SU1056428A1

SU1056428A1 - Disperse delay line at surface acoustic wave

Info

Publication number: SU1056428A1
Application number: SU813335003A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Алексеев; Виктор Степанович Бондаренко; Сергей Юрьевич Веневцев; Георгий Вадимович Дуковский; Михаил Викторович Злоказов; Александр Павлович Крутов; Виктор Михайлович Плужников; Анатолий Иванович Токарев
Original assignee: Предприятие П/Я М-5075; Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1983-11-23

Description

Изобретение относитс к радиоэлектронике , св зи, радиолокации, в частности к устройствам обработки сложных радиосигналов на ПАВ.The invention relates to radio electronics, communications, radar, in particular to devices for processing complex radio signals on SAW.

Известна дисперсионна лини задержки на ПАВ, предназначенна дл обработки сигналов, выполненна в виде расположенных на пьезоподложке -в одном акустическом канале двух неэквидистантных встречно-штыревых преобразователей (ВШП) со взаиморбратным законом расстановки штырейKnown dispersion delay line on SAW, designed for signal processing, made in the form of two non-equidistant interdigital transducers (IDT) with interchangeable pin arrangement located on a piezo-substrate in one acoustic channel

во входном и выходном ВШП l .in the input and output IDT l.

Недостатками этого устройства вл ютс большие амплитудные и фазовые искажени , .св занные с фрёнелевской изрезанностью огибающей спектра линейно-частотно-модулированного (лчм) сигнала из-за неэквидистантности обоих ВШП, что в конечном итоге приводи к невысокой величине отношени сиг- нал/ц)ум устройства.The disadvantages of this device are large amplitude and phase distortions associated with the Frenel irregularity of the spectral envelope of the linear-frequency-modulated (hfm) signal due to the non-equidistance of both IDTs, which ultimately leads to a low signal-to-signal ratio mind of the device.

Наиболее близким к изобретению вл етс дисперсионна лини задержки (ДЛЗ) на ПАВ, содержаща звукопровод на поверхности которого акустически последовательно расположены входной эквидистантный ВШП и выходной неэквидистантный ВШ(1, закон расстановки электродных штырей в котором, соответствует ЛЧМ сигналу .The closest to the invention is the dispersion delay line (SLD) on the surfactant containing the sound conductor on the surface of which the input equidistant IDT and the output equidistant VSH are located acoustically in series (1, the law of the arrangement of electrode pins in which corresponds to the chirp signal.

Недостатками известной линии задержки вл ютс значительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала и низкое значение коэффициента передачи , обусловленное потер ми энергии на переотражение и переизлучение ПАВ при прохождении всего акустического потока входного сигнала через област размещени неэквидистантных электродных штырей выходного преобразовател а также потер ми энергии за счет дифракционной расходимости пучка ПАВ.The disadvantages of the known delay line are a significant level of side lobes of the compressed signal and a low value of the transfer coefficient due to the energy loss due to re-reflection and re-radiation of the SAW when the entire acoustic flow of the input signal passes through the placement area of the non-equidistant electrode pins of the output converter and also the energy loss due to diffraction SAW beam divergence.

Кроме того, недостатком устройства , приобретающим основное значение дл высокочастотных прецизионных устройств обработки сигналов на основе ДЛЗ, вл етс невысока точность реализации ЛЧМ преобразовани вследствие невысокой линейности дисперсионной характеристики, что обусловлено технологическими ограничени ми точности.выполнени требуемого закон пространственной расстановки электродных штырей выходного преобразовател , In addition, the disadvantage of the device, which is of primary importance for high-frequency precision signal processing devices based on DLS, is the low accuracy of the LFM conversion due to low linearity of the dispersion characteristic, which is due to technological limitations of accuracy. Fulfill the required spatial distribution of the electrode pins of the output converter,

Целью изобретени вл етс повышение линейности дисперсионной характеристики .The aim of the invention is to increase the linearity of the dispersion characteristic.

Поставленна цель достигаетс тем что в дисперсионной линии задержки на ПАВ, содержащей звукопровод, на поверхности которого акустически последовательно расположены входной ВШП и по крайней мере один выходной ВШП, входной ВШП выполнен регул рно секционированным по апертуре с регул рностью , соответствующей фазовой зонной пластинке:Френел , и с электрически параллельным соединением акустически противофазных соседних секций, апертура W выходного ВШП выбрана из услови The goal is achieved by the fact that in the dispersive delay line on a surfactant containing a sound pipe, on the surface of which the input IDT and at least one output IDT are located acoustically in series, the input IDT is made regularly sectioned over the aperture with a regularity corresponding to the phase zone plate: Fresnel, and with electrically parallel connection of the acoustically antiphase neighboring sections, the aperture W of the output IDT is selected from the condition

D, ,, D ,, ,,

где Dj , D - минимальные размеры первой дифракционной зоны выходного ВШП, соответствующие верхней и нижней границам рабочего диапазона частот ,where Dj, D are the minimum dimensions of the first diffraction zone of the output IDT, corresponding to the upper and lower limits of the working frequency range,

а отношение величины прот женности выходного ВШП к величине рассто ни между центрами входного и выходного ВШП выбрано равным заданной величине относительной девиации рабочей частоты .and the ratio of the length of the output IDP to the value of the distance between the centers of the input and output IDTs is chosen equal to the given value of the relative deviation of the operating frequency.

На чертеже изображена ДЛЗ на ПАВ с одним (а) и двум (б) выходными преобразовател ми ПАВ.The drawing shows DLS on surfactants with one (a) and two (b) output surfactant converters.

ДЛЗ содержит звукопровод 1, на поверхности которого в одном акустическом канале расположены входной ВШП 2 ПАВ и по крайней мере один выходной ВШП 3.DLZ contains a duct 1, on the surface of which in the same acoustic channel are located the input IDT 2 SAW and at least one output IDT 3.

Входной ВШП 2 выполнен секционированным по апертуре с числом секций 2N - 1(N 1,2,...,п). Общее число секций определ етс требуемой эффективностью воспроизведени обрабатываемого сигнала ПАВ в области размещени ВШП 3 и заданными импедансны ми характеристиками входного ВШП 2, а также геометрическими размерами звукопровода 1; количество пар штырей в секци х входного ВШП 2 определ етс исход из требуемой полосы ег пропускани .The input IDT 2 is made partitioned over the aperture with the number of sections 2N - 1 (N 1,2, ..., p). The total number of sections is determined by the required reproduction efficiency of the processed signal of the SAW in the area of the IDT 3 and given impedance characteristics of the input IDT 2, as well as the geometric dimensions of the acoustic duct 1; The number of pairs of pins in the sections of the IDL 2 is determined based on the required passband.

Одна .из 2N-1 секций входного ВШП расположена на его оси и имеет апертуру W, пропорциональную среднему геометрическому из периода d его электродов и рассто ни L между центрами входного 2 и выходного 3 преобУ - УЗГ . Остальные One of the 2N-1 sections of the input IDT is located on its axis and has an aperture W proportional to the geometric mean of the period d of its electrodes and the distance L between the centers of the input 2 and output 3 of the transducer - UZG. Rest

разователей, т.е. секции расположены зеркально симметрично относительно указанной первой сек.ции с апертурой Wf , а их апертуры Wi2 ,W , . . . ,WM выбраны монотонно убывающими в пор дке возрастани номе .4 ров секций от оси преобразовател к его периферии, т.е. W2 W . , ,,W(| Апертуры Wj ,W/j,. .. ,Wjj секций вход ного ВШП 2 по величине, выбраны такими , что акустическа разность хода ПАВ от соответствующих границ соседних секций, расположенных по одну сторону от оси преобразовател , на частбт е синхронизма составл ет половину длины волны ПАВ в некоторой точке на его оси, В результате величины апертур секций входного преобразовател определ ютс по аналогии с размерами соответствующих дифракционных зон Френел . При этом отношение апертур любых секций входного преобразовател по величине равно отношению ширин зон Френел соответствующих этим секци м номеров-. Все секции входного преобразовател электрически соединены параллельно , образу вход устройства, при этом кажда секци выполнена акустически противофазной по отношению к соседней. Последнее реализуетс либо за счет относительного смещени электрически синфазных соседних секций на половину длины волны ПАВ в направлении оси преобразовател , либо за счет противофазного электрического соединени соответствующих электродных штырей несмещенных соседних секций. Входной преобразователь характери зуетс наличием двух точек фокуса, расположенных на его осевой линии зеркально симметрично относительно центра преобразовател . При этом в каждом фокусе собираетс /11 частей всей излученной преобразователем энергии, а положение точек фокуса пр возбуждении преобразовател на частоте синхронизма определ етс отноше нием квадрата апертуры W первой секции к учетверенному периоду встречно штыревого преобразовател . При возбуждении на других частотах положение точек фокуса смещаетс вдоль оси преобразовател вследствие присущего структурам типа зонной пластинки влени хроматической аберрации. Энерги , собираема в соответствующей точке фокуса входного преобразовател , концентрируетс в его фокальной плоскости в пределах первой дифракционной зоны, центр которой совпадает с соответствующей точкой фокуса, а поперечный размер этой зоны при неизменной геометрии преобразовател 284 уменьшаетс с ростом частоты сигнала ДЛЗ. Выходной ВШП 3 ДЛЗ содержит по крайней -мере одну встречно-штыревую систему электродов, размещенную таким образом, что ее центр совпадает с положением фокуса входного преобразовател на частоте его синхронизма. Поскольку входной ВШП 2 характеризуетс двум такими фокусами, расположенными зеркально симметрично на его оси, выходной ВШП 3 может быть образован как одной, так и двум встречно-штыревыми системами электродов, В последнем случае они оказываютс размещенным) по разные стороны от входного ВШП 2 и зеркально симмметрично относительно его центра. Встречно-штырева система электродов выходного ВШП 3 (единственна или люба из двух) выполнена с невозрастающей апертурой, котора может быть как неизменной (а), так и монотонно убывающей с увеличением рассто ни от входного преобразовател 2 (б) . величина апертуры W выходного ВШП 3 выбираетс из услови : , где () и (2г,лчу«н) минимальные размеры (ширина) первой дифракционной зоны входного преобразовател дл верхней и нижней границ диапазона частот обрабатываемого сигнала соответственно. Выбор величины апертуры выходного ВШП 3 обеспечивает детектирование им только сфокусированной части входного сигнала, что необходимо дл повышени отношени сигнал/шум на выходе устройства и уменьшени искажений , вносимых в дисперсионную характеристику устройства несфокусированной частью акустического потока, излученного входным ВШП 2, Количественно минимальный размер АИМН первой дифракционной зоны входного ВШП 2, определ ющий выбранную величину апертуры выходногоВШП 3, можно определить по аналогии с соответствующей характеристикой зонной пластинки Френел . Применительно к входному ВШП 2 ПАВ рассматриваемого устройства использование такой аналогии дает: n,.V (, где 1 - длина волны ПАв, отвечающа той или иной, частоте из диапазона частот обрабатыaaeNraro сигнала (й , где V - скорость ПАВ); Wjt - суммарна (полна ) апертура входного преобразовател ; N наивысши1 1 номер секции вход ного преобразовател . Таким образом: Q. LfK|% о. У уч . . л,- у ( 2-f-H где fu и fg соответственно нижн и верхн границы диапазона частот обрабатываемого сигнала. Выходной ВШП 3 вл етс узкоапер турным. При большом числе секций апертура WQ выходного ВШП 3 составл ет величину пор дка длины вол ны Л обрабатываемого сигнала. Прот женность Е выходного ВШП 3, отнесенна к рассто нию L между центрами электродных структур входного и выходного преобразователей, выбрана равной относительной девиации частоты обрабатываемого сигнала, т. e/L {fg- fn)/fc где fc - частота синхронизма входно го ВШП. Расстановка электродных штырей встречно-штыревой структуры выходного ВШП может быть как эквидистант ной , так и неэквидистантной. Указан на прот женность выходного ВШП по величине соответствует смещению точ ки фокусировани акустической энергии , излучаемой входным ВШП во всем диапазоне частот обрабатываемого си нала, что в сочетании с размещением выходного преобразовател по. отноше нию к входному необходимо дл оптимального пространственного детектировани сфокусированного акустического потока во всем диапазоне рабочих частот. Выбор прот женности выходного ВШП в соответствии с указан ным соотношением вл етс необходимым условием повышени отношени сигнал/шум на выходе устройства и :уменьшени искажений, вносимых в ди персионную характеристику устройств несфокусированной частью акустического потока, излучаемого входным ВШП в диапазоне частот обрабатываемого сигнала. Устройство выполн ет функцию дисперсионной линии задержки с линейной дисперсионной характеристикой. Характерно при этом, что линейность дисперсионной характеристики устройства не зависит от закона расстановки штырей выходного преобразовател , а определ етс линейностью пространственной дисперсии сфокусированного акустического сигнала в области размещени выходного ВШП. Амплитуда сигнала на выходе предлагаемого устройства превосходит соответствующий параметр выходного сигнала известного устройства, в ЧИСЛОраз, рпреде .л емое эффективностью фокусировани и детектировани акустического си|- нала. Последн при наличии лишь одного выходного преобразовател составл ет величину (/й) (Wj/W) , а при двух выходных ВШП, соединенных параллельно, дает величину, вдвое большую. Поскольку при относительно большом числе секций входного преобразовател апертура WQ составл ет величину пор дка fl , а апертура Wj, исход из услови эффективного электромеханического преобразовани , осуществл емого входным преобразова ,телем, как правило, в дес тки и сотни раз превосходит длину, волны Я , увеличение амплитуды выходного сиг-нала по сравнению- с несфокусированным сигналом достигает нескольких дес тков. Соответственно, в такое же. число раз возрастает и отношение сигнал/шум на выходе устройства. Дополнительное увеличение этогоотношени в предлагаемом устройстве обеспечиваетс еще и за.счет существенно меньшего уровн ложных сигналов. Это обусловлено тем, что выходной узкоапертурный преобразователь лишь частично перекрывает полный акустический поток, излученный входным преобразователем , и эффективно детектирует только сфокусированный акустический сигнал. Таким образом, предложенна конструкци ДЛЗ обеспечивает линейную дисперсионную характеристику и за счет этого повышение точности реализации ЛЧИ преобразовани сигнала, а также увеличение отношени сигнал/шум на выходе устройства.developers, i.e. the sections are mirrored symmetrically relative to the specified first sec. with an aperture Wf, and their apertures are Wi2, W,. . . , WM are chosen monotonously decreasing in order of increasing .4 section of the sections from the axis of the converter to its periphery, i.e. W2 W. , ,, W (| Apertures Wj, W / j, ..., Wjj of the sections of the transducer IDT 2) are chosen in such a way that the acoustic path difference of the SAW from the corresponding boundaries of the adjacent sections, located on one side of the converter axis, is Synchronization is half the SAW wavelength at some point on its axis. As a result, the apertures of the input converter sections are determined by analogy with the dimensions of the corresponding Fresnel diffraction zones, while the ratio of the apertures of any sections of the input converter is equal to the width ratio All the sections of the input converter are electrically connected in parallel to form the input of the device, each section being made acoustically antiphase with respect to the next. The latter is realized either by the relative displacement of the electrically in-phase adjacent sections by half the SAW wavelength. in the direction of the axis of the transducer, or due to the antiphase electrical connection of the corresponding electrode pins of the unbiased adjacent sections. The input transducer is characterized by the presence of two focal points located on its axial line mirror-symmetrically relative to the center of the transducer. In this case, in each focus, 11 parts of the total energy emitted by the converter are collected, and the position of the focus points when the converter is excited at the synchronization frequency is determined by the ratio of the square aperture W of the first section to the quadruple period of the pin converter. When excited at other frequencies, the position of the focal points shifts along the axis of the transducer due to the inherent chromatic aberration phenomenon inherent in the structures of the zone plate type. The energy collected at the corresponding focal point of the input transducer is concentrated in its focal plane within the first diffraction zone, the center of which coincides with the corresponding focal point, and the transverse size of this zone decreases with increasing geometry of the DLS signal. The output IDT 3 DLZ contains at least one interdigital electrode system, placed in such a way that its center coincides with the position of the focus of the input transducer at the frequency of its synchronism. Since the input IDT 2 is characterized by two such foci located mirror-symmetrically on its axis, the output IDT 3 can be formed by one or two interdigit electrode systems, In the latter case they are placed) on opposite sides of the input IDT 2 and mirror symmetrically about its center. The counter-pin system of the electrodes of the output transducer 3 (the only or any of the two) is made with a non-increasing aperture, which can be both constant (a) and monotonously decreasing with increasing distance from the input transducer 2 (b). The size of the aperture W of the output transducer 3 is chosen from the condition: where () and (2g, lc n) the minimum dimensions (width) of the first diffraction zone of the input transducer for the upper and lower limits of the frequency range of the signal being processed, respectively. The choice of the aperture of the output transducer 3 ensures that it detects only the focused part of the input signal, which is necessary to increase the signal-to-noise ratio at the device output and reduce distortions introduced into the dispersion characteristic of the device by the unfocused part of the acoustic flow emitted by the transient transducer 2 first quantitative minimum diffraction zone of the input IDP 2, which determines the selected aperture value of output VSBP 3, can be determined by analogy with the corresponding characteristic Coy Fresnel zone plate. With respect to the input IDT 2 SAW of the device under consideration, using this analogy gives: n, .V (where 1 is the SAW wavelength corresponding to one or another frequency from the frequency range of the aaNraro signal (i, where V is the SAW speed); Wjt is the total (full) aperture of the input converter; N is the highest1 1 section number of the input converter. Thus: Q. LfK |% о. U pup. l, - y (2-fH where fu and fg respectively the lower and upper limits of the frequency range of the processed signal. Output IDT 3 is narrow aperture. With a large number of sections, the aperture WQ the output IDT 3 is the value of the wavelength L of the signal being processed. The length E of the output IDT 3, referred to the distance L between the centers of the electrode structures of the input and output converters, is equal to the relative frequency deviation of the signal being processed, i.e. / L fg- fn) / fc where fc is the frequency of synchronism of the input IDT The arrangement of the electrode pins of the interdigital structure of the output IDT can be either equidistant or non-equidistant. Indicated on the length of the output transducer in size corresponds to the displacement of the focusing point of the acoustic energy emitted by the input transducer in the entire frequency range of the processed signal, which in combination with the placement of the output transducer along. relation to the input is necessary for optimal spatial detection of the focused acoustic flow over the entire operating frequency range. The choice of the length of the output IDP in accordance with the indicated ratio is a necessary condition for increasing the signal-to-noise ratio at the device output and: reducing distortions introduced into the differential characteristic of the devices by the unfocused part of the acoustic flux emitted by the input IDT in the frequency range of the processed signal. The device performs the function of a dispersive delay line with a linear dispersive characteristic. Characteristically, the linearity of the dispersion characteristics of the device does not depend on the pin distribution law of the output transducer, but is determined by the linearity of the spatial dispersion of the focused acoustic signal in the area of the output IDT. The amplitude of the signal at the output of the proposed device exceeds the corresponding parameter of the output signal of the known device, in the NUMBER, which is indicated by the efficiency of focusing and detecting the acoustic system. The latter, when there is only one output converter, is the value of (/ d) (Wj / W), and with two output IDTs connected in parallel, it gives a value twice as large. Since, with a relatively large number of sections of the input transducer, the aperture WQ is of the order of fl, and the aperture of Wj, based on the effective electromechanical conversion performed by the input transform, the body, as a rule, exceeds the wavelength, I, the increase in the amplitude of the output signal, as compared with the unfocused signal, reaches several tens. Accordingly, in the same. the number of times increases and the signal-to-noise ratio at the device output. An additional increase in this ratio in the proposed device is also provided by the expense of a significantly lower level of spurious signals. This is because the output narrow-aperture transducer only partially blocks the total acoustic flux emitted by the input transducer, and only a focused acoustic signal is effectively detected. Thus, the proposed design of the SLD provides a linear dispersion characteristic and due to this, an increase in the accuracy of the LCI signal conversion, as well as an increase in the signal-to-noise ratio at the output of the device.

Claims

DISPERSION delay line 'ON SURFACE ACOUSTIC WAVES, containing a sound pipe, on the surface of which the input is acoustically sequentially located ^! vstrechnoshtyrevoy transducer (IDT), and at least one output IDT, characterized in that, in order to ^improve: linear dispersion characteristic, an input IDT configured by regularly-sectioned aperture with regularity The corresponding phase Fresnel zone plate, and an electrically parallel connection acoustically antiphase adjacent sections, the aperture W _{o of the} output IDT is selected from the condition

W, where D _1B and are the minimum dimensions of the first diffraction zone of the input IDT, corresponding to the upper and lower boundaries of the working frequency range, and the ratio of the length of the output IDT to the distance. between the centers of the input and output IDT is chosen equal to the specified value of the relative deviation of the working hours.

f 1056428