DE2436734A1

DE2436734A1 - Elektroakustische verzoegerungsleitung mit grosser laufzeit

Info

Publication number: DE2436734A1
Application number: DE2436734A
Authority: DE
Inventors: Jean Puyhaubert; Michel Seguin
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1974-07-30
Publication date: 1975-02-20
Also published as: FR2239812A1; GB1485270A; FR2239812B1; FR2241166A1; US3914718A; DE2436734B2; FR2241166B1; DE2436734C3

Description

Elektroakustische Verzögerungsleitung mit großer

Laufzeit ■

Die Erfindung betrifft eine mit Volumenwellen arbeitende akustische Höchstfrequenz-Verzögerungsleitung, die bei geringem Raumbedarf eine Verzögerung von mehreren zehn Mikrosekunden ergibt und dabei eine Dämpfung verursacht, die mit der Verwertung des verzögerten Signals vereinbar ist. ,

Bekanntlich enthalten Verzögerungsleitungen dieser Art im wesentlichen zwei Wandler, von denen der eine die Umwandlung der elektromagnetischen Welle in eine elastische Welle und der· andere die umgekehrte Umwandlung durchführen, und die mit einem im allgemeinen kristallinen Medium verbunden sind, in dem sich die elastische Welle mit einer Geschwindigkeit ausbreitet, die sehr klein gegen die Lichtgeschwindigkeit ist. Die beiden Wandler fallen manchmal zusammen, da eine Totalreflexion der Schallwelle an der Stirnfläche des Ausbreitungsmediums stattfindet. Unter diesen Bedingungaientspricht die Verzögerung der Dauer eines Hinwegs und eines Rückwegs in dem Ausbreitungsmedium. Da die Laufzeit der im Ausbreitungsmedium

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-ζ-

zurückgelegten Strecke proportional ist, ergibt eine mit Reflexion arbeitende Verzögerungsleitung eine doppelt so große Verzögerung wie eine Verzögerungsleitung gleicher Abmessung, die nur mit Übertragung arbeitet. Die Erzielung von Verzögerungen von mehr als 50 us würde jedoch selbst in diesem Fall zu Längen des kristallinen Ausbreitungsmediums führen, die zu groß sind, als daß sie noch praktisch realisiert werden könnten. Als Anhaltspunkt kann beispielsweise daran erinnert werden, daß bei einer Welle, die sich entlang der Achse C in einem Korundstab ausbreitet, eine Verzögerung von 1 us für einen Weg von etwa 11,2 mm erhalten wird. Eine Verzögerung von 50 /us würde also einen Stab in der Größenordnung von 0,5 m erfordern, was sowohl aus technologischen Gründen als auch wegen des Herstellungspreises offensichtlich nicht realisierbar ist.

Zur Erhöhung der von einer solchen Leitung erzeugten Verzögerung ist es vorgeschlagen worden, anstelle des nach einer Reflexion am Ende des Ausbreitungsmediums erhaltenen Echos eine Welle zu verwenden, die mehrere Reflexionen erlitten hat, also mehrere Hin- und Rückwege in dem Ausbreitungsmedium zurückgelegt hat. Zur Verringerung der Energieverluste der Welle im Kristall, die insbesondere von Störreflexionen an den Rändern infolge der Streuung verursacht werden, ist insbesondere in den US-Patentschriften 3 317 861 und 3 317 862 angegeben worden, wenigstens eine fokussierende Reflexionfläche zu verwenden, die eine Konzentration der Schallwelle bei jeder Reflexion nach den Gesetzen der geometrischen Optik gewährleistet.

In der US-PS 3 317 861 ist eine rotationssymmetrische Struktur beschrieben, die eine ebene Stirnfläche aufweist, auf welche der Eintrittswandler aufgesetzt ist,

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der außerhalb der Rotationssyimetrieachse der Struktur liegt; die als Kugelfläche ausgebildete entgegengesetzte Stirnfläche fokussiert die elastische Welle an einem Punkt der ebenen Eintrittsfläche„Der Ausgangswandler liegt an der gleichen ebenen Stirnfläche an dem Punkt, der dem Auftreffen der Welle nach der der gev/ünschten Verzögerung entsprechenden Anzahl von fokussierenden Reflexionen entspricht.

In der US-PS 3 317 862 ist eine rotationssymmetrische Struktur beschriebe^ die zwei sphärische Stirnflächen mit gleicher Krümmung aufweist_s die in'einem Abstand voneinander liegen, der von der Brennweite der von den Stirnflächen gebildeten sphärischen Spiegel verschieden ist. Es sind zwei Wandler vorgesehen, da die Verzögerungsleitung entweder¹mit Reflexion oder mit Übertragung nach mehreren Reflexionen an den Kugelflachen arbeitet. Bei einer Ausführungsform ist eine der Flächen durch zwei Kugelkalotten gebildet,, die nebeneinander liegen. ·

Die Wirkungsweise dieser Verzögerungsleitungen ist in den erwähnten Patentschriften in Analogie zu Spiegeln erläutert.

Mit der Erfindung wird eine neuartige Struktur einer mit Mehrfachreflexion arbeitenden elektroakustischen Verzögerungsleitung geschaffen, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist_s daß das Ausbreitungsmedium von im allgemeinen zylindrischer Form in wenigstens einer Fläche endet, deren Symmetrieachse nicht mit der Symmetrieachse des Zylinders zusammenfällt, und wenigstens eine fokussierende Fläche aufweist. Vorzugsweise sind die beiden den Weg der Schallwelle begrenzenden Flächen fokussierend und insbesondere sphärisch^ wobei die Linie, welche-die Mittelpunkte der diese Flächen bildenden Kalotten verbindet, nicht mit der Symmetrieachse des Zylinders zusammenfällt. Diese Struktur ermöglicht eine bessere Trennung der Auf-

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trs^fpunkte der reflektierten Wellen an den Endflächen, ^oefeireli dis Auswahl der Echos hoher Ordnungsnummer erleichtert wird» Die Fokussierung der elastischen Welle bedingt eise Beziehung zwischen der Länge des stofflichen Ausbr@itiingsmediums_y die durch die zu erzielend® Verzögerung festgelegt Ist, und der Brennweite der. Reflektorflächen, cUli-s zwischen dem Krümmungsradius der Kugeln und der mechanise!!©» Länge des Ausbreitungsmediums. Da nämlich der Wandler eine ebene Welle (Bündel aus parallelen Strahlen) aussendet, wird die maximale Konzentration nach der ersten Reflexion im bildseitigen Brennpunkt der ersten reflektierenden Fläoh© erhalten. Der Abstand dieses Brennpunkts vom Scheitel iies Spiegels ist gleich der Hälfte das Krümmungsradius des Spiegels, -wie allgemein bekannt ist» Der Konzentrationseffekt wird aii besten dadurch ausgenutzt, daß die zweite Endfläche In iez» NMlie des Brennpunkts angeordnet wird. Diese Bedingung ist Jedoch nicht unerläßlich , da die Konzentrationswirkung für 5©de Strecke erhalten wird, die kleiner als die Hälfte des Kr'ümmnngsradius ist. Wenn die zweite Endfläche eben ist₉ kann eine Konzentrationswirkung erhalten werden. Das gleiche gilt, wenn die beiden Flächen fokussierend sind Α den gleichen Kir.iaraiun^sradius haben. Diese Bedingung kann

der ^uftreffmuiK+e der reilektier- ^-♦»n uuersciini UO aes stofflichen γ,- ^«ki#s,i ι s,,w ^ > ·χΑ«η, intini-'le ^r^ebnisse werden

verwendet werden.

»vv". S D ..' '

Ii 0 Π \' ή S / 0 8 1 L

Biese Beziehung entspricht näherungsweise der Konjugationsgleichung von Kugelspiegeln. Die Fokussierungswirkung wird jedoch für jeden Wert von e erhalten, der kleiner als der durch die Gleichung (1) definierte optimale Wert ist, sowie auch für geringfügig größere Werte, Die mit Verzögerungsleitungen nach der Erfindung erhaltenen experimentellen Ergebnisse zeigen nämlich, daß die Dämpfung der Echos sehr nahe bei dem theoretischen Wert liegt, der aufgrund der Absorption im Ausbreitungsmedium und der Umwandlungsgrade der Wandler berechnet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Verzögerungsleitung nach der Erfindung ist die Abmessung der Wandler klein gegen die Abmessung der Endflächen, und es sind ihnen punktförmige Kontakte von der in der FR-PS 2 094 443 beschriebenen Art zugeordnet. Die Lage des Ausgangswandlers ist durch die Gesetze der geometrischen Optik festgelegt, und das Anbringen des Ausgangsleiters erfolgt durch eine Abtastung der Oberfläche des Wandlers mit Hilfe eines ι beweglichen Kontakts, der an einem Mikromanipulator montiert und mit einem Meßgerät verbunden ist.

Bei einer anderen Aissführungsform der mit Mehrfachreflexion arbeitenden Verzögerungsleitung nach der Erfindung ,bei der die fokussierenden Eigenschaften von nicht ebenen Reflektorflächen angewendet werden, wird wenigstens auf einem Teil des akustischen Weges ©ine transversale Ausbreitungsfora mit Scherungswellen angewendet.

Die Verzögerungsleitungen nach dieser Ausführungsform machen es möglich, die Verluste gegenüber denjenigen von Leitungen, welche die gleiche Verzögerung aufweisen und ausschließlich mit einer·longitüdinalen Ausbreitungsform arbeiten, wesentlich zu verringern, beispielsweise um etwa 15 dB im Sonderfall einer Verzögerungsleitung* die aus einem Yttrium-

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Aluminium-Granat hergestellt ist und eine Verzögerung von 60 tis bei 2 GHz ergibt.

Bekanntlich ist die Reflexion einer Longitudinalwelle an einer ebenen Fläche von einer Änderung der Ausbreitungsform begleitet. Diese Erscheinung ist von W.P.Mason in dem Buch "Physical Acoustics - Principles and Methods", Vol.1, Teil A, Seiten 492 ff._t Verlag Academic Press, zweite Auflage, 1967, klar erläutert. Es gibt sogar für ein gegebenes Material einen Einfallswinkel, für den die Umwandlung der Ausbreitungsform maximal ist, und sie kann bei bestimmten Materialien total sein. Ferner ist die Erscheinung reziprok.

Bsi dieser Ausführungsform enthalten die Verzögerungsleitungen nach der Erfindung wenigstens die folgenden Teile:

♦> ein Ausbreitungsvolumen aus einem im wesentlichen isotropen Material, das eine im wesentlichen zylindrische Seitenfläche hat, wobei an dem einen Ende des Ausbreitungsvolumens eine ebene Reflektorfläche angeordnet ist, deren Symmetrieachse die Symmetrieachse des Zylinders schneidet, während eine fokussierende Reflektorfläche in der Nähe des anderen Endes des Ausbreitungsvolumens angeordnet ist und eine Brennweite hat, die wenigstens gleich der Weglänge der vom Wandler abgegebenen elastischen Wellen ist;

- einen Eingangswandler, der in dem Medium eine ebene Longitudinalwelle erregt, die sich in einer Richtung ausbreitet, die von der Längsrichtung des zylindrischen Ausbreitungsvolumens verschieden ist und mit der ebenen Reflektorfläche einen Einfallswinkel bildet, welcher der maximalen Umwandlung der einfallenden Longitudinalwelle in eine reflektierte Transversalwelle entspricht.

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Gemäß anderen und/oder zwei nicht nicht ebenen das Yolumen zwei ehene

Reflektorflächen aufweisen. Diese. sind vorzugsweise sphärisch.

ergehen sich aus

sbeispielen anhand

Ye^zögerungs-

leitung nach der Erfindrag_s

,2 d©a ¥eg der Schallwelle ia der ¥ergög©nmgsleitung" von Figο1₉

,3

inanderfolgenden Reflexions·

pimkt® der -Wellen an Jeder der Flächen auf eine

ipfimg der mit der ^Terzögerungs-

Fig_o4 ein Diagramm der-Di leitung von Figd Echos _g

5 eine ander© Äusführyags-fora der ?©raOgerungsleitung

mit der Iferzögerungsiaaaderfolgenden

Fig«,6 ein Diagramm d@r Dämpfwag ©i&er alt SeSiesreaigswellen arise I-iitung sack der Erfindung, deren

Ω —

F:lgo8A eine zweite Ausführungsform einer mit Scherungswellen arbeitenden Verzögerungsleitung nach der Erfindung, deren Eigenschaften aus dem Diagramm von Fig.8B er sichtlich sind und

Fig.9 sias dritte Ausführungsform einer mit Scherungswellen arbeitenden Verzögerungsleitung nach der Erfindung.

F:lg,1 zeigt einen elektroakustischen Eingangswandler 1, der über einen Leiter 2 mit einer nicht dargestellten Böehetfrequenz-Erregungsschaltung verbunden ist. Die Schallenergie breitet sich in dem Medium 4 aus, dessen IBIntrittsfläche 5 und entgegengesetzte Fläche 6 Kugelkalotten eind, deren nicht dargestellte Mittelpunkte ein© Gerade definieren» welche die Symmetrieachse x«x' €l©s zylindrischen Teils schneidet, wobei die Mittelpunkte nicht auf der Achse x-x¹ liegen. Wenn die Radien der den Kalotten 5 und 6 entsprechenden Kugeln gleich gewählt siadj sind sie im wesentlichen viermal so groß wie die Höhe des Zylinders 4, dessen Achse die Achse x-x^! ist, ύ-ΒΤ auch eine Kristallachse des das Medium 4 bildenden Makristalls entspricht, Gemäß einer Variante können die Flächen 5 und δ auch Abschnitte eines Umdrehungs-3?a2ⁱaboloidss sein, dessen Brennpunkt sich in der Nähe der anderen Fläche befindet und dessen Achse gegen die Achse x»x^J versetzt ist, Die vom Ausgangswandler 9 umgs^anelalte Energie wird über die Vorbindung 8 übertragen.

Fig_u2 ssigt den Weg der Schallwelle in einer Verzögerungsleitung naeti der Erfindung₃ welche die folgenden Eigenschaften aufweist! das' Material ist Korund, und die mechanisch® Länge der Mantellinien beträgt 4,5 cm, was einer Verzögerung von 4 jib für einen einzigen Weg zwischen den beiden 2'efiektierenden Flächen 5 und 6 entspricht, die durch Kugel-

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kalotten mit dem Radius 20 cm gebildet sind. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Kugelkalotten beträgt 0,5 um, und die beiden Mittelpunkte liegen symmetrisch in Bezug auf die Achse x-x¹. Es. ist zu bemerken, daß bei dieser Ausführungs-form jede sphärische Reflektorfläche den Brennpunkt der anderen nicht enthält. Die Konzentrationswirkung ist jedoch beträchtlich. Wenn angenommen wird, daß der Sendewandler punktförmig ist und im Punkt 0 liegt, sind die aufeinanderfolgenden Reflexionspunkte der elastischen Welle nacheinander mit 1, 2, 3, 4 .....numeriert. Es ist zu erkennen , daß der Auftreffpunkt des Bündels bei der zehnten Reflexion in der Nähe des Erregungspunktes liegt. Der Klarheit wegen ist der Verlauf nicht über das zehnte Echo hinaus fortgeführt.

Fig.3 zeigt eine Projektion der verschiedenen Auftreffpunkte des akustischen Bündels auf eine Ebene, die senkrecht zur Achse x-x¹ des Zylinders steht. Wie zu erkennen ist,sind die aufeinanderfolgenden Auftreffpunkte des akustischen Bündels deutlich voneinander getrennt. Durch den in voller Linie gezeichneten Kreis ist die Zone der beiden Endflächen dargestellt, die von den Wandlern 1 und 9 bedeckt ist. Die beiden Zonen werden nacheinander mit Hilfe eines punktförmigen Kontakts abgetastet, wie etwa des Kontakts 8, der durch ein Metallband gebildet ist, an das man das abgerundete Ende eines Kapillarrohres aus Isoliermaterial, wie Glas, andrückt. Das andere Ende des Metallbandes ist mit einem Meßgerät nach Art eines durch die Eingangssignale synchronisierten Oszillosköps verbunden. Das Kapillarrohr wird von einem Mikromanipulater getragen, der durch die Bedienungsperson gesteuert wird. Die Verzögerung des Echos ermöglicht die Identifizierung seiner Rangnummer. Der Auftreffpunkt ist durch die Position des Kapillarrohrs definiert, die dem maximalen Empfangssignal entspricht. Es ist zu bemerken, daß die

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Auftreffpunkte nicht in einer Linie liegen, wie es der Fall wäre, wenn die Kugelkalotten zentrisch zur Symmetrieachse x-x¹ lägen« Die Ergebnisse der an dieser Leitung durchgeführten quantitativen Messungen sind in Fig.4 und in der Tabelle 1 wiedergegeben.

Fig.4 zeigt schematisch das Oszillogramm der Echos, die im Verlauf der Abtastung der Oberfläche des Wandlers 9 mit Hilfe eines Kontakts 8 erhalten werden, dessen Lage am Mikromanipulator in Abhängigkeit von der Verzögerung gesteuert wird.

Tabelle 1

Verzögerung	CfsJ	0	4	12	20	28	36	44	52	60
Dämpfung		-80	-49	-80	-80	-46	-55	<-80	<-80	-43

Die Dämpfung des fünfzehnten Echos ist auf 43 dB begrenzt.

In der Tabelle 2 sind die Meßwerte der Dämpfung des rfünfzehnten Echos im Frequenzband von 1 bis 1,4 GHz aufgetragen. Die Tabelle 1 entspricht den bei 1,3 GHz durchgeführten Messungen. Wie'zu erkennen ist, ist die erfindungsgemäße Verzögerungsleitung verhältnismäßig wenig selektiv. Das Frequenzband von 1 bis 1,4 GHz wird mit einer relativen Dämpfung von weniger als 3 dB erfaßt.

Tabelle 2

	50	Dämpfung bei 60 us
Frequenz	44 dB
1 GHz	41 dB
1,1 GHz	42 dB
1,2 GHz	43 dB
1,3 GHz	47 dB
1,4 GHz	9808/0814

Fig.5 zeigt den Weg der elastischen Welle bei einer anderen Ausführungsformρ bei 'welcher die Krümmungsradien der beiden sphärischen Reflektorflachen verschieden sind_o Das gewählte Material ist wie zuvor Korund ₀ und die Länge der Erzeugenden ist die gleiche wie "bei dem vorhergehenden Beispiel, nämlich 4₉5 emoDer Radius der Kalotte 5 beträgt 15 cm, und derjenige der Kalotte 6 beträgt 30 em« Der Abstand der beiden Mittelpunkte„ projiziert auf eine Normale auf die "Achse 3C-X⁹J beträgt 2.cm. Auch'in diesem Fall wird die Wirkung einer Streuung der Auftreffpunkte erhalten.

Fig.6 zeigt den relativen Pegel der aufeinanderfolgenden Echos„ die durch Abtasten des Wandlers 1 mit Hilfe eines beweglichen Kontakts in der zuvor erläuterten Weise erhalten werden,, Die Leitung hat eine Dämpfung von - '44 dB bei einer Verzögerung von 64 yus und von -39 dB bei einer Verzögerung von 32 MSo

Fig«,?A .zeigt schematlsch einen Schnitt durch eine besonders einfach herzustellende Verzögerungsieitung« Sie enthält im v/esentlichen einen Eingangsivandler 1«, der an einer ebenen Fläche 21 des Ausbreitungsmediums 4 liegt und in diesem Medium eine ebene elastische Welle erregt ₉ die vertikal von oben nach unten gerichtet ist₀ Das Medium 4_P das in der horizontalen Richtung eine allgemein zylindrische Form hat, hat eine erste ebene Stirnfläch® 22₈ die gegen die ebene Fläche 21 um'einen gegebenen Winkel C geneigt istj die Art der Bestimmung dieses Winkels wird später erläutert. Die Neigung der Fläche 22 ist so gewählt, daß die Reflexion der ebenen Welle an dieser Fliehe von eln@r maximalen Umwandlung der Longitudinalwtlle in ©In® Seherungswelle begleitet istο Die zweite .Stirnfläche des Ausbreitungsmediums ist durch eine nicht ebene,,, beispielsweise sphärische Reflektorfläche 23 gebildet« -Die Brennweite der Reflektorfläche ist so gewähltρ daß bei der Reflexion der spontane Effekt der

Beugung der elastischen Energie im Medium kompensiert wird. Die Fokussierung erfolgt an der sich in der Form einer Scherungswelle ausbreitenden Energie. Später wird erläutert, wie diese Bedingung an einem besonderen Beispiel erfüllt werden kann.

In den Tabellen 3 und 4 sind die Kennwerte derDämpfung und der Selektivität einer besonderen Ausführungsform einer solchen Verzögenzgsleitung zusammengestellt, die aus einem Yttrium-Aluminium-Granat mit der mittleren Länge 1 = 15 mm und dem Winkel C = 59°34 5 gebildet ist, wobei die Reflektorfläche 23 einen Radius von 35 mm hat. Die Ergebnisse der Tabelle 3 sind bei 1,5 GHz gemessen. Die Ergebnisse der Tabelle 4 gelten für das Echo, das eine Verzögerung von 6o us aufweist.

Fig.7B zeigt die Werte der Tabelle 3, d.h. den relativen Pegel der aufeinanderfolgenden Echos.

Tabelle 3 Tabelle 4

Verzögerung	Dämpfung
in us	in dB
15	T 50
30	·- 60
45 .	- 55
60	- 47
75	- 57

F in GHz	Dämpfung
	in dB
1,3	- 50
1.4	- 48
1,5	- 47
1,6	- 48
1.7	- 58

Die in Fig.8A dargestellte Ausführungsform arbeitet mit einer doppelten Umwandlung der Ausbreitungsform und einer Fokussierung der Longitudinalwelle. Wie zu erkennen ist, handelt es sich wie in Fig.7A um eine mit Reflexion arbeitende

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Verzögerungsleitung, d.h. eine Leitung, bei welcher der gleiche Wandler 1 zur Umwandlung der elektrischen Energie in Schallenergie und zur umgekehrten Umwandlung verwendet wird. Der Wandler 1 ist an der Seitenfläche 2Λ des Mediums 4 angebracht. Die geneigte Fläche 22 gewährleistet wie zuvor eine maximale Umwandlung der elastischen Longitudinalwelle in eine transversale Scherungswelle, die sich bis zix der zweiten Stirnfläche 23 ausbreitet, deren Neigungswinkel so gewählt ist. daß die Scherungswelle durch Reflexion mit maximalem Wirkungsgrad in eine Longitudinalwelle umgewandelt wird. Diese Longitudinalwelle wird anschließend an der nicht ebenen Reflektorfläche 24 reflektiert^ die einen Teil der Seitenfläche des Ausbreitungsmediums einnimmt. Die Brennweite dieser Reflektorfläche ist so gewählt _s daß sich die Brennebene in der Nähe oder jenseits der Ebene des Wandlers befindet, so daß in der Ebene des Wandlers der vom Reflektor 24 erzeugte Fokussierungseffekt ausgenutzt werden kann«,

Die Tabellen 5 und 6 geben die Kennwerte der Dämpfung in Abhängigkeit von dem Rang des Echos bzw. von der Frequenz für eine Verzögerungsleitung wieder, die entsprechend der Darstellung von Fig·SA ausgeführt und für eine Verzögerung von 60 as bei I₉5 GHz ausgelegt ist»

Tabelle β

- *4g< rues '**	Dänpftaig

1.5	- 55
30	- 65
45	- 57
60	- 45
• 75 .,λ?	-6O

.F .Iss QSSz	Dämpfung
	in dB
1,3	- 48
1,4	- 46
1,5	- 45
1,6	τ 47
1,7	- 50

Pig.8B zeigt die Werte der Tabelle 5, d.h. den relativen Pegel der aufeinanderfolgenden Echos·

Die Ausführungsform von Fig.9 entspricht einem Ausbreitungsvolumen, das zwei ebene Reflektorflächen 22 und 23 und zwei nicht ebene Reflektorflächen 21 und 24 hat und mit Übertragung arbeitet. Der Eingangswandler ist an der nicht ebenen Reflektorfläche 21 angeordnet, und der Ausgangswandler 9 an der nicht ebenen Reflektorfläche 24.

Die Tabelle 7 zeigt die Dämpfungskennwerte einer solchen Verzögerungsleitung, die bei 1,5 GHz arbeitet und eine Dämpfung von 60/us ergibt.

Tabelle 7

Verzögerung	Dämpfung
in us	in ΔΒ
/ 8	>- 80
16	- 58
24	- 52
32	>- 80
40	>- 80
48	- 56

Damit die Auswahl eines Echos hoher Nummer erleichter wird, let es vorteilhaft, die Überlagerung von Echos aufeinanderfolgender Nummern an dem gleichen Punkt des Wandlers zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann es vorteilhaft sein, die zuvor beschriebenen Maßnahmen anzuwenden, die im wesentlichen darin bestehen, einen punktf örmigen Kontakt zwischen den elektrischen Schaltungen und dem (bzw. den)Wandler(n) zu verwenden und die Echos auf der Austrittsfläche des Wandlers dadurch zu zerstreuen-, daß nicht ebene Reflektor-

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flächen verwendet werden, deren Symmetrieachsen gegen die Richtung der Achse _edes langgestreckten Teils des Ausbreitungsmediums geneigt sind.

Die Art der Brechnung des Neigungswinkels C der ebenen Reflektorflächen,wie etwa der Reflektorfläche 22 von Fig.?A und der Reflektorfläche 23 von Fig.8A und der Brennweite der nicht ebenen Reflektorflächen soll an Hand eines besonderen Beispiels beschrieben werden.Das gewählte Material ist ein Yttrium-Aluminium-Granat, welcher der Formel Y^AIcO₁₂ ^entspricht. Die physikalische Untersuchung der elastischen Eigenschaften dieses Materials läßt die Komponenten des Elastizitätstensors Cj. erkennen. Die Berechnung des Anisotripie-Faktors , der durch die folgende Formel gegeben ist

Y =

^C11.-^C12

ergibt einen Wert von 1,03, was bedeutet, daß das Material als isotrop angesehen werden kann. VJie von Lewis in einem Aufsatz in "Electronics Letters", Vol.8, März 1972 , Seite 131f gezeigt worden ist, ist der Neigungswinkel B, der einer totalen Umwandlung der Longitudinalwelle in eine Transversalwelle entspricht, durch die folgende Formel gegeben:

B = arc tg ( ) = arc tg ψ-44 s

worin V.. die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Longitudinalwelle und V die Ausbreitungsgeschwindigkeit der transversalen Scherungswelle sind. Bei dem gewählten Beispiel erhält man B = 59°34'.

Das Gesetz von Snellius

sin A _ sin B

ermöglicht die Bestimmung des Reflexionswinkels A der

(s.Mason a.a.O., S.493)

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Bcherungswelle. Man erhält A = 30°24». Es ist zu erkennen, daß die Summe A + B 89°58* beträgt, also sehr weitgehend einem rechten Winkel ent spricht. Dier in den Figuren dargestellte Weg der elastischen Welle ist somit gerechtfertigt.

Die Bestimmung der Brennweite einer sphärischen Reflektorfläche ermöglicht die Festlegung des Radius der Kugel, der den Hauptparameter bildet, welcher die nicht ebenen Reflektorflächen, wie etwa der Reflektorfläche 23 von Fig.7A,in den beschriebenen Strukturen definiert. Die gesuchte Bedingung besteht darin, daß die elastische Energie in der Nähe der Ebene des Wandlers oder jenseits dieser Ebene konzentriert wird, damit die spontane Beugung der elastischen Welle kompensiert wird. Die Laufzeit der elastischen Wellen im Innern des Ausbreitungsmediums ist bekannt, da auch die Ausbreitungsgeschwindigkeiten für jede der Ausbreitungsformen bekannt sind. Die Anwendung der Gesetze der geometrischen Optik (Fermat'sches Prinzip des ausgezeichneten Lichtwegs) ermöglicht die Definition der Länge des elastischen Wegs.Sie darf höchstens gleich der Brennweite der Reflektorfläche sein,damit der Konzentrationseffekt besteht. Die Lage des Mittelpunkts muß auf der Achse des langgestreckten Teils des Ausbreitungsmediums oder geringfügig abseits dieser Achse gewählt werden, wie bereits zuvor erläutert worden ist.

Natürlich stellt der Yttrium-Aluminium-Granat nur ein Beispiel für ein Material dar, das für die Realisierung der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitungen verwendbar ist.

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Claims

P a t e η t a η s ρ r tt c h e

Mit Mehrfachreflexion arbeitende elektroakustische Verzögerungsleitung mit wenigstens einem Wandler und mit einem Schallausbreitungsmedium, das durch eine im wesentlichen zylindrische Seitenfläche und zwei Stirnflächen begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Stirnflächen eine Symmetrieachse, hat, welche die Symmetrieachse der zylindrischen Seitenfläche schneidet.

2·. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Stirnflächen eine im wesentlichen kugelförmige Kalotte ist, deren Mittelpunkt außerhalb der Achse der zylindrischen Seitenfläche liegt und deren Radius doppelt so groß wie die Länge des akustischen Weges zwischen dem an der anderen Stirnfläche liegenden Wandler und dieser Stirnfläche ist.

3. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen durch Kugelkalotten gebildet sind, deren Mittelpunkte außerhalb der Achse der zylindrischen Seitenfläche liegen, daß der Wandler an einer der Stirnflächen angeordnet ist und daß der Radius der anderen Stirnfläche doppelt so groß wie die Länge des akustischen Weges zwischen dem Wandler und dem Scheitel der diese Stirnfläche bildenden Kalotte ist.

4. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Stirnflächen eben ist und eine Symmetrieachse aufweist, welche die Symmetrieachse der zylindrischen Seitenfläche schneidet,

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daß der Wandler an der zylindrischen Seitenfläche angeordnet ist und daß die zweite Stirnfläche durch eine Kugelkalotte gebildet ist, deren Mittelpunkt in der Symmetrieebene der von der zylindrischen Seitenfläche und dem Wandler gebildeten Anordnung liegt.

5. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen eben sind und Symmetrieachsen aufweisen, welche die Symmetrieachse der zylindrischen Seitenfläche schneiden, daß der Wandler an der Seitenfläche angeordnet ist, die wenigstens an einem ihrer Enden eine kugelkalottenförmige Ausbauchung aufweist, deren Mittelpunkt in der Symmetrieebene der von der zylindrischen Seitenfläche und dem Wandler gebildeten Anordnung liegt, und daß der Radius der Kugelkalotte doppelt so groß wie die Länge des akustischen Weges zwischen dem Wandler und dem Scheitel der Kalotte ist.

6. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen eben sind und Symmetrieachsen aufweisen, welche die Symmetrieachse der zylindrischen Seitenfläche schneiden, daß die zylindrische Seitenfläche in der Nähe ihrer Enden zwei Kugelkalotten aufweist, deren Mittelpunkte in der Symmetrieebene der von der zylindrischen Seitenfläche und dem Wandler gebildeten Anordnung liegen, und daß der Wandler an einer, der Kugelkalotten angeordnet ist.

7. Verzögerungsleitung nach Anspruch 5$ dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt der Kugelkalotte außerhalb der Symmetrieebene der vom Wandler und der zylindrischen Seitenfläche gebildeten Anordnung liegt.

5Q9808/08U

8. Verzögerungsleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der beiden Kugelkalotten außerhalb der Symmetrieebene der von der zylindrischen Seitenfläche und dem Wandler gebildeten Anordnung liegen.

5 0 9 8 0 8 / 0 8 U

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