem Falle stellt das Ausgangssignal die Korrelationsfunktion der Beanspruchungsamplituden S₃ und S. der akustischen Schwingungen dar, da keine Zeitumkehr stattfindet.

Sowohl bei der Faltungs-Einrichtung gemäß Fig. 1 als auch bei der Korrelationseinrichtung gemäß Fig. 3 war der Ausbreitungsvektor k_ der Ausgangsschwingung Null, so daß die Auskopplung mit einem Resonanzhohlraum 16 bzw. 26 möglich war. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Bedingungen für eine parametrische Kopplung, also ω.+ ω» = ω und ^ki⁺^2^=kp

in keiner Weise fordern, daß k -0 sein muß. Wenn k =f 0 ist,

P P

ändert sich die Verschiebung D des Ausgangssignals, dabei ist dann lediglich eine Abänderung der Auskopplungsanordnung erforderlich, um eine Anpassung an die endliche Geschwindigkeit dieses Signals zu gewährleisten. Wenn z.B., wie es in Fig. 5 dargestellt ist und anhand von Fig. 6 erläutert werden wird, das eine Signal S₅ am einen Ende eines piezoelektrischen Kristalls 11 mit der Frequenzω₅ und dem Ausbreitungsvektor k,- eingespeist wird und das zweite Signal S- mit der Frequenz ω₆ und dem Ausbreitungsvektor -k_g dem entgegengesetzten Ende des Kristalls 11 zugeführt wird, liefert die Faltung der Signale S₅ und Sg ein Ausgangssignal D, dessen Frequenz die Summe von U)₅ und ω_β ist und dessen Ausbreitungsvektor kjr-kg ist. Wenn, wie es in dem Diagramm der Fig. 6 dargestellt ist, k₅ und k_ß verschiedene Werte haben, ist kc~kg 4 0 und die Polarisation D des Ausgangssignals verschiebt sich in Längsrichtung des Kristalles 11 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Zur Auskopplung des Ausgangssignals wird in diesem Falle eine gefaltete Bandleitung 13 anstelle des Resonanzhohlraumes auf dem Kristall 11 gebildet, deren Abmessungen so gewählt sind, daß e a.. die Geschwindigkeit von D angepaßt sind.

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Die vorangegangenen Erläuterungen des vorliegenden Verfahrens zur Signalverarbeitung waren auf die Faltung oder Korrelation von zwei Eingangssignalen unter Erzeugung eines dritten oder Ausgangssignales beschränkt/ offensichtlich ist der Erfindungsgedanke jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn z.B. der Verlauf der Amplitudenmodulation einer komplexen Schwingung bekannter Frequenz zu analysieren ist, kann das betreffende Signal S₇ am einen Ende eines Kristalles 15 eingespeist werden, wie Fig. 7 zeigt, während eine Anzahl kurzer Impulse S_Q, S_,S_1Q ) und S,, der gleichen Frequenz vom entgegengesetzten Ende des Kristalles mit vorgegebenen Intervallen entsprechend dem Abstand zwischen Ausgangselektroden 17, die in Längsrichtung des Kristalles verteilt sind, eingespeist werden. Wenn eine parametrische Kopplung mit den Impulsen S«, S₉, S₁₀ und S₁₁ bei den entsprechenden Elektroden 17 eintritt, wie in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, stellen die jeweiligen Ausgangsignale die Produkte der betreffenden Impulssignalamplituden mit der Amplitude des analysierten Signals an der betreffenden Stelle entsprechend den oben erläuterten allgemeinen Prinzipien der Faltung dar, so daß eine Abtastungsanalyse der Schwingungsform des Signals S- zur Verfügung steht.

" Eine spezielles, für Mikrowellenfrequenzen geeignetes

Beispiel einer Einrichtung zur Durchführung einer Faltungsoperation, wie sie oben anhand von Fig. 1 und 2 allgemein be- , schrieben wurde, ist in Fig. 8 dargestellt. Die Einrichtung ' gemäß Fig. 8 enthält einen piezoelektrischen Kristall, der genau die gleiche Form hat wie der Kristall 14 in Fig. 1, etwa 3,5 cm lang ist und in einem Gehäuse angeordnet ist, dessen ^! Wände aus einem geeigneten Leitermaterial bestehen und den Mikrowellen-Resonanzhohlraunfcilden. An einer Wand des Hohlraumes ist eine Abgleichschraube 28 vorgesehen, die eine Feinabstimmung ermöglicht. Den entgegengesetzten Enden des piezoelektrischen Kristalles werden die Eingangssignale, die aus mit , Rechteckimpulsen modulierten MikroweIlensignalen der Frequenz

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1440 MHz bestehen, durch Koaxialkabel 23 und 25 zugeführt. Die Mittelleiter der Koaxialkabel liegen an den entgegengesetzten j Enden des Kristalles am Ort der Wandler 10, 12 (Fig. 1) an, i während die Außenleiter mit den den Hohlraumresonator bilden- ι den leitenden Wänden verbunden ist, so daß elektrische Felder j und dementsprechend akustische Scherschwingungen gleicher Frequenz und genau entgegengesetzter Phasenausbreitungsvektoren erzeugt werden, wie es anhand von Fig. 1 und 2 erläutert worden war. Dabei tritt dann eine elektrische Polarisation D mit der Frequenz 2880 MHz im Kristall auf, die durch eine Kopplungsöffnung in einen Ausgangshohlleiter 18 ausgekoppelt wird. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel betrug die eingespeiste akustische Leistung etwa 2W/cm , was einer Beanspruchungsam- ! plitude von 2 χ 10 beträgt (die Güte des Resonators betrug. j 300 und der Kopplungsfaktor 3 war 0,2) . Bei der Spitzenausgangs*· leistung von -7OdBm betrug das Signal/Rauschverhältnis 2OdB, was gut mit der oben anhand von Fig. 1 und 2 erläuterten Faltungstheorie übereinstimmt.

Aufgrund der für eine parametrische Wechselwirkung notwendigen Bedingungen ist es einleuchtend, daß jede Frequenzänderung der Eingangssignale einen scharfen Abfall des durch die elektrische Polarisation D dargestellten Ausgangssignals j zur Folge hat. In Fig. 9 ist längs der Ordinate die Ausgangsamplitude von D und längs der Abszisse die veränderliche Frequenz f2 des einen Signals bezüglich des anderen Signals der Nennfrequenz f. aufgetragen. Der dargestellte Frequenzgang des Ausgängssignals hat im wesentlichen den Verlauf der Funk-

tion sin x/x, wobei x=-rrL{ (f,/v,) -(f_o/v_o) } und L die Länge des Kristalls sind. Die Frequenzgangkurve enthält im wesentlichen : nur eine Hauptkeule, deren Breite der in der Praxis sehr kleinen Bandbreite der Anordnung entspricht. Im Falle des bei der j Einrichtung gemäß Fig. 8 verwendeten Kristalls mit L»3,5 cm ! betrug die Breite des durchgelassenen Frequenzbandes bei einer ι Nennfrequenz von 1440 MHz nur etwa 100 kHz. Die Einrichtung

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stellt also offensichtlich ein ausgezeichnetes Bandfilter dar, dessen Durchlaßbereich durch Verlängerung des Kristalls einfach verringert werden kann. Ferner läßt sich das Filter einfach durch Veränderung von f^ elektronisch abstimmen. Da die Faltung die Operation ist, die sich bei Zeitumkehr der Korrelationsfunktion ergibt und umgekehrt, können die vorliegenden Einrichtungen, z.B. die Einrichtung gemäß Fig. 8 ohne Schwierigkeiten so geändert werden, daß sie statt der Faltungsoperation eine Korrelation bewirken. Hierfür ist lediglich eine Zeitumkehr eines der Eingangssignale erforderlich. Dies läßt sich einfach an einem speziellen Beispiel erläutern, wofür das in Fig. 10 als Blockschaltbild dargestellte Impulskompressions-Radarsystem gewählt werden soll. Das Radarsystem gemäß Fig. 10 enthält einen Impulsgenerator 30, der einen Impuls P gleitender Frequenz an einen Frequenzmodulator 32 liefert, der eine Trägerschwingung von einem Radarsender 34 moduliert. Der Sender 34 liefert einen Impuls, dessen Frequenz mit der Zeit zunimmt, an eine Sendeantenne 36. Das von einem wahrzunehmenden Objekt reflektierte Signal wird von einer Empfangsantenne 38 empfangen und einer Mischstufe 40 zugeführt, in der das empfangene Signal mit einer Schwingung von einem Oszillator 42 gemischt wird, wobei eine Zwischenfrequenz entsteht, die in einem Zwischenfrequenzverstärker 44 verstärkt wird. Das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers 44 haijdie Form eines Impulses P₁, dessen Frequenz mit der zeit t zunimmt, und es wird dem einen Ende eines piezoelektrischen Kristalls 46 zugeführt,-der genauso ausgeführt sein kann, wie es anhand von Fig. 8 erläutert worden war und der gemäß den Erklärungen in Verbindung mit Fig. 1 und 2 arbeitet.

Dem entgegengesetzten Ende des Kristalls 46 wird ein frequenzveränderlicher Bezugsimpuls P₂ zugeführt. Damit eine Korrelation stattfinden kann, ist eine Zeitumkehr erforderlich, die dadurch bewirkt wird, daß der Impuls P vom Impulsgenerator 30 einem Impulsinverter 48 zugeführt wird, der einen Referenz-

impuls P₂/ dessen Frequenz mit zunehmender Zeit abnimmt, an das entgegengesetzte Ende des Kristalls 46 liefert. Dieser Referenzimpuls ist also hinsichtlich der Frequenz ein Spiegelbild des reflektierten Impulses P₁. Da jedoch der reflektierte Impuls P₁ dem rechten Ende des Kristalls 46 und der Referenzimpuls P₉ dem linken Ende des Kristalls 46 zugeführt wird, laufen die ent-f sprechenden Impulse im Kristall in umgekehrten Richtungen und die Verläufe der entsprechenden akustischen Signa!schwingungen S_t bzw. S sind identisch/ so daß eine Korrelation stattfinden kann_f wenn eine Phasenkohärenz der beiden Impulse eintritt. Um eine zeitliche Synchronisation der sich durch den Kristall 46 ausbreitenden Signale S., S _iu gereichen, kann man den Referenzimpuls P₂ durch eine übliche/ verstellbare Verzögerungsleitung laufen lassen, so daß sowohl das Referenzsignal als auch das reflektierte/ empfangene Signal sich gleichzeitig durch den Kristall ausbreiten und die Phasenbedingung für die parametrische Kopplung erfüllt ist. Das Ausgangssignal vom Kristall in Form der elektrischen Polarisation D wird mittels eines geeigneten Hohlleiters ausgekoppelt und kann dann in üblicher Weise demoduliert, verarbeitet und dargestellt werden, z.B. auf einem Bildschirm/ auf dem die Lage des Ziels festgestellt werden kann.

Hinsichtlich der Arbeitsweise des beschriebenen Radarsystems, das vom Erfindungsgedanken Gebrauch macht, soll noch auf einige Punkte hingewiesen werden. Erstens kann die Dauer ι des gesendeten Impulses verhältnismäßig lang sein, da die Schallgeschwindigkeit ν durch den Kristall 46 verhältnismäßig , klein ist (v»3 χ IO απ/sec). Han kann daher ein Signal mit | einer Dauer von 10 Mikrosekunden in einem Kristall verarbeiten, dessen Länge nur wenige Zentimeter beträgt. Je größer die Impulsdauer ist, umso mehr Energie kann pro Impuls ausgestrahlt werden und umso besser wird die Zielerfassungsfähigkeit, ohne daß dabei die Impulsamplitude übermäßige Werte annimmt. Für eine gute Entfernungsauflösung bei kleineren Entfernungen sind

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jedoch kürzere Impulse zweckmäßig und man hat daher auf verschiedene Weise eine Impulskompression bewirkt, wie es z.B. in der US-PS 2 624 876 beschrieben ist.

Im vorliegenden Falle tritt im Kristall nur bei einer Phasenkohärenz des gesendeten und reflektierten Signals S. und S auf und da diese Kohärenz nur kurz dauert, besteht das Ausgangssignal, das aus den 10 Mikrosekunden langen Signalen S. und S erzeugt wird, aus einem schmalen spitzen Ausgangsimpuls ™ von nur etwa 10 Nanosekunden Dauer. Es findet also eine Impulskompression um einen Faktor von etwa 1000 statt.

Aufgrund der erläuterten Vorgänge bei der Faltung ist ferner ersichtlich, daß das Ausgangssignal in Form der elektrischen Polarisation D proportional dem Produkt der Deformierungs- oder Beanspruchungsamplituden der sich durch den Kristall ausbreitenden Signale ist, so daß in der Praxis eine beträchtliche Signalverstärkung stattfindet und man daher das ganze System bei vorgegebener Ausgangsamplitude mit wesentlich geringeren Leistungen betreiben kann als bisher.

Il Schließlich erreicht man wegen des raschen Abfalles

des durch die elektrische Polarisation D dargestellten Ausgangssignales bei Änderung der Kohärenz des Referenzsignals und des reflektierten Signals ein sehr großes Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal, so daß Zweideutigkeiten bezüglich der Zielsig- ! nale vermieden werden und es wesentlich schwieriger ist als bisher, die Erkennung von Zielen durch elektronische Gegenmaßnahmen zu verhindern.

Da sich die Schallwellen mit der verhältnismäßig langsamen Geschwindigkeit von etwa 3 χ 10 cm/sec, ausbreiten, kann , man zum Vergleich eine Anzahl bekannter Signalmuster mit individuellen Schwingungseigenschaften mittels eines piezoelektrischen Kristalls vernünftiger Abmessungen mit unbekannten Sig-

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nalen vergleichen und es steht daher ein einfaches, praktisch brauchbares Verfahren zur Mustererkennung zur Verfügung, Beispielsweise enthält das englische Alphabet ·."; 26 Buchstaben, die durch entsprechende unterschiedliche elektrische Signale dargestellt werden können. Diese Signale kann man als Referenzsignale sequentiell einem piezoelektrischen Kristall zuführen, dessen Länge nicht größer als etwa 13 cm zu sein braucht. Dies ergibt sich daraus, daß bei Verwendung von unterscheidbaren elektrischen Signalen mit einer Dauer von höchstens einer Mikro-

Sekunde und einer mittleren Schallgeschwindigkeit von 3 χ 10 cm/sec, eine Folge von 26 Signalen gleichzeitig in einem Kristall der angegebenen Länge existieren kann. Wie in Fig. 11 dargestellt ist, können diese Referenzsignale von einer Referenzeinheit 70 geignet geformt und in einem kontinuierlichen Zyklus erzeugt werden, so daß am einen Ende eines piezoelektrischen Kristalls 72 ein serienmäßiges Referenzeingangssignal zur Verfügung steht, das entsprechend der oben erläuterten Theorie mit einem unbekannten Eingangssignal verglichen wird, das von einem optischen Abtastgerät durch optisches Abtasten von Buchstaben gewonnen wird und in einem Konverter 76 umgesetzt wird, wie es z.B. in der US-PS 3 453 494 beschrieben ist. Der Konverter 76 liefert unterschiedliche elektrische Impulse, die ihrer- ; seits durch einen Inverter 78 ähnlich wie bei dem Radarsystem , 10 invertiert werden können, um die für die Korrelation erforderliche Zeitumkehr zu bewirken. Das invertierte Signal wird dem anderen Ende des Kristalls 72 zugeführt und bei Kohärenz zwischen dem Eingangssignal und einem der 26 Referenzsignale entsteht ein Ausgangssignal entsprechend der elektrischen Polarisation D, das in gewünschter Weise dargestellt werden kann. Da die Referenzsignale In zeitlicher Folge zugeführt werden/ läüi^Ser unbekannte Buchstabe sofort aufgrund des Zeitpunktee des Auftretens des Ausgangssignales Identifizieren* Das Aus- gangssignal 1st genau und eindeutig, da ein hoher Störabstand gewährleistet ist.

Der Erfindungsgedanke läßt sich selbstverständlich auch noch auf andere Gebiete als die oben erwähnten Anwendungsgebiete anwenden, wobei jeweils nur verhältnismäßig einfache und billige Einrichtungen erforderlich sind. Es war auch bereits erwähnt worden, daß die akustischen Schwingungen die verschiedenste Form annehmen können, je nachdem welche Form für eine vorgegebene Anwendung am zweckmäßigsten ist.

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Claims

Patentansprüfce

Verfahren zur Signalverarbeitung in einem piezoelektrischen Material, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei akustische Schwingungen derart in das piezoelektrische Material (11, 14, 20, 46, 72) einspeist und mit verschiedenen Phasengeschwindigkeiten durch dieses wandern läßt, daß die für eine parametrische Wechselwirkung erforderlichen Bedingungen bezüglich der Phasenanpassung und Frequenzerhaltung erfüllt sind und die induzierte Energie zur Gewinnung von Ausgangsinformation auskoppelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden akustischen Schwingungen in entgegengesetzten Richtungen durch das piezoelektrische Material wandern läßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsvektoren der beiden akustischen Schwingungen entgegengesetzt gleich sind und die parametrische Kopplung ein zeitlich unveränderliches Ausgangssignal liefert.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsvektoren der beiden akustischen Schwingungen verschiedene Werte haben und die parametrische Wechselwirkung eine Ausgangsschwingung endlicher Geschwindigkeit liefert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden akustischen Schwingungen durch Anlegen von modulierten elektromagnetischen Signalen an das piezoelektrische Material erzeugt werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierten Signale entgegengesetzten Enden des piezoelektrischen Materials zugeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der beiden elektromagnetischen Signale so verändert wird, daß die Frequenzverläufe der beiden Signale zueinander spiegelbildlich sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem für das eine Signal ein Impuls mit gleitender Frequenz erzeugt wird und daß das spiegelbildliche Signal durch Invertieren des Impulses erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden akustischen Schwingungen in der gleichen Richtung aber mit verschiedenen Phasengeschwindigkeiten durch das piezoelektrische Material laufen läßt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt durch Anlegen eines elektromagnetischen Signals an das piezoelektrische Material eine akustische Scherschwingung erzeugt wird und daß durch Anlegen eines zweiten elektromagnetischen Signals an das piezoelektrische Material zu einem späteren Zeitpunkt eine longitudinale akustische Schwingung erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekenazeichnetr daß die elektromagnetische Energie ausgekoppelt wird, die durch die paramefeeische Wechselwirkung der akustischen Schwingungen im piezoelektrischen

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-25-Material entsteht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskopplung durch eine äußere Schaltung bewirkt wird, die auf mindestens eine Kombinationsfrequenz der parametrisch gekoppelten akustischen Schwingungen abgestimmt ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste akustische Schwingung direkt durch Ankoppelung von elektromagnetischer Energie an das piezoelektrische Material erzeugt wird und daß die zweite akustische Schwingung indirekt durch solches Ankoppeln von elektromagnetischer Energie an das Material erzeugt wird, daß eine elektromagnetische Polarisation auftritt, die unter Erzeugung der zweiten akustischen Schwingung parametrisch mit der ersten akustischen Schwingung in Wechselwirkung tritt.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Modulation der ersten akustischen Schwingung unbekannt ist und daß der Verlauf der Modulation der zweiten akustischen Schwingung bekannt ist und aus einer Reihe von kurzen Impulsen besteht, die vorgegebene Abstände haben, und daß von dem piezoelektrischen Material elektromagnetische Signale, die durch parametrische Wechselwirkung der Schwingungen entstehen, in Abständen entsprechend den Impulsabständen der zweiten akustischen Schwingung augekoppelt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation der ersten akustischen Schwingung aus einer bestimmten endlichen Folge von getrennten und verschieden geformten Signalen besteht, die alle gleichzeitig in dem piezoelektrischen Material existieren und daß die Modulation der zweiten akustischen Schwingung aus unbe-

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kannten Signalen besteht, die einem aus der endlichen Folge der Signale der Modulation der ersten Schwingung entspricht.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste akustische Schwingung durch Anlegen eines elektromagnetischen Signals unbekannter Frequenz an das piezoelektrische Material erzeugt wird, daß die zweite akustische Schwingung durch Anlegen eines elektro-

W magnetischen Signals bekannter, veränderlicher Frequenz an das piezoelektrische Material erzeugt wird und daß die Frequenz des zweiten elektromagnetischen Signals verändert wird, bis die Bedingungen für eine parametrische Wechselwirkung erfüllt sind.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein impulsmoduliertes elektromagnetisches Signal erzeugt wird, daß dieses Signal dem piezoelektrischen Material mit bestimmter, veränderbarer zeitlicher Lage zugeführt wird, um die erste akustische Schwingung zu erzeugen, daß das impulsmodulierte Signal gesendet wird, daß ein impulsmoduliertes Signal, das eine reflektierte Version des gesende-

^ ten Signals darstellt, empfangen und dem piezoelektrischen Ma- * terial zur Erzeugung der zweiten akustischen Schwingung zugeführt wird, so daß bei Phasenkohärenz der beiden Signale in dem piezoelektrischen Material eine parametrische Kopplung eintritt. ;
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das impulsmodulierte elektro-

magnetische Signal frequenmoduliert ist und daß eines der dem piezoelektrischen Material zur Erzeugung der beiden akustischen Schwingungen zugeführten Signale invertiert wird.
19. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem piezoelektrischen Material, gekennzeichnet dju-r £ h zwei am piezoelektrischen

Material (14)(20) angebrachte Wandler (10, 12; 22, 24) die ein Einkoppeln von elektromagnetischen Signalen in das piezoelektrische Material und die Erzeugung von sich durch dieses Material ausbreitenden akustischen Schwingungen gestatten, eine äußere Schaltung (13, 16, 26) zur Auskopplung von Energie, die von der elektrischen Polarisation stammt, die durch die parametrische Wechselwirkung der akustischen Schwingungen entsteht und eine Anordnung, die die Wandler derart mit den Signalen speist, daß die Phasenanpassungs- und Frequenzerhaltungsbedingungen für die parametrische Kopplung während der Ausbreitung der akustischen Schwingungen durch das Material erfüllt werden.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schaltung einen Hohlraumresonator (16) enthält, der das piezoelektrische Material (14) einschließt.
21. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schaltung eine gefaltete Bandleitung (13) oder Verzögerungsleitung enthält, die bei dem piezoelektrischen Material (11) angeordnet ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (10, 12) an entgegengesetzten Enden des piezoelektrischen Materials (14) so angeordnet sind, daß sich die akustischen Schwingungen (A,, A„) in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten.
23. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch ; gekennzeichnet, daß die Wandler (22, 24) am gleichen Ende des piezoelektrischen Materials angeordnet sind.
24. Einrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Änderung der Frequenz einer der angelegten elektromagnetischen Signale.

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25. Einrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Impulsmodulation eines der angelegten elektromagnetischen Signale.
26. Einrichtung nach Anspruch 25, gekenn ze ichnet durch eine Anordnung zur Frequenzmodulation jedes Impulses der impulsmodulierten Signale.

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27. Einrichtung nach Anspruch 19, gekenn-

zeichnet durch eine Anordnung (70) zur Modu- ; lation eines der angelegten elektromagnetischen Signale mit einer Folge von Mustern verschiedener und unterscheidbarer Gestalt.

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