DE2436728A1 - Elektroakustische verzoegerungsvorrichtung - Google Patents

Description

Elektroakustische Verzögerungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine neue Verzögerungsvorrichtung für elektrische Signale hoher Frequenz.

Bei den Verzögerungsvorrichtungen, um die es sich hier handelt und die auch als elektromechanische Verzögerungsvorrichtungen bezeichnet werden, wird ein piezoelektrisches Material im allgemeinen in Form eines quaderförmigen Plättchens verwendet, welches man beispielsweise erhält, indem ein Quarzkristall in einer Vorzugsrichtung gebildet wird. Das zu verzögernde elektrische Signal wird an eine Stelle des Materials mittels eines Eingangswandlers angelegt, und das verzögerte Signal wird an einer anderen Stelle mittels eines Ausgangswandlers abgenommen. Der piezoelektrische Körper überträgt an der Oberfläche eine mechanische Welle oder Rayleigh-Welle oder Bleustein-Welle mit der Frequenz des in den

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ORIGINAL INSPECTED

Eingangswandler eingegebenen Signals. Diese Welle erzeugt in dem Ausgangswandler ein Signal, welches in bezug auf das Eingangssignal eine gewisse Verzögerung aufweist. Diese Verzögerung hängt bei einem gegebenen piezoelektrischen Material von der Entfernung der beiden Wandler ab.

In den bekannten Vorrichtungen werden diese Wandler durch Elektroden gebildet, die durch Leiter verstofflicht sind, welche auf der Oberfläche des piezoelektrischen Materials angeordnet sind und auf demselben feste Positionen einnehmen. Häufig bestehen diese Elektroden aus metallischen Niederschlägen, die auf das piezoelektrische Material aufgebracht sind.

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Verzögerungsvorrichtungen für Signale hoher Frequenz, bei welchen mindestens einer dieser Wandler Elektroden aufweist, die durch die leitend gemachten Teile eines elektrisch isolierenden Materials gebildet sind, welches das piezoelektrische Substrat bedeckt. Diese Leitfähigkeit wird durch Beschießen des Materials mit einem Elektronenstrahl erzielt.

Die Erfindung nutzt die Eigenschaft bestimmter elektrisch leitender Körper aus, unter der Einwirkung eines Elektronenbeschusses leitend zu werden, d.h. eine Eigenschaft, die auch als Sekundärleitfähigkeit oder induzierte Lei'bfähigkeit bezeichnet wird.

Durch Einwirken auf diesen Beschüß ist es bei den Vorrichtungen nach der Erfindung möglich, die Kenndaten des betreffenden Wandlers zu verändern, beispielsweise seine zeitliche Existenz zu begrenzen, oder seine Position auf der beschossenen Oberfläche, und zwar mit der ganzen Anpassungsfähigkeit, die die beispielsweise in der Elektronik bekannten Elektronenkanonen erlauben.

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Auf diese Weise ist es möglich, insbesondere mit einem Eingangswandler, der eine feste Position auf dem piezoelektrischen Körper einnimmt, durch die sich infolge eines solchen Beschüsses ergebende Verschiebung des Ausgang swand ler s eine regulierbare Verzögerung zu erhalten.

Die Erfindung wird an einem Beispiel beschrieben, welches diesem letztgenannten Fall entspricht. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf diesen Fall. Sie ist vielmehr in allgemeiner Form,bei der Verarbeitung von Signalen hoher Frequenz durch Übertragung einer Welle an der Oberfläche eines piezoelektrischen Mediums anwendbar.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen jeweils in schematischer Form:

Fig. 1 das Prinzip einer Verzögerungsleitung

mit piezoelektrischem Kristall für Hochfrequenzsignale ,

die Fig. 2 zwei Ausführungsformen der und 3 Erfindung,

Fig. 4 eine Teilansicht, die sich auf andere Aus-

führungsfomender Erfindung bezieht, und

Fig. 5 in schematischer Darstellung einen Anwen-

dungsfall der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt sehr schematisch, wie eine Verzögerungsleitung für elektrische Signale aufgebaut ist, bei welcher ein piezoelektrischer Kristall verwendet wird. In dieser Figur erkennt man ein plattenförmiges Substrat 2 aus einem elektrisch isolierenden, piezoelektrischen Material,

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welches beispielsweise aus einem Quarzkristall gebildet ist. Mit der Bezugszahl 1 ist in dieser Figur die Elektrodenanordnung bezeichnet, die zum Anlegen des Eingangssignals V₁ verwendet wird. In dem Beispiel von Fig. 1 hat diese Elektrodenanordnung 1 die Form von ■ mit ihren Zinken ineinandergefügten Kämmen, die man beispielsweise durch Niederschlagen von Metall auf das Substrat 2 erhält, entsprechend dem Fall von Höchstfrequenz-Eingangssignalen. Der Eingangswandler 21 besteht aus der vorgenannten Elektrodenanordnung 1 und dem darunter liegenden Teil des Kristalls.

Mit der Bezugszahl 3 ist die Elektrodenanordnung bezeichnet, die ebenfalls aus mit ihren Zinken ineinandergefügten Kämmen gebildet ist, an deren Klemmen das Ausgangssignal V~ abgenommen wird und die mit dem darunter liegenden Teil des Kristalls den Ausgangswandler 23 bildet.

Es wird nur sehr kurz auf die Betriebsweise einer solchen Leitung eingegangen, die weitgehend Stand der Technik ist.

Das Anlegen eines Eingangssignals V. an die Elektrodenanordnung 1 bewirkt innerhalb des die Platte 2 bildenden piezoelektrischen Materials das Auftreten einer mechanischen Welle, die sich an der Oberfläche desselben nach Art der Schallwellen in elastischen Medien fortpflanzt. Diese Welle, die das angelegte Signal V₁ wiedergibt, pflanzt sich in der Platte 2 fort und ruft darin ihrerseits eine Potentialwelle hervor, die die mechanische Welle begleitet und sich längs der Platte zwischen dem Eingangswandler und dem Ausgangswandler mit einer für das piezoelektrische Material charakteristischen Geschwindigkeit verschiebt. Diese Potentialwelle induziert, wenn sie die Elektrodenanordnung 3 erreicht, ihrerseits ein Ausgangssignal V„ an den Klemmen der Elektrodenanordnung 3.

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Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, deren Verzögerung regulierbar ist.

In dieser Figur sind wieder die vorgenannten Bauteile 1 und 2 zu erkennen. Dagegen unterscheidet sich diese Figur von der -vorherigen durch den Ausgangswandler, dessen Elektrodenanordnung in Fig. 1 die Bezugszahl 3 trug. Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung nach der Erfindung ist die Elektrodenanordnung 3 durch einen periodischen Raster von parallelen Streifen 30 ersetzt, die an der Oberfläche der Platte 2 angeordnet und in der unten erläuterten Weise vorübergehend elektrisch leitend gemacht worden sind.

Zu diesem Zweck hat die Vorrichtung von Fig. 2 außer den Bestandteilen 1 und 2 eine Anordnung von Einrichtungen zum Herstellen dieses periodischen Rasters.

Diese Anordnung von Einrichtungen enthält:'

- Eine dünne Schicht 10 aus einer Masse, die mit einem großen spezifischen elektrischen Widerstand versehen ist, beispielsweise ein Halbleitermaterial, welche die Platte 2 auf einer ihrer Flächen bedeckt, von der ein Teil zur Aufnahme der Elektrodenanordnung 1 frei gelassen ist, während die andere Fläche der Platte 2 mit einer elektrisch leitenden Elektrode 14 in Kontakt ist;

- Einrichtungen 20 zum Erzeugen eines Elektronenbündels, welches auf dem Film 10 einen Aufprall erzeugt, und zum Verschieben dieses Aufpralls auf dem Film.

Bei diesen letztgenannten Einrichtungen handelt es sich um auf dem Gebiet der Elektronik bekannte Einrichtungen, nämlich um eine Glühkathode 11, deren Heizfaden nicht dargestellt ist, um ein Steuergitter und um eine Anode, die bei,12 bzw. 13 schematisch dargestellt sind, sowie um Ablenkelektroden, die in dem beschriebenen Beispiel in zwei Teilen in die Anode 13 eingebaut sind, wie es Fig.2

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zeigt, und schließlich um nicht dargestellte Quellen, die im Betrieb ermöglichen, die verschiedenen Elektroden auf die erforderlichen Potentiale zu bringen. Dabei handelt es sich um eine Hochspannungsquelle, deren negativer Pol mit der Kathode 11 und deren positiver Pol mit der Elektrode 14 verbunden ist, die selbst an Masse liegt, um eine Quelle, die im Betrieb das Steuergitter 12 auf Zwischenpotential bringt, welches zwischen dem Kathodenpotential und dem Massepotential liegt, und schließlich um eine Quelle, die die Ablenkspannung liefert, die mit Hilfe von Schaltungsverbindungen 130 an die beiden Teile der Anode 13 angelegt ist. Ein Kollektor, der die von der Schicht 10 unter der Einwirkung dieses Aufpralls ausgesandten Sekundärelektronen auffängt, legt das Potential dieser Schicht fest. Dieser Kollektor, der mehrere Formen annehmen kann, nämlich die eines zu der Schicht 10 parallelen Gitters, welches durch die einfallenden Elektronen durchquert wird, oder die eines leitenden Auftrags auf dem Umfang der Schicht 10, oder schließlich jegliche auf dem Gebiet der Elektronenröhrentechnik bekannte andere Form, ist nicht dargestellt worden, um die Zeichnungen nicht zu komplizieren. Das erzeugte Elektronenbündel ist in der Figur auf zwei gekrümmte Linienpaare beschränkt, die von der Kathode 11 zu dem Film 10 gehen, während die Auftreffstellen des Bündels auf dem Film 10 durch kleine Rechtecke 30 dargestellt sind, die mit Punkten bedeckt sind.

In dieser Figur 2 bezeichnet die Bezugszahl 4 eine auf den Film 10 aufgebrachte Schicht aus einem Material, welches in der Lage ist, die mechanische Welle zu absorbieren. Die Schicht 4 verhindert die Reflexionen der Welle. Sie kann beispielsweise aus Siliziumoxidkugeln oder aus Titankeramik hergestellt sein.

Die Vorrichtung von Fig. 2 arbeitet folgendermaßen:

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Das Elektronenbündel bombardiert die Oberfläche der Schicht 10, die beispielsweise aus Cadmiumsulfid besteht, mit einer Energie von mehreren Kilovolt, beispielsweise 4 kV. Unter der Einwirkung dieses Beschüsses nimmt die Leitfähigkeit der Schicht 10 an der Auftreffstelle des Elektronenbündels zu, weil in ihrer Masse unter der Aufprallfläche der Elektronen freie Ladungsträger erzeugt werden, deren Anzahl von der Art des Filmmaterials abhängig ist. Bei dem Cadmiumsulfid CdS ist diese Anzahl für die vorgenannte Beschleunigungsspannung ungefähr tausendmal so groß wie die der auftreffenden Elektronen. Diese freien Ladungsträger sind über eine Tiefe verteilt, die in diesem Material 1/10 Mikrometer nicht überschreitet.

Bei einem Bündel mit einer Stromstärke von 1 Mikroampere und beispielsweise bei einem Impuls von 10 Mikrosekunden Dauer und einem Aufprallquerschnitt von ungefähr 10 mm χ 0,03 mm (Abmessung der Rechtecke 30), beträgt die Anzahl von auf diese Weise während eines Impulses geschaffenen freien Ladungsträgern ungefähr

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2 χ 10 pro Kubikzentimeter entsprechend einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 0,1 Ohm χ cm.

Die Dichte von freien Ladungsträgern in dem betreffenden Volumen ist in Wirklichkeit niedriger als der oben angegebene Wert, und zwar infolge der Reflexion einer gewissen Anzahl von auftreffenden Elektronen einerseits und der Diffusion von freien Ladungsträgern nach außer-, halb des oben angegebenen Volumens andererseits, d.h. des Volumens des Parallelepipeds, welches als Basis die Rechtecke 30 und als Höhe .die vorgenannte Tiefe hat.

Es erfolgt außerdem eine Emission von Sekundärelektronen durch das Material der Schicht 10 unter der Einwirkung des Aufpralls der einfallenden Elektronen. In dem Fall des o.g. Materials und unter den beschriebenen Bedingungen

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ist diese Emission jedoch sehr schwach und betrifft nur Elektronen geringer Energie. Diese Elektronen absorbieren beim Zurückfallen auf die Schicht 10 einen kleinen Teil der Energie der übertragenen Welle.

Diese beiden Tatsachen haben eine geringfügige Erhöhung des spezifischen Widerstandes über den oben angegebenen Wert hinaus zur Folge.

Das von der Kathode 11 ausgehende Elektronenbündel wird durch das Gitter 12 in Impulse zerhackt, die jeweils eine Dauer von 10 Mikrosekunden haben und sich jede Tausendstelsekunde wiederholen. Die durch die beiden die Elektrode 13 bildenden Platten gesteuerte Ablenkung erfolgt mit der Netzfrequenz, d.h. mit 50 Perioden je Sekunde, wobei das Bündel im Verlauf jeder dieser Perioden einen Hinlauf und einen Rücklauf von jeweils einer Hundertstelsekunde ausführt. Im Verlauf dieser Dauer erfolgen 10 Impulse des Steuergitters, denen jeweils ein Streifen 30 entspricht. Während einer Ablenkperiode werden somit zehn Streifen 30 auf der Schicht 10 geschaffen, von denen der Übersichtlichkeit halber lediglich einige dargestellt sind. Diese parallelen leitenden Streifen sind die Zinken eines Kammes, der in der Vorrichtung nach der Erfindung einen Teil des Ausgangswandlers 123 bildet.

Zur Vervollständigung des betreffenden Kammes wird bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung auf der Schicht 10 eine ebenfalls streifenförmige Elektrode 15 angeordnet, die mit den vorgenannten Streifen an einem ihrer Enden in Kontakt ist, wie es Fig. 2 zeigt.

Die Kämme des Wandlers 23 der bekannten Vorrichtungen, von denen in Fig.1 ein Beispiel angegeben ist, und die durch Leiter verstofflicht sind, welche auf dem piezoelektrischen Metall befestigt sind, ersetzt die Erfindung durch einen Kamm 123, dessen Zinken die Streifen 30 der

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Schicht 10 sind, die durch den Aufprall des Elektronenbündels leitend gemacht worden sind. Der Leitungscharakter dieser Streifen wird bei jedem Vorbeigang des Elektronenbündels erneuert; er wird im Verlauf der Ablenkung ständig aufrechterhalten, und zwar unter der Bedingung, daß die Rekombinationszeit der freien Ladungsträger, die innerhalb der isolierenden Schicht 10 während eines Vorbeigangs des Elektronenbündels auf einem Streifen erzeugt werden, im wesentlichen größer ist als die Zeit, die zwei aufeinanderfolgende Vorbeigänge des Elektronenbündels auf diesem Streifen trennt. Deshalb geht das Elektronenbündel wieder über diesen Streifen hinweg, bevor die Leitfähigkeit desselben, die aus dem vorhergehenden Vorbeigang resultiert, Zeit gehabt hat, durch Rekombination der freien Ladungsträger zu verschwinden. Für einen zufriedenstellenden Betrieb muß diese Zeit außerdem im wesentlichen größer als die Periode der Schallwelle sein. Die erste dieser Bedingungen ist mit-den vorgenannten Daten leicht realisierbar und zieht die zweite bei den Frequenzen, bei welchen man arbeitet, nach sich, was weiter unten ersichtlich werden wird.

Dagegen verschwindet diese Leitfähigkeit, wenn der Streifen nicht mehr während einer Zeit, die besser als die für diese Rekombination erforderliche Zeit ist, d.h. ausreichend schnell, (einige Tausendstelsekunden mit den vorgenannten Daten) abgetastet wird- Wenn man eine Serie von Streifen 30 auf, dem Halbleiter 10 gebildet oder "eingeschrieben" hat, kann man sie gewissermaßen löschen, indem man damit aufhört, sie durch das Elektronenbündel zu unterhalten, d.h. man kann den Ausgangswandler löschen und mit neuen Werten der an die Elektroden der Kanone 20 angelegten Spannungen eine andere Serie schaffen, d.h. einen anderen Kamm schaffen, der auf der Schicht 10 eine andere Position einnimmt. Nachdem eine erste Serie von Streifen 30 geschaffen worden ist, ist es somit möglich, daraus eine andere verschiedene Serie zu erzeugen, ohne daß die Vorrichtung die vorhergehende Serie gespeichert

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behält. Mit anderen Worten, man kann in den Vorrichtungen nach der Erfindung gemäß den Erfordernissen den Ausgangswandler 123 mit Bezug auf den festliegenden Eingangswandler 21 verschieben und die Verzögerung regulieren, die das Hochfrequenzsignal zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Vorrichtung erfährt. Diese Verzögerung wird verringert, indem der Ausgangswandler in Fig. 2 nach links verschoben wird, und sie v/ird vergrößert, indem er nach rechts verschoben wird.

Der Wandler 123 wird vorübergehend in der Position gehalten, die der gewünschten Verzögerung entspricht.

Die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet, diese Verschiebung in besonders einfacher Weise mit Hilfe der Ablenkelektroden 13 und unter Bedingungen auszuführen, die dem mit dem Gebiet der Elektronenröhren vertrauten Fachmann geläufig sind.

In dem angegebenen Beispiel lag die Breite der Zinken des Ausgangskammes, d.h. die Breite der Rechtecke 30 in öbr Größenordnung der halben Wellenlänge der Schallwelle, die sich in der piezoelektrischen Platte 2 fortpflanzt, d.h. für ein Hochfrequenzsignal von 50 MHz und eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle in dem piezoelektrischen Material von 3000 m/s bei 0,03 mm, wie oben angegeben.

Die Ablenkung wurde so geregelt, daß Streifen erzielt werden, deren Abstände (Entfernung zwischen den Mittellinien der Rechtecke 30) eine Wellenlänge der Schallwelle in dem piezoelektrischen Material betragen. Streifen 30, die um ein Vielfaches dieser Wellenlänge getrennt sind, hätten dasselbe Ergebnis ergeben.

Im übrigen ist die Betriebsweise der Vorrichtung von Fig. 2 zu der der Vorrichtung von Fig. 1 analog: Die Potentialwelle, die die Schallwelle begleitet, welche sich durch den piezoelektrischen Kristall ausbreitet,

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induziert ein Signal in dem Kamm, der durch die leitenden Streifen 30 und die Elektrode 15 gebildet ist. Eine Elektrode 16 ist auf der halbleitenden Schicht 10 in unmittelbarer Nähe der Elektrode 15 angeordnet, mit der sie kapazititv gekoppelt ist. Das Ausgangssignal V^ wird zwischen der Elektrode 16 und der Masseelektrode 14 abgenommen. Die Vakuumumhüllung/ innerhalb welcher der Elektronenbeschuß stattfindet, ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.

In der Vorrichtung nach der Erfindung ist die Dicke der halbleitenden Schicht 10 deutlich niedriger als die Wellenlänge der Schallwelle gewählt, die sich durch den piezoelektrischen Kristall 2 fortpflanzt, und zwar derart, daß die Fortpflanzung dieser Welle nicht gestört wird, die an der Oberfläche, d.h. an der Trennfläche des Kristalls 2 und der Schicht 10 erfolgt.

Im übrigen wird angenommen, was insbesondere bei dem Cadmiumsulfid der Fall ist, daß die Diffusiorislänge der freien Ladungsträger außerhalb.des Volumens, innerhalb welchem sie erzeugt werden, in bezug auf die Dicke des Elektronenbündels gering ist, d.h. in bezug auf die Breite der Rechtecke 30. Diese Länge ist in dem genannten Beispiel ein Mikrometerbruchteil, während die Breite der Rechtecke 0/03 mm beträgt, wie oben angegeben.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher das Äusgangssignal an einer Elektrode 17 abgenommen wird, die ebenfalls streifenförmig- und parallel zu den Streifen 30 auf der Platte 2 angeordnet ist, wie es Fig. 3 zeigt. Diese Ausführungsform, die einfacher als die von Fig. 2 ist, ermöglicht jedoch nicht, eine Gesamtänderung der Verzögerung zu erhalten, die ebensogroß ist wie die vorgenannte, denn wenn man die Streifen 30 in Fig. 3 nach links verschiebt, um diese Verzögerung zu verringern, verringert man gleich-

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zeitig die Kopplung des Rasters der Streifen 30 mit dem Streifen 17, der eine feste Position einnimmt, und infolgedessen die Höhe des Ausgangssignals. Die Elektrode 17 empfängt das Ausgangssignal durch kapazitive Kopplung mit dem Ausgangswandler 123.

In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Schicht von Fig. 2 beseitigt. Eine solche Beseitigung ist möglich, wenn das Material der Platte 2 unter denjenigen Materialien ausgewählt wird, die gleichzeitig die Erscheinung der Piezoelektrizität und der Sekundärleitfähigkeit aufweisen, wie beispielsweise das Cadmiumsulfid selbst; Galliumarsenid wäre ebenfalls geeignet.

In den vorangehenden Beispielen waren die Zinken 30 der Kämme 123 in ihrer Gesamtheit durch leitend gemachte Zonen an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials gebildet. Man kann aber im Rahmen der Erfindung diese Streifen teilv/eise aus Leitern 31 herstellen, die an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials oder des dasselbe bedeckenden Materials mit Sekundärleitfähigkeit verstofflicht sind, und teilweise aus Zonen 32 herstellen, die durch Elektronenbeschuß leitend gemacht sind, wie es die Einzelheit von Fig. 4 zeigt, in welcher die gleichen Bestandteile die gleichen Bezugszahlen wie in den vorangehenden Figuren tragen.

In diesem Fall würden die Einrichtungen 20 an die Abmessungen der herzustellenden Zonen angepaßt werden. Sie würden sich in diesem Fall nicht wesentlich von denen unterscheiden, die in den Fig. 2 und 3 verwendet worden sind, von denen sie sich nur durch Einzelmerkmale unterscheiden würden, die dem Fachmann verständlich sind.

In desem Fall wäre die Verzögerung noch regulierbar, indem für jede Verzögerung die Serie von Streifen gewählt.wird, die zur Bildung des Ausgangswandlers beiträgt: Dazu tragen wirksam allein diejenigen dieser Streifen bei, die mit der Elektrode 15 durch eine Zone 32 mit

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Sekundärleitfähigkeit verbunden sind, welche durch das Elektronenbündel beschossen wird.

Ebenso ist es als weitere Abwandlung möglich, in bestimmten Anwendungsfällen Streifen 30 mit ungleicher Länge vorzusehen. Die Länge dieser Streifen würde in diesem Fall durch ein System von zwei zusätzlichen Platten gesteuert werden, die die Elektrode 18 (Fig. 3) bilden, beiderseits der Anode 13 angeordnet sind und ermöglichen, auf die Breite des Elektronenstrahls, der auf die gekrümmten Linien begrenzt ist, mit Hilfe einer nicht dargestellten Quelle einzuwirken, die mit den betreffenden Platten durch Verbindungsleitungen 180 verbunden ist, und zwar unter Bedingungen, die dem mit dem Gebiet der Elektronenkanonen vertrauten Fachmann bekannt sind.

Es ist außerdem möglich, unter Bedingungen, die auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind, bei Bedarf die Breite der Streifen 30 zu verändern, wie es in der Darstellung von Fig. 4 der Fall ist.

Schließlich ist in Fig. 2 ein Ausgangswandler dargestellt, der aus einem Kamm besteht, welcher durch den leitenden Streifen 15 und die Zinken 30 gebildet ist. Diese Form ist lediglich als Beispiel angegeben worden.. Selbstverständlich kann man im Rahmen der Erfindung für diesen Wandler sehr verschiedenartige Formen vorsehen, insbesondere die Form, bei welcher er nicht mehr aus einem einzigen, sondern aus zwei Kämmen besteht, die einander gegenüberliegen und bei denen die Zinken des einen zwischen den Zinken des anderen angeordnet sind, gemäß der ineinandergefügten Anordnung, wie sie etwa in der Höchstfrequenztechnik bekannt ist.

Das Vorgenannte ist in dem Fall anwendbar, in welchem der Ausgangswandler und der Eingangswandler vertauscht sind, wobei der Ausgangswandler festliegt und der durch Sekundärleitfähigkeit gebildete Eingangswandler mit Be-

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zug auf den Ausgangswandler verschiebbar ist.

Das Vorgenannte ist außerdem in dem Fall anwendbar, in welchem der Eingangswandler und der Ausgangswandler, die alle beide durch Sekundärleitfähigkeit gebildet sind, alle beide an der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers verschiebbar sind.

Aus dem Folgenden wird ersichtlich, wie die Verwendung von solchen Wandlern unter den beschriebenen Bedingungen die Anwendung dieser Vorrichtungen bei bestimmten Problemen der Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen besonders vereinfacht, wie etwa bei der Verdichtung oder der Ausdehnung von Impulsen und dem Filtern von Signalen.

Die Erläuterung erfolgt an Hand von Fig. 5, die zeigen soll, wie diese Vorrichtungen arbeiten, wenn sie bei der Lösung dieser Probleme verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung in Draufsicht.

Als Beispiel, das nicht als Einschränkung zu verstehen ist, bezieht sie sich auf eine Vorrichtung, bei welcher der Ausgangswandler zwar die Form der in den vorangehenden Figuren dargestellten Ausgangswandler hat, d.h. die Streifen 30 mit Sekundärleitfähigkeit verwendet, jedoch ohne Schwierigkeiten dazu dienen kann, die Betriebsweise der Vorrichtung mit Eingangs- und Ausgangswandlern, die auf dem piezoelektrischen Körper feste Positionen einnehmen, zu erläutern, wie sie etwa insbesondere aus dem Aufsatz von R.H. Tancrell und M.G. Holland, "Acoustic Surface Wave Filters", bekannt ist, der in der Revue PIEEE 1971, 59, S. 393-409, erschienen ist, auf den zweckmäßig Bezug genommen wird.

In Fig. 5 sind mit den gleichen Bezugszeichen und in einander benachbarter Form bestimmte der Bestandteile der vorangehenden Figuren dargestellt. 15A und 15B sind leitende Bänder, welche die ineinandergefügten Kämme ver-

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vollständigen/ aus welchen der Ausgangswandler 123 gebildet ist. 16A und 16B sind weitere metallische Leiter, die mit den vorgenannten kapazitiv gekoppelt sind, zum Abnehmen des Ausgangssignals V₉ an den Klemmen 18A und 18B außerhalb der Vakuumumhüllung (nicht dargestellt), in der sich das in diesen Vorrichtungen verwendete Elektronenbündel fortpflanzt. In Fig. 5 ist dagegen keine der Einrichtungen dargestellt, die dazu verwendet werden, den Elektronenbeschuß auszuführen, welcher zur Erzielung der leitenden Streifen 30 erforderlich ist. Dazu wird auf die anderen Figuren Bezug genommen. Der Pfeil gibt die Fortpflanzungsrichtung der mechanischen Welle in dem piezoelektrischen Körper an.

Um sich in die Bedingungen des Standes der Technik mit festen Eingangs- und Ausgangswandlern zu versetzen, genügt es anzunehmen, daß der Ausgangswandler nicht mehr, wie in Fig. 5 dargestellt, gebildet ist, sondern durch metallische Kämme, die beispielsweise wie der Eingangswandler durch Auftragen von Metall auf den piezoelektrischen Körper hergestellt sind. In diesem Fall wären die Klemmen 18A und 18B direkt, mit den leitenden Streifen 15A bzw. 15B verbunden.

Wenn das an dem Eingang der Vorrichtung an die Klemmen 1A und 1B des Eingangswandlers 1 angelegte Signal V die Form eines frequenzmodulierten oder nicht frequenzmodulierten Impulses hat, ist es in bekannter Weise (vgl. den genannten Aufsatz) möglich, aus dem Ausgangssignal Vp die verschiedenen Frequenzen, die das Spektrum dieses Impulses bilden, mit ihrer Maximalintensität an verschiedenen Punkten des Ausgangswandlers wiederzugewinnen, indem der ineinandergefügten Anordnung des Ausgangswandlers an jedem seiner Punkte eine Teilung gegeben wird, die an die in diesem Punkt wiederzugewinnende Frequenz angepaßt ist: Der Abstand zwischen zwei benachbarten Zinken der ineinandergefügten Kammanordnung ist gleich der Hälfte der entsprechenden Wellenlänge. Diese Frequenzen werden durch Zeitinter-

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valle voneinander getrennt wiedergewonnen, die von der Seit abhängig sind, welche die Wellen der verschiedenen Frequenzen, die durch den Eingangswandler in dem Zeitpunkt des Anlegens des Impulses gleichzeitig in dem Kristall induziert werden, benötigen, um mit der charakteristischen Geschwindigkeit des piezoelektrischen Mediums die Entfernung zurückzulegen, die den Eingangswandler von den Punkten des Ausgangswandlers trennt, an welchen sie wiedergewonnen werden. Es ist deshalb möglich, einen Impuls auszudehnen oder zu verdichten, bestimmte Frequenzen, die ihn bilden, zu filtern, die Frequenzen zeitlich umzukehren, usw...., indem dieser Teilung eine Serie von diskreten Werten in bezug auf das gewünschte Resultat gegeben wird.

Diese Vorrichtungen stellen somit Filter dar, und ihre gebräuchlichste Anwendung liegt auf dem Gebiet der "angepaßten" oder selektiven Filter, die den Vorteil haben, daß sie das Gewinnen eines besonderen Signals aus dem es umgebenden Rauschen ermöglichen. Ein bekanntes Beispiel ist das Impulsverdichtungsfilter, welches eine maximale Ausgangsspannung liefert, wenn das empfangene Signal einen Frequenzverlauf hat, der mit dem des Kammes dieses Filters identisch ist.

In einem bestimmten Augenblick gewinnt man gleichzeitig an den verschiedenen Punkten des Ausgangswandlers die Komponenten der verschiedenen Frequenzen des Signals zurück. Diese Komponenten addieren sich in diesem Zeitpunkt und bilden ein Signal, dessen Stärke viel größer ist als die jeder der Komponenten und bei welchem das Signal-Rauschverhältnis viel größer ist als bei dem Ursprungssignal.

Einen weiteren Anwendungsfall stellt das Phasencodefilter dar: Hier ist überdies die Ausgangsspannung maximal, wenn das empfangene Signal mit demselben Gesetz wie das Kammfilter phasenmoduliert ist.

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Da das angelegte Signal aus Wellenzügen besteht, die gemäß dem betreffenden Code untereinander phasenverschoben sind/ ist die Anordnung der Zinken des Ausgangswandlers derart gewählt, daß gleichzeitig alle Teile des Signals, d.h. die betreffenden Wellenzüge mit ihrer Phase an verschiedenen Punkten des Ausgangswandlers aufgenommen werden.

In dem Beispiel von Fig. 5 ist der Fall der Verdichtung von Impulsen dargestellt: Das an den Eingangswandler 21 angelegte Signal ist mit einer Frequenz, die vom Anfang bis zum Ende des Signals zunimmt, frequenzmoduliert. Der Ausgangswandler 123 besteht aus zwei ineinandergefügten Kämmen. Der Schritt zwischen abwechselnden Zinken 30 dieser Kämme nimmt, wie in Fig. 5 ersichtlich, kontinuierlich von dem Eingang zu dem Ausgang des Ausgangswandlers zu. Auf diese Weise werden die Bedingungen der Verdichtung des Signals verwirklicht, von der weiter oben die Rede gewesen ist. Wenn die niedrigsten Frequenzen des Anfangs des Signals die entferntesten Punkte des Ausgangswandlers erreichen, erreichen die höchsten Frequenzen den Eingang desselben. Man entnimmt nun im gleichen Zeitpunkt die Komponenten des Signals, die sich zu einem Signal großer Stärke addieren.

Durch die Verwendung der Wandler mit Sekundärleitfähigkeit ist es allgemein möglich, mit einer- großen Anpassungsfähigkeit die Kenndaten des Ausgangswandlers ein und derselben Vorrichtung entsprechend dem zu erzielenden Resultat abzuändern.

Es ist auf diese Weise möglich, einen Ausgangswandler mit konstanter Teilung, mit kontinuierlich variabler Teilung, wie in dem Beispiel, mit einer Teilung, die in der Fortpflanzungsrichtung eine Reihe von diskreten Werten aufweist, vorzusehen, und zwar in ein und derselben Vorrichtung. Diese Anpassungsfähigkeit ist in dem Fall der Phasencodes von besonderem Vorteil. Diese Aufzählung selbst

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stellt für die Erfindung keine Einschränkung dar·

Die Länge selbst der leitenden Streifen 30 kann außerdem derart gesteuert werden, daß sie in der Portpflanzungsrichtung einen kontinuierlich veränderlichen Wert oder eine Reihe von diskreten Werten hat. Solche veränderlichen Längen werden in an sich bekannter Weise dazu verwendet, die Amplitude von Nebenlappen in dem Signal zu verringern.

Schließlich ist es auch möglich, mehrere aufeinanderfolgende Zinken eines der Kämme mit einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Zinken des anderen Kammes in dem Ausgangswandler abwechseln zu lassen, usw.

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Claims (20)

1. Patentansprüche s

   1 .J Elektroakustisch^ Verzögerungsvorrichtung für
   elektrische Hochfrequenzsignale, mit einem piezoelektrischen Medium, welches in der Lage ist, eine mechanische Welle zu übertragen, wenn an ihm ein elektrisches Signal anliegt, und welches mit einem Eingangswandler, an den das elektrische Signal angelegt wird, und mit einem Ausgangswandler gekoppelt ist, der das durch das Medium übertragene Signal wiedergewinnt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Wandler mindestens teilweise aus Zonen eines elektrisch isolierenden Materials besteht, welches durch einen Elektronenbeschuß leitend gemacht ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen von einem elektrisch isolierenden
   Material gebildet sind, welches das piezoelektrische
   Medium bedeckt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen von dem piezoelektrischen Material selbst gebildet sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen Rechtecke sind,
   die parallel zu einander angeordnet sind und sich in
   einer Richtung erstrecken, die zu der Fortpflanzungsrichtung der mechanischen Welle in dem piezoelektrischen Medium senkrecht ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler, der teilweise durch die Zonen
   gebildet ist, außerdem mindestens einen leitenden Streifen aufweist, der parallel zu der Fortpflanzungsrichtung der mechanischen Welle mit den Rechtecken an einem ihrer Enden in Kontakt ist.

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6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler außerdem weitere leitende Streifen aufweist, die mit den Zonen in Kontakt sind, dieselbe Breite wie diese Zonen haben, in der Verlängerung derselben angeordnet und in bezug auf diese Zonen auf der von dem zu der Fortpflanzungsrichtung parallelen leitenden Streifen abgewandten Seite gelegen sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer der Zonen und dem dieselbe verlängernden leitenden Streifen gebildeten Anordnungen jeweils die gleiche Länge haben.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen jeweils die gleiche Breite haben.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen zweiten leitenden Streifen, der mit der Fläche der durch das Elektronenbündel beschossenen Vorrichtung in Kontakt, parallel zu dem ersten Streifen und in seiner unmittelbaren Nähe auf der von den Zonen abgewandten Seite gelegen ist, und durch eine leitende Platte, die mit der anderen Fläche der Vorrichtung in Kontakt ist, wobei der zweite Streifen und diese Platte die Klemmen des Wandlers bilden.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen leitenden Streifen, der auf ihre durch das Elektronenbündel beschossene Fläche außerhalb der Zonen in dar Fortpflanzungsrichtung der mechanischen Welle parallel zu den Zonen aufgebracht ist,und eine leitende Platte aufweist, die mit der anderen Fläche der Vorrichtung in Kontakt ist, und daß der parallele Streifen und die leitende Platte die Klemmen des Wandlers sind.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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    daß das isolierende Material Cadmiumsulfid CdS ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material Cadmiumsulfid CdS ist.
13. 13. Vorrichtung zur Verzögerung von elektrischen Hochfrequenzsignalen nach Anspruch 1, mit einem piezoelektrischen Medium, welches in der Lage ist, eine elastische Welle zu übertragen, wenn ein elektrisches Signal an ihm anliegt, mit einem mit diesem Medium gekoppelten Eingangswandler, an den das elektrische Signal angelegt wird, und mit einem mit diesem Medium gekoppelten Ausgangswandler, welcher das durch das Medium übertragene Signal zurückgewinnt, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsv/andler fest ist und daß der Ausgangswandler mindestens teilweise durch die Zonen gebildet ist.
14. 14. Vorrichtung zum Verzögern elektrischer Hochfrequenzsignale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswandler, der auf dem piezoelektrischen Mediura eine feste Position einnimmt, enthält: Einrichtungen zum Erzeugen eines Elektronenbündels; Einrichtungen, die ihr Auftreffen auf den Zonen des elektrisch isolierenden Materials sicherstellen, wobei das Auftreffen an der Stelle, wo es erfolgt, die Leitfähigkeit des Materials durch Auftreten von freien Ladungsträgern innerhalb desselben bewirkt; Einrichtungen, die das Elektronenbündel in Impulse zerhacken, wobei das Auftreffen des Elektronenbündels auf jede der Zonen im Verlauf eines dieser Impulse erfolgt; Einrichtungen, die die Ablenkung des Elektronenstrahls sicherstellen, damit die Zonen gleiche Abstände voneinander haben; und Einrichtungen, die die periodische Abtastung dieser Zonen durch das Elektronenbündel mit einer Periode sicherstellen, die niedriger ist als die Rekombinationszeit der freien Ladungsträger; und daß die Vorrichtung außerdem mit Einrichtungen versehen

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    ist, die den Ablenkeinrichtungen zum Verändern des Abstandes der Zonen auf dem isolierenden Material zugeordnet sind.
15. 15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4, 5 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Abstände zwischen den Rechtecken in der Fortpflanzungsrichtung gemäß jeder der an dem Signal auszuführenden Verarbeitungen reguliert sind.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand konstant ist.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstand in der Fortpflanzungsrichtung kontinuierlich ändert.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand in der Fortpflanzungsrichtung eine Reihe von diskreten Werten aufweist.
19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Länge der Rechtecke von einem zum anderen Ende des Wandlers kontinuierlich ändert.
20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Rechtecke in der Fortpflanzungsrichtung eine Reihe von diskreten Werten aufweist.

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