DE2436734B2

DE2436734B2 - Mit mehrfachreflexion arbeitende elektroakustische verzoegerungsleitung

Info

Publication number: DE2436734B2
Application number: DE19742436734
Authority: DE
Inventors: Jean Saint-Leu-La-Foret; Seguin Michel L'-Etang-La-Ville Marly; Puyhaubert (Frankreich)
Original assignee: Lignes Telegraphiques Et Telephoniques, Paris
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1974-07-30
Publication date: 1976-05-13
Also published as: US3914718A; FR2239812A1; FR2241166A1; FR2241166B1; DE2436734C3; GB1485270A; FR2239812B1; DE2436734A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Mehrfachreflexion arbeitende elektroakustische Verzögerungsleitung mit einem Schaüausbreitungskörper von im wesentlichen zylindrischer Form, dessen Stirnflächen eben oder kugelförmig gekrümmt sind und auf denen Wandler zur Umwandlung von elektrischer Energie in Schallenergie und umgekehrt angebracht sind.

Verzögerungsleitungen dieser Art, die beispielsweise aus der DT-OS 22 33 030 bekannt sind, werden dazu verwendet, elektrischen Signalen sehr hoher Frequenzen mit annehmbarer Dämpfung eine im Vergleich zur Bandlänge beträchtliche Verzögerung zu erteilen. Zu diesem Zweck wandelt ein Eingangswandler die elektrischen Signale in elastische Wellen um, die sich im Schallausbreitungskörper mit einer Geschwindigkeit ausbreiten, die sehr klein gegen die Lichtgeschwindigkeit ist bis sie nach mehreren Reflexionen an den Stirnflächen auf den Ausgangswandler auftreffen, der sie wieder in elektrische Signale zurückverwandelt. Je nachdem, ob die Anzahl der Reflexionen geradzahlig oder ungeradzahlig ist liegen der Eingangswandler und der Ausgangswandler an der gleichen Stirnfläche oder an den entgegengesetzten Stirnflächen des Schallausbreitungskörpers. Im ersten Fall arbeitet die Verzögerungsleitung im Reflexionsbetrieb, im zweiten Fall im Übertragungsbetrieb.

Zur Verringerung der Energieverluste der Welle im Schallausbreitungskörper, die insbesondere von Störreflexionen an den Rändern infolge der Streuung verursacht werden, ist insbesondere in den US-Patentschriften 3317861 und 3317862 angegeben worden, wenigstens eine fokussierende Reflexionsfläche zu verwenden, die eine Konzentration der Schallwelle bei jeder Reflexion nach den Gesetzen der geometrischen Optik gewährleistet.

In der US-PS 33 17 861 ist eine Verzögerungsleitung mit einem rotationssymmetrischen Schallausbreitungskörper beschrieben, der eine ebene Stirnfläche aufweist, auf welcher der Eingangswandler so angebracht ist, daß er außerhalb der Rotationssymmetrieachse des Schallausbreitungskörpers 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 gewünschten Verzögerung entsprechenden Anzahl von fokussierenden Reflexionen entspricht.

In der US-PS 33 17 862 ist eine Verzögerungsleitung mit einem" rotationssymmetrischen Schallausbreitungskörper beschrieben, der zwei sphärische Stirnflächen mit gleicher Krümmung aufweist, 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 entweder im Reflexionsbetriet oder im Übertragungsbetrieb mit mehreren Reflexioner an den Kugelflächen arbeitet. Bei einer Ausführungs form ist eine der Flächen durch zwei Kugelkalotter gebildet, die nebeneinander liegen.

Bei diesen bekannten Verzögerungsleitungen lieger die optischen Achsen der reflektierenden Stirnflächei parallel zu der Zylinderachse des zylindrischen Schall ausbreitungskörpers; insbesondere liegen bei kugelför

mig gekrümmten Stirnflächen die Krümmungsmittelpunkte auf der Zylinderachse, und ebene Stirnflächen stehen senkrecht zur Zylinderachse. Die Auftreffpunkte der Schallwellen liegen dann, insbesondere nach einer größeren Anzahl von Reflexionen, an den Stirnflächen so nahe beieinander, daß es schwierig ist, die Wandler so nahezubringen, daß eine eindeutige Trennung der Echos möglich ist

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Verzögerungsleitung der eingangs angegebenen Art, bei der die Auftreffpunkte der Scballwellenechos an den Stirnflächen deutlich voneinander getrennt sind, so daß die Auswahl von Echos mit hoher Ordnungssumme und entsprechend großer Laufzeil erleichtert wird, ohne daß die Dämpfung durch Störreftexionen vergrößert wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Falle ebener Stirnflächen wenigstens eine von ihnen derart geneigt ist, daß die Flächennormale und die Zylinderachse einen Winkel zueinander bilden und daß im Falle kugelförmig gekrümmter Stirnflächen wenigstens eine von ihnen derart geneigt ist, daß der Radius vom Mittelpunkt der entstehenden Stimflächenkugelkalotte und die Zylinderachse einen Winkel zueinander bilden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform von Verzögerungsleitungen nach der Erfindung sind die beiden Stirnflächen des Schallausbreitungskörpers oder wenigstens einer davon eine im wesentlichen kugelförmige Kalotte, deren Radius doppelt so groß wie die Länge des akustischen Weges zwischen ihr und dem an der anderen Stirnfläche Hegenden Wandler ist.

Bei dieser 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 DT-OS 22 33 030 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 iles Wandlers mit Hilfe eines beweglichen Kontaktes, der an einem Mikromanipulator montiert und mit einem Meßgerät verbunden ist.

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

Bei dieser Ausführungsform hat der .Schallausbreitungskörper wenigstens eine ebene Stirnfläche, deren Flächennormale einen Winkel mit der Zylinderachse bildet, und der Wandler ist an der Umfangsfläche des zylindrischen Schallausbreitungskörpers im Weg der zu der ebenen Stirnfläche reflektierten Schallwellen angeordnet, während am anderen Ende des Schallausbreitungskörpers eine kugelkalottenförmige Reflektorfläche angeordnet ist, die entweder durch die gegenüberliegende Stirnfläche selbst gebildet ist, oder durch eine kugelkalottenförmige Ausbauchung, die an der Umfangsfläche des Schallausbreitungskörpers angeordnet ist, wobei dann die gegenüberliegende Stirnfläche gleichfalls eben ist.

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 Accustics — PrinHnles and Methods«, Vol. 1, Teil A, S. 492 ff., Verlag Academic Press, zweite Auflage, 1957, 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.

Die Verzögerungsleitungen nach dieser Austührungsform machen es möglich, die Verluste gegenüber denjenigen von Leitungen, welche die gleiche Verzögerung aufweisen und ausschließlich mit einer longitudinalen Ausbreitungsform arbeiten, wesentlich zu verringern, beispielsweise um etwa 15 dB im Sonderfall einer Verzögerungsleitung, die aus einem Yttrium-Aluminium-Granat hergestellt ist und eine Verzögerung von 60 us bei 2 GHz ergibt

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Verzögerungsleitung nach der Erfindung,

F i g. 2 den Weg der Schallweile in der Verzögerungsleitung von F i g. 1, -

Fig.3 eine Projektion der aufeinanderfolgenden Reflexionspunkte der Wellen an den beiden Stirnflächen des Schallausbreitungskörpers auf eine gemeinsame Ebene,

Fig.4 ein Diagramm der Dämpfung der mit der^ Verzögerungsleitung von Fig. 1 erhaltenen aufeinanderfolgenden Echos,

Fig.5 eine andere Ausführungsform der Verzögerungsleitung nach der Erfindung,

Fig.6 ein Diagramm der Dämpfung der mit der Verzögerungsleitung von Fig.5 erhaltenen aufeinanderfolgenden Echos,

F i g. 7A eine Ausführungsform einer mit Scherungswellen arbeitenden Verzögerungsleitung nach der Erfindung, deren Eigenschaften aus dem Diagramm von F i g. 7 B ersichtlich sind,

Fig.8A eine zweite Ausführungsform einer mit Scherungswellen arbeitenden Verzögerungsleitung nach der Erfindung, deren Eigenschaften aus dem Diagramm von F i g. 8B ersichtlich sind, und

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

F i g. 1 zeigt eine elektroakustische Verzögerungsleitung mit einem Schallausbreitungskörper 14, der im wesentlichen die Form eines Zylinders mit der Zylinderachse X-X' hat Der Schallausbreitungskörper

14 ist ein Einkristall, und der Zylinderachse X-X' entspricht eine Kristallachse des Einkristalls. Die beiden Stirnflächen 15 und 16 des zylindrischen Schallausbreitungskörpers sind Kugelkalotten, deren nicht dargestellte Krümmungsmittelpunkte auf einer Geraden liegen, welche die Zylinderachse X-X' unter einem Winkel schneidet. Die Krümmungsradien der beiden Kugelkalotten können gleich groß sein; in diesem Fall

ist jeder Radius vorzugsweise im wesentlichen viermal so groß wie die Höhe des Zylinders mit der Zylinderachse X-X'.

An der kugelkalottenförmigen Stirnfläche 15 ist ein elektroakustischer Eingangswandler 11 angebracht, der über einen Leiter 12 mit einer nicht dargestellten Höchstfrequenz-Erregerschaltung verbunden ist. Die vom Eingangswandler 11 erzeugten Schallwellen breiten sich in dem Schallausbreitungskörper 14 aus und können nach mehreren Reflexionen an den Stirnflächen

15 und 16 mit Hilfe eines Abtastkontaktes 18 abgenommen werden, der entweder am Eingangswandler 11 selbst oder, wie in F i g. 1 dargestellt ist, an einem

an der entgegengesetzten Stirnfläche 16 angebrachten Ausgangswandler 19 angeordnet ist

Die Fokussierung der elastischen Welle bedingt eine Beziehung zwischen der Länge des Schallausbreitungskörpers 14, dit durch die zu erzielende Verzögerung festgelegt ist, und der Brennweite der Reflektorflächen, d. h. zwischen dem Krümmungsradius der Kugeln und der mechanischen Länge des Schallausbreitungskörpers. Da nämlich der Wandler 11 eine ebene Welle (Bündel aus parallelen Strahlen) aussendet, wird die maximale Konzentration nach der ersten Reflexion im bildseitigen Brennpunkt der reflektierenden Stirnfläche 16 erhalten. Der Abstand dieses Brennpunktes vom Scheitel des von der Reflektorfläche 16 gebildeten Hohlspiegels ist gleich der Hälfte des Krümmungsradius des Hohlspiegels, wie allgemein bekannt ist. Der Konzentrationseffekt wird am besten ausgenutzt, wenn dieser Brennpunkt in der Nähe der Stirnfläche 15 liegt. Diese Bedingung ist jedoch nicht unerläßlich, da die Konzentrationswirkung für jede Strecke erhalten wird, die kleiner als die Hälfte des Krümmungsradius ist. Eine Konzentrationswirkung könnte bereits dann erhalten werden, wenn die Stirnfläche 15 eben wäre. Das gleiche gilt wenn die beiden Flächen fokussierend sind und den gleichen Krümmungsradius haben. Diese Bedingung kann jedoch wegen der Abstände der Auftreffpunkte der reflektierten Bündel einen zu großen Querschnitt des stofflichen Ausbreitungsmediums erfordern. Optimale Ergebnisse werden auch dann erhalten, wenn die beiden Stirnflächen verschiedene Krümmungsradien haben, die so gewählt sind, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

~e ⁼ KV ⁺ t· ^U>

35

worin Ri und R2 die Krümmungsradien und e die Länge des Ausbreitungsmediums entlang der Rotationssymmetrieachse ist

Diese 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 solchen Verzögerungsleitungen erhaltenen experimentellen Ergebnisse zeigen nämlich, daß die Dämpfung der Echos sehr nahe bei dem theoretischen Wert liegt, der auf Grund der Absorption im Ausbreitungsmedium und der Umwandlungsgrade der Wandler berechnet wird.

Fig.2 zeigt den Weg der Schallwelle in einer Verzögerungsleitung der beschriebenen Art, welche die folgenden Eigenschaften aufweist: Das Material des Schallausbreitungskörpers 14 ist Korund, und die mechanische Länge der Mantellinien beträgt 4,5 cm, was einer Verzögerung von 4 μ5 für einen einzigen Weg zwischen den beiden reflektierenden Stirnflächen 15 und 16 entspricht, die durch Kugelkalotten mit dem Radius 20 cm gebildet sind. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Kugelkalotten beträgt 0,5 mm, und die beiden Mittelpunkte liegen symmetrisch in bezug auf die AchseX-A"'. Es ist zu bemerken, daß bei dieser Ausführungsform der Brennpunkt jeder der beiden sphärischen Reflektorflächen 15 und 16 nicht auf der anderen Reflektorfläche liegt. Die Konzentrationswirkung ist jedoch beträchtlich. Wenn angenommen wird, daß der Eingangswandler 11 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 Schallwellenbündels auf eine Ebene, die senkrecht zur Achse X-X' des zylindrischen Schallausbreitungskörpers steht. Wie zu erkennen ist, sind die aufeinanderfolgenden Auftreffpunkte des Schallwellenbündels deutlich voneinander getrennt. Durch den in voller Linie gezeichneten Kreis ist die Zone der beiden Stirnflächen dargestellt, die von den Wandlern 11 und 19 bedeckt ist. Die beiden Zonen werden nacheinander mit Hilfe eines punktförmigen Kontakts abgetastet wie etwa des Kontakts 18, 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 Oszilloskops verbunden. Das Kapillarrohr wird von einem Mikromanipulator getragen, der durch die Bedienungsperson gesteuert wird. Die Verzögerung des Echos ermöglicht die Identifizierung seiner Rangnummer. Der Auftreffpunkt ist durch die Position des Kapillarrohres definiert die dem maximalen Empfangssignal entspricht Es ist zu bemerken, daß die Auftreffpunkte nichi in einer Linie liegen, wie es der Fall wäre, wenn die Kugelkalotten zentrisch zur Symmetrieachse X-X lägen. Die Ergebnisse der an dieser Verzögerungsleitung durchgeführten quantitativen Messungen sind ir F i g. 4 und in der Tabelle 1 wiedergegeben.

Fig.4 zeigt schematisch das Oszillogramm dei Echos, die im Verlauf der Abtastung der Oberfläche des Wandlers 19 mit Hilfe eines Kontakts 18 erhaltei werden, dessen Lage am Mikromanipulator in Abhän gigkeit von der Verzögerung gesteuert wird.

Tabelle 1	0	4	12	20	28	36	44	52	60
Verzögerung (us)	-80	-49	-80	-80	-46	-55	<-80	<-80	-43
Dämpfung (dB)

Die Dämpfung des fünfzehnten Echos ist auf 43 dB Tabelle begrenzt 60

In der Tabelle 2 sind die Meßwerte der Dämpfung des fünfzehnten 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 beschriebene Verzögerungsleitung verhältnismäßig we- nig selektiv. Das Frequenzband von 1 bis 1,4 GHz wird mit einer relativen Dämpfung von weniger als 3 dB erfaßt

Frequenz

Dämpfung
bei 60 \is

IGHz	44 dB
1,1 GHz	4IdB
UGHz	42 dB
UGHz	43 dB
1,4GHz	47 dB

F i g. 5 zeigt den Weg der elastischen Welle bei einer •nderen Ausführungsform, bei welcher die kugelkalot-•enförmigen Stirnflächen 15' und 16' des Schallausbreillingskörpers 14' verschiedene Krümmungsradien haben. Das gewählte Material ist wie zuvor Korund, und 4ie Länge der Erzeugenden ist die gleiche wie bei dem vorhergehenden Beispiel, nämlich 4,5 cm. Der Radius der Kalotte 15'beträgt 15 cm, und derjenige der K;ilotie •6' beträgt 30 cm. Der Abstand der beiden Mittelpunkte, projiziert auf eine Normale auf die Achse X-X', beträgt 2 cm. Auch in diesem Fall wird die Wirkung einer Streuung der Auftreffpunkte erhalten.

Fig.6 zeigt den realtiven Pegel der aufeinanderfolgenden Echos, die durch Abtasten des Eingangswandlers 11 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 μ5 und von -39 dB bei einer Verzögerung von 32 μ&.

Fig. 7A zeigt schematisch einen Schnitt durch eine besonders einfach herzustellende Verzögerungsleitung. Sie enthält im wesentlichen einen Eingangswandler 11, der an einer ebenen Fläche 21 des Schallausbreitungskörpers 24 liegt und in diesem eine ebene elastische Welle erregt, die vertikal von oben nach unten gerichtet ist. Der Schallausbreitungskörper 24, der in der horizontalen Richtung eine allgemein zylindrische Form hat, hat eine erste ebene Stirnfläche 22, die gegen die ebene Fläche 21 um einen gegebenen Winkel C geneigt ist; 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 Fläche von einer maximalen Umwandlung der Longitudinalwelle in eine Scherungswelle begleitet ist. Die zweite Stirnfläche des Schallausbreitungskörpers 4 ist durch eine nicht ebene, beispielsweise sphärische Reflektorfläche 23 gebildet Die Brennweite der Reflektorfläche ist so gewählt daß bei der Reflexion der spontane Effekt der Beugung der elastischen Energie im Schallausbreitungskörper 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 der Dämpfung und der Selektivität einer besonderen Ausführungsform einer solchen Verzögerungsleitung zusammengestellt, die aus einem Yttrium-Aluminium-Granat mit einer mittleren Länge /=15 mm und dem Winkel C = 59°34'5" gebildet ist, wobei die Reflektorfläche 23 einen Radius von 35 mm hat. Die Ergebnisse 4er Tabelle 3 sind bei 1,5 GHz gemessen. Die Ergebnisse der Tabelle 4 gelten für das Echo, das eine Verzögerung von 60 ps aufweist

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

Tabelle 4

Fin GHz

Dämpfung
indB

Tabelle 3

Verzögerung
in|is

Dämpfung
in dB

15	-50
30	-60
45	-55
60	-47
75	-57

1,3	-50
1,4	-48
1,5	-47
1,6	-48
1,7	-58

Die in F i g. 8A dargestellte Ausführungsform arbeite mit einer doppelten Umwandlung der Ausbreitungs form und einer Fokussierung der Longitudinalwelle Wie zu erkennen ist, handelt es sich wie in Fig. 7A un eine mit Reflexion arbeitende Verzögerungsleitung, d. h eine Leitung, bei welcher der gleiche Wandler '1 zui Umwandlung der elektrischen Energie in Schallenergii und zur umgekehrten Umwandlung verwendet wird Der Wandler 11 ist wieder an der Seitenfläche 21 de: Schallausbreitungskörpers 24 angebracht. Die geneigtf Fläche 22 gewährleistet wie zuvor eine maximale Umwandlung der elastischen Longitudinalwelle in eine transversale Scherungswelle, die sich bis zu der zweiter Stirnfläche 25 ausbreitet, die in diesem Fall ein« geneigte ebene Fläche ist, deren Neigungswinkel se gewählt ist, daß die Scherungswelle durch Reflexion mi maximalem Wirkungsgrad in eine Longitudinalwelle umgewandelt wird. Diese Longitudinalwelle wire anschließend an einer nicht ebenen Reflektorfläche 2( reflektiert die einen Teil der Seitenfläche de: Schallausbreitungskörpers einnimmt. Die Brennweite dieser Reflektorfläche ist so gewählt, daß sich die Brennebene in der Nähe oder jenseits der Ebene de; Wandlers 11 befindet, so daß in der Ebene des Wandler; der von der Reflektorfläche 26 erzeugte Fokussierungseffekt ausgenutzt werden kann.

Die Tabellen 5 und 6 geben die Kennwerte dei Dämpfung in Abhängigkeit von dem Rang des Echo; bzw. von der Frequenz für eine Verzögerungsleitung wieder, die entsprechend der Darstellung von F i g. 8A ausgeführt und für eine Verzögerung von 60 ^s bei 1,5 GHz ausgelegt ist.

Tabelle

Verzögerung
inns

Dämpfung
indB

15	-55
30	-65
45	-57
60	-45
75	-60

Tabelle

Fin GHz

Dämpfung
indB

60

65

13	-48
1,4	-46
1,5	-45
1,6	-47
1,7	-50

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

609520/33:

Bei der Ausführungsform von F i g. 9 hat der Schallausbreitungskörper 24, wie im Fall von F i g. 8A, iwei ebene Reflektorflächen 22 und 25; in diesem Fall •ind an der Seitenwand des Schallausbreitungskörpers iwei nicht ebene Reflektorflächen 26 und 27 vorgesehen, und es sind zwei Wandler vorhanden. Der Eingangswandler 11 ist an der nicht ebenen Reflektorfläche 27 angeordnet und der Ausgangswandler 19 an der nicht ebenen Reflektorfläche 24.

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

Tabelle 7

Verzögerung	Dämpfung
ίημ5	indB
8	>-80
16	-58
24	-52
32	>-80
40	>-80
48	-56

Damit die Auswahl eines Echos hoher Nummer erleichtert wird, ist 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 punktförmigen Kontakt zwischen den elektrischen Schaltungen und den (bzw. den) Wandler(n) zu verwenden und die Echos auf der Austrittsfläche des Wandlers dadurch zu zerstreuen, daß nicht ebene Reflektorflächen verwendet werden, deren Symmetrieachsen gegen die Richtung der Achse des langgestreckten Teils des Ausbreitungsmediums geneigt sind.

Die Berechnung des Neigungswinkels C der ebenen Reflektorflächen, wie etwa der Reflektorfläche 22 von Fig.7A und der Reflektorfläche 25 von Fig.8A, und der Brennweite der nicht ebenen Reflektorflächen 23, 26, 27 soll an Hand eines besonderen Beispiels beschrieben werden. Das gewählte Material ist ein Yttrium-Aluminium-Granat, welcher der Formel Y3AI5O12 entspricht Die physikalische Untersuchung ier elastischen Eigenschaften dieses Materials läßt die Komponenten des Elastizitätstensors Q₁ erkennen. Die Berechnung des Anisotropie-Faktors, der durch die folgende Formel gegeben ist

2 C^

' C — C

^Cll ^C12

ergibt einen Wert von 1,03, was bedeutet daß das Material als isotrop angesehen werden kann. Wie vo Lewis in einem Aufsatz in »Electronics Letters«, Vc 8, März 1972, S. 131, gezeigt worden ist, ist de Neigungswinkel B, der einer totalen Umwandlung de Longitudinalwelle in eine Transversalwelle entsprich durch die folgende Formel gegeben:

B = arctg

"²

= arctg -^-

worin Vi die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Longitu dinalwelle und V₅ die Ausbreitungsgeschwindigkeit de transversalen Scherungswelle ist. Bei dem gewählte! Beispiel erhält man B = 59° 34'.
Das Gesetz von Snellius

sin B

sin A

(s. Mason a. a. Ο., S. 493) ermöglicht die Bestimrnun; des Reflexionswinkels A der Scherungswelle. Mai erhält A = 30°24'. Es ist zu erkennen, daß die Summ« A + B 89°58' beträgt, also sehr weitgehend einen rechten Winkel entspricht. Der in den Figurer dargestellte Weg der elastischen Welle ist somi gerechtfertigt.

Die Bestimmung der Brennweite einer sphärischer

Reflektorfläche ermöglicht die Festlegung des Radiu« der Kugel, der den Hauptparameter bildet, welcher die nicht ebenen Reflektorflächen, wie etwa der Reflektorfläche 23 von F i g. 7A, in den beschriebenen Strukturer definiert. Die gesuchte Bedingung besteht darin, daß die Energie der elastischen Welle in der Nähe der Ebene des Wandlers oder jenseits dieser Ebene konzentrien 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 (Fermatsches Prinzip des ausgezeichneten Lichtwegs) ermöglicht die Definition der Länge des Wegs der elastischen Welle. Die darf höchstens gleich der Brennweite der Reflektorfläche sein, damit der Konzentrationseffekt besteht Die Lage des Mittelpunkts muß auf der Achse des langgestreckten Teils des Schallausbreitungskörpers oder geringfü-

gig abseits dieser Achse gewählt werden, wie bereits zuvor erläutert worden ist

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

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mit Mehrfachreflexion arbeitende elektroakustische Verzögerungsleitung mit einem Schallausbreitungskörper von im wesentlichen zylindrischer Form, dessen Stirnflächen eben oder kugelförmig gekrümmt sind und auf denen Wandler zur Umwandlung von elektrischer Energie in Schallenergie und umgekehrt angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle ebener Siirnfüächen (22, 25) wenigstens eine von ihnen derart geneigt ist daß die Flächennormale und die Zylinderachse einen Winkel zueinander bilden und daß im Falle kugelförmig gekrümmter Stirnflächen (15, 16; 15', 16') wenigstens eine von ihnen derart geneigt ist daß der Radius vom Mittelpunkt der entstehenden Stirnflächenkugelkalotte und die Zylinderachse (X-X')emen Winkel zueinander bilden.

2. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine der Stirnflächen eine im wesentlichen kugelförmige Kalotte ist deren Radius wenigstens 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 beide StirnflächendurchKugelkalotten gebildet sind, daß der Ein- und Ausgangswandler an einer der Stirnflächen angeordnet ist und daß der Radiub der anderen Stirnfläche wenigstens doppelt so groP 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 eine Stirnfläche (22, Fig.7A) eben ist, daß ein Wandler (11) an der Umfangsfläche (21) des zylindrischen Schallausbreitungskörpers (24) im Weg der von der' ebenen Stirnfläche (22) reflektierten Schallwellen angeordnet ist und daß die gegenüberliegende Stirnfläche (23) durch eine Kugelkalotte gebildet ist, deren Krümmungsmittelpunkt auf der oder in der Nähe der Achse des zylindrischen Schallausbreitungskörpers (24) liegt.

5. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen (22, 25, Fig.8A) eben sind, daß ein Wandler (U) an der Umfangsfläche (21) des zylindrischen Schallausbreitungskörpers (24) im Weg der von der einen ebenen Stirnfläche (22) reflektierten Schallwellen angeordnet ist und der zylindrische Schallausbreitungskörper (24) an seiner Umfangsfläche (21) im Weg der von der anderen Stirnfläche (25) reflektierten Wellen eine kugelkalottenförmige Ausbauchung (26, Fig.8A) aufweist, deren Radius doppelt so groß wie die Länge des zweifach gebrochenen Schallwegs zwischen dem Wandler (H) und dem Scheitel der Kugelkalotte (26) ist.

6. Elektroakustische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen (22, 25, Fig.9) eben sind, daß der zylindrische Schallausbreitungskörper (24) an seiner Umfangsfläche (21) im Wege der von jeder der beiden Stirnflächen (22, 25) reflektierten Schallwellen jeweils eine kugelkalottenförmige Ausbauchung i26.27) aufweist und daß an jeder kugelkalottenförmigen Ausbauchung (26, 27) ein Wandler (11, 19) angebracht ist