Каждый преобразователь многоотводной линии вырабатывает выходной электрический сигнал по мере того как п

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Фазовый модулятор

Рисунок – Дискретный фазовый модулятор и диаграмма его работы

 

Сигнал в форме короткого импульса подается на входной преобразователь, расположенный на одном конце. Каждый преобразователь многоотводной линии вырабатывает выходной электрический сигнал, по мере того, как под ним проходит входной акустический сигнал. В случае фазоманипулированного сигнала с бинарной  (0, пи) модуляцией фазы все три операции: дискретная задержка, фазирование задержанных сигналов с соответствующим кодом и суммирование осуществляется в едином ПАВ – блоке.

 

Акустический конвольвер

Акустический конвольвер представляет собой трехвходовой прибор, в котором встречное распространение ПАВ используется для свертки сигналов в реальном масштабе времени.

Рисунок – Акустический конвольвер

Пусть один из входных сигналов имеет вид:

 ;

а второй:

.

Если звукопровод обладает нелинейными свойствами, между обоими сигналами существует нелинейное взаимодействие.

Если частоты взаимодействующих волн одинаковы, взаимодействие называется вырожденным. В этом случае можно использовать сплошные электроды, расположенные на верхней и нижней гранях звукопровода. Частота результирующего сигнала равна .

Длина выходного электрода L определяет область взаимодействия и для ПАВ со скоростью выходной сигнал имеет вид:

Сделаем замену:

и перепишем в виде:

- время интегрирования.

Если длительность сигналов  и  ограничена и не превышает время интегрирования в области взаимодействия, выходной сигнал представляет собой акустическую свертку входных сигналов.

Далее показано образование свертки двух сигналов одинаковой длительностью с прямоугольной огибающей   и .

Рисунок - Образование свертки двух сигналов одинаковой длительностью с прямоугольной огибающей   и .

 

Информационная емкость – произведение ширины полосы пропускания устройства на время интегрирования. Эта емкость потенциально велика.

Линии задержки электрических сигналов

Линии задержки представляют собой пассивные линейные устройства, основным функциональным назначением которых является задержка электрических сигналов во времени с минимальными искажениями их формы.

Классификация ЛЗ

Поскольку скорость распространения акустических волн примерно в 105 раз меньше скорости распространения электромагнитных волн, для получения одинакового времени задержки в случае АЛЗ необходим примерно во столько же раз меньший путь распространения волны по сравнению с электромагнитными линиями задержки. Для изготовления АЛЗ используют волноводы с малым поглощением акустических волн. Рабочие частоты лежат в диапазоне до 20 ГГц.

Различают АЛЗ с одним и двумя преобразователями.

В первом случае один о тот же преобразователь последовательно преобразует входной электрический сигнал в акустический, излучаемый в звукопровод, а затем принимает задержанный во времени акустический сигнал  и преобразует его в выходной электрический сигнал.

Рис 6.1.

Несколько выходных сигналов, через равные промежутки времени

Рис 6.2

Рис 6.3

Рис 6.4

Конструкции ЛЗ

Простая  (однократная) линия задержки

Рассмотрим импульсный отклик ЛЗ. В качестве базы для ориентировочного отсчета задержки примем сигнал 1, соответствующий  по временному положению электрическому сигналу, поступающему на входной преобразователь. Физическая природа возникновения незадержанного сигнала 1 обусловлена прямым прохождением (наводкой) электрического сигнала со входа на выход ЛЗ. Основной задержанный сигнал 2 смещен по отношению к входному сигналу на t=L/V. Сигнал 3 обусловлен переотражением ПАВ, и имеет задержку относительно 1 2T и относительно входного сигнала 3T.

Импульсный отклик линии задержки

Ложный сигнал 4 обусловлен переотражением ПАВ в электродной структуре входного преобразователя (в меньшей степени выходного преобразователя) – вызывает затягивание спада основного задержанного сигнала. Ложный сигнал 5 обусловлен распространением между входным и выходным преобразователями объемной акустической волны.  

Однонаправленные преобразователи ПАВ

Однонаправленный преобразователь ПАВ состоит из двух идентичных акустически последовательных секций 1, 2 смещенных в направлении распространения ПАВ на четветь волны акустического синхронизма (лямда /4). Шаг электродов в секциях равен (ляvvда /2). Между преобразователями включено фазосдвигающее звено , обеспечивающее относительный сдвиг фаз на угол 90 град. (3 – согласующая цепь).

Однонаправленный излучатель ПАВ

При одинаковой мощности ПАВ (генерируемых отдельной секцией), акустические колебания, распространяющиеся влево складываются в противофазе, распространяющиеся вправо складываются в фазе.

Однонаправленный трехфазный излучатель ПАВ

Однонаправленный трехфазный излучатель ПАВ образован тремя группами электродов А, В, С, пространственный шаг соседних электродов составляет лямда /3 Электроды одной фазы объединены электрическими шинами 1 (для А) , 2 (для В), 3 (для С). Сигналы к этим шинам поступают от генератора через фазосдвигающую цепь 4, обеспечивающую относительные фазовые сдвиги 120 градусов. В этом случае акустическая волна, распространяющаяся вправо, подпитывается синфазно, в противоположном направлении синфазность нарушается.

Недостатки:

Сложная схема; проблемы изоляции электродов

Многополосковые ответвители

Многополосковый ответвитель (МПО) используется в устройствах на ПАВ для переизлучения энергии акустической волны из одного пространственного канала в другой. Такой ответвитель представляет собой систему проводящих электродов, нанесенных на поверхность пьезоэлектрического звукопровода параллельно фронту поверхностной волны (рис. 16).

Рисунок – Многополосковый ответвитель

На поверхности звукопровода 1 расположены входной 2 и выходной 6 ВШП, находящиеся в пространственно-разнесенных каналах» и система параллельных проводящих электродов 7 шириной а, размещенных с постоянным шагом d на поверхности звукопровода между входным и выходным преобразователями.

В простейшем случае, когда акустические каналы параллельны, имеют одинаковые структуры и размещены на однородной пьезоэлектрической подложке, акустическую волну 5, возбуждаемую в канале А входным преобразователем 2, можно представить в виде суперпозиции симметричной и асимметричной мод 3 и 4.

Если , МПО действует как неоднородная проводящая пластина с нулевой проводимостью в направлении распространения акустической волны Z и бесконечной проводимостью в перпендикулярном направлении Y. При прохождении через систему электродов /волна 3с симметричным фазовым распределением не взаимодействует с МПО, так как она имеет составляющие электрического поля в направлении Z и в направлении X, перпендикулярном к поверхности распространения, но не имеет составляющих в направлении Y. Таким образом, для этой волны система МПО эквивалентна свободной поверхности. При прохождении волны с асимметричным фазовым распределением в системе электродов начинает течь ток, поскольку заряды, индуцированные в электродах верхнего канала, равны по амплитуде и противоположны таким же зарядам, индуцированным в нижнем канале. Перераспределение зарядов вызывает изменение скорости асимметричной моды. При определенной длине системы электродов L = Lполн фазовые соотношения волн 3 и 4 изменяются на противоположные (3' и 4'). В результате сложения соответствующих волн образуется волна 5' в канале В, в канале А волна отсутствует.

Протяженность структуры МПО Lполн, которая обеспечивает полное переизлучение энергии из канала в канал, определяется разностью фазовых скоростей симметричной  и асимметричной  мод.

K- коэффициент электромеханической связи.(определяет эффективность взаимодействия ПАВ с Электродами на его поверхности)

Эта формула справедлива для неоднородной проводящей решетки с бесконечно узкими электродами. Практически МПО выполняется в виде системы электродов шириной а = d/2, что требует увеличения длины LПОЛН по крайней мере вдвое. Дополнительно увеличение LПОЛН вызвано тем, что отдельный штырь имеет конечную ширину а, сравнимую с длиной волны .

Более точное выражение для LПОЛН имеет вид:

Отсюда число элементов МПО:

При выполнении условия синхронизма  МПО ведет себя как отражательная структура, что приводит к провалу амплитудно-частотной характеристики МПО.

    Обычно  рабочий   диапазон   МПО выбирают в пределах  0,3 —0,9, где амплитудно-частотная характеристика имеет  широкий и плоский участок.

Рисунок -

При переизлучении из канала в канал потери определяются лишь оммическими потерями в проводниках.

 Размещение входного и выходного ВШП в различных акустических потоках позволяет устранить прямую электромагнитную наводку между ВШП, а также уменьшить влияние паразитных объемных волн, возбуждаемых входным преобразователем

Описанная структура МПО широко применяется для синтеза полосовых фильтров. (рис. 17, а). На рис. 17, б изображена линия задержки, где МПО используется для переизлучения ПАВ между звукопроводами. Такая конструкция отличается простотой, причем вносимые потери на переход ПАВ с одной подложки на другую определяются лишь омическими потерями в проводниках.

Рисунок – 3дб квадратурный ответвитель

При длине МПО LПОЛН/2 только половина энергии ПАВ переизлучается в канал В, а половина остается в канале А. Фаза волны, распространяющейся по каналу А, на 90° опережает фазу волны в канале В. Такое устройство получило название 3-дБ квадратурного ответвителя .

С помощью МПО можно изменять апертуру акустической волны.

Рисунок – Асимметричный МПО

Асимметричный МПО содержит два акустических канала с различными апертурами wa и wb, соотношение которых определяет коэффициент сжатия

Фазовая скорость ПАВ при распространении вдоль металлических решеток изменяется в зависимости от апертуры. Поэтому периоды сжимающего МПО в двух каналах различны. По сравнению с симметричным МПО число элементов увеличивается с учетом коэффициента сжатия.

Акустические волноводы

Акустический волновод для поверхностных волн представляет собой протяженную геометрическую структуру, которая расположена вдоль распространения волны и локализует ее энергию в ограниченном участке звукопровода.

Рисунок – акустические волноводы

Необходимость применения акустических волноводов вызвана расширением и искажением фронта акустической волны при распространении ее по подложке. В результате увеличиваются энергетические потери и искажаются результирующие характеристики акустических устройств. На рисунке показаны структуры основных типов акустических волноводов.

 Топографические волноводы представляют собой направляющие структуры, образуемые при локальной деформации поверхности (топографии) подложки. Локализация или канализирование волны происходит в результате уменьшения удерживающих сил, действующих на материал. Конструктивно выполняются в виде прямоугольных либо клинообразных выступов на поверхности звукопровода (а).

 Плоские слоистые волноводы представляют собой подложку, на которую нанесены плоские слои из другого материала (б). Волноводный эффект наблюдается, когда скорость плоской волны в покрытии меньше скорости волны в основном звукопроводе ().

 Волноводы с локальным изменением свойств плоской подложки основаны на локальном изменении свойств материала подложки по отдельным траекториям (в). Например, ионной имплантацией ниобата лития скорость ПАВ может быть понижена на 1—2 % .

Способы возбуждения ПАВ

Известные методы возбуждения ПАВ основаны на двух основных принципах: трансформация объемных волн в поверхностные и непосредственном возбуждении ПАВ электродными преобразователями.

Рисунок – Способы трансформации объемных волн в поверхностные

А) клиновидный преобразователь

Б) гребенчатый преобразователь

В) преобразователь с ассиметричной гребенкой на подложке

1 - подложка

2 - преобразователь объемных волн

3 - клин

4 - поглотитель

5 - гребенка

Перечисленные преобразователи пригодны для возбуждения ПАВ как в пьезоэлектрических средах так и в непьезоэлектрических. Основные недостатки – невысокая эффективность преобразования, конструктивная сложность (особенно на частотах свыше 10-20 МГц).

Рисунок – Электродные преобразователи

Д) ВШП образованный однофазной решеткой

Е)  ВШП образованный двухфазной решеткой

ВШП образованные однофазной решеткой позволяют генерировать более высокие частоты, но при этом эффективность преобразования в десятки раз меньше в сравнении с двухфазными решетками.

Ширина электродов ВШП обычно составляет . Апертура электродов W0 должна удовлетворять следующему условию

обычно

Фазометрические устройства на ПАВ

 Одним из наиболее распространенных методов измерения сдвига фаз электрических сигналов является компенсационный метод, основанный на применении фазовращателей и нуль-индикаторов. В фазометрических устройствах на ПАВ в качестве фазовращателей используются МЛЗ, расположение отводов которых определяет дискретный либо непрерывный отсчет фазового сдвига радиоимпульсов.

Рисунок - Фазометр с дискретным отсчетом

 Фазометр с дискретным отсчетом. На поверхность звукопровода нанесены две группы идентичных электродных структур, образующих два канала устройства. Входные преобразователи в обоих каналах содержат идентичные ВШП и электрически изолированы. Выходные преобразователи содержат NП  пар ВШП в каждом канале и электрически соединены параллельно. Расстояния между входными преобразователями и первыми электродами ВШП выходных преобразователей каждого канала равны и определяют начальную задержку выходного сигнала t0. В первом канале группы ВШП выходного преобразователя отстоят друг от друга на одинаковое расстояние l, которое выбирается так, чтобы время задержки сигнала между ними () было не меньше максимальной длительности исследуемых радиоимпульсов. Такой выбор величины l исключает одновременное воздействие импульса упругих колебаний, распространяющегося в звукопроводе, на две соседние группы ВШП.

Электроды ВШП второго канала смещены относительно электродов первого канала, причем величина смещения изменяется вдоль преобразователя. Если количество пар электродов в ВШП NП, то приращение смещения  определяется из соотношения . Смещение электродов в m-й паре выходного преобразователя .

При подаче на вход фазометрического устройства двух радиоимпульсов, имеющих произвольный сдвиг фазы , с каждой т-й пары электродов выходного ВШП последовательно снимается суммарный электрический сигнал. Вследствие того что смещение электродных решеток в парах возрастает от 0 до , вызываемый этим смещением дополнительный фазовый сдвиг ступенчато изменяется от 0 до 360° и определяется по формуле . Элементарное приращение сдвига фаз , равное шагу ступенчатого отсчета, соответствует приращению смещения ВШП  и вычисляется как . Существует определенная пара ВШП выходного преобразователя, на которой импульсы складываются в противофазе (с точностью до шага ступенчатого отсчета ), т. е. . Суммарный сигнал максимальной амплитуды снимается с пары электродных решеток, обеспечивающей синфазное сложение радиоимпульсов.

Фазовый сдвиг входных сигналов определяется по временному положению минимального уровня огибающей выходного сигнала фазометрического устройства  и может быть найден из соотношения

где Е — символ выделения целой части числа;  — время распространения ПАВ вдоль одной группы ВШП.

Выходной сигнал фазометрического устройства наблюдается на электронно-лучевом индикаторе.

Фазометр с непрерывным отсчетом. Каждый из выходных преобразователей фазометра с непрерывным отсчетом фазового

Рисунок - Фазометр с непрерывным отсчетом

сдвига представляет собой эквидистантный преобразователь с периодом  и , где  — частота расстройки каждого канала относительно частоты заполнения  измеряемого радиоимпульса. В этом случае смещение электродов первого канала относительно соответствующих им электродов второго канала изменяется вдоль длины выходного преобразователя. Максимальное смещение для исключения неоднозначности отсчета сдвига фаз не должно превышать двух длин волн (рис. 84, б). Входные преобразователи с периодом  настроены на частоту  в обоих каналах.

Если на входы устройства одновременно подать два радиоимпульса одинаковой амплитуды с разностью фаз, то с выходного преобразователя снимется сигнал с огибающей, имеющей минимум в точке, временное положение которой определяется сдвигом фаз входных радиоимпульсов [28]. Минимальный уровень выходного сигнала соответствует пространственному положению тех электродов ВШП первого и второго каналов, относительное смещение которых дополняет фазовый сдвиг  до 180°. Уровень выходного сигнала, снимаемый с других электродов выходного преобразователя, отличен от нуля и достигает максимума для пары электродов с пространственным сдвигом, компенсирующим  до 0 (360°).

Пусть на вход устройства поступают импульсы

где  — длительность входного сигнала.

Если ,, то отклик каждого канала

Поскольку выходные преобразователи соединены электрически, выходной сигнал фазометрического устройства определится в виде суммы

Учитывая, что  и , преобразуем последнее равенство

Временное   положение   минимума   огибающей  выходного сигнала определяется из условия

, n=0,1,2,...

Отсюда

Следовательно, в фазометре с непрерывным отсчетом положение минимума огибающей выходного сигнала зависит не только от разности фаз выходных сигналов, но и от их длительности. Поэтому, в отличие от фазометров с дискретным отсчетом, необходима нормировка входных радиоимпульсов по длительности. Фазометрами с непрерывным отсчетом измеряют фазовый сдвиг радиоимпульсов, длительность которых соизмерима с длительностью импульсной характеристики выходного преобразователя, что в NП раз больше (NП — число секций ВШП) по сравнению с фазометрами с дискретным отсчетом.

АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

Акустическая волна, распространяющаяся в пьезокристаллах с определенной скоростью, сопровождается деформацией материала.

При распространении упругой волны по кристаллу возникающая деформация порождает электрическое поле вследствие пьезоэлектрического эффекта. Упругая волна жестко связана с электрическим полем, т. е. одновременно существуют и упругая и электрическая волны.

 

При наличии носителей тока в пьезополупроводнике возникает акустоэлектрический ток (пояснить).

Характерной особенностью акустоэлектрического тока, вызванного ПАВ, является его зависимость от расстояния до поверхности образца (поскольку интенсивность звука уменьшается по мере удаления от поверхности, то аналогично ведет себя и акустоэлектрический ток).

Неоднородность распределения интенсивности звука приводит к возникновению вдоль поверхности образца кругового тока (рис. 7, а).

Рисунок – Акустоэлектрический ток, возбуждаемый ПАВ в массивном пьезополупроводнике (а) и в слоистой системе.

Поверхностная волна подобно некоторому «ветру» увлекает в основном носители, находящиеся вблизи поверхности образца. Эта аналогия становится еще более наглядной, когда акустоэлектрический ток порождается в полупроводнике, прилегающем к диэлектрику с поверхностной волной (случай многослойной структуры).

 Рассмотрим влияние внешнего электрического поля Е0 такого направления, чтобы носители заряда двигались в ту же сторону, что и волна. В зависимости  от  величины  электрического  поля  возможны  три случая.

Рисунок – Зависимость электронного поглощения (усиления) от величины тянущего поля

1. Скорость дрейфа носителей меньше скорости звука (). Носители заряда отстают от упругой волны, и волна затрачивает энергию на ускорение электронов. Электронное затухание возрастает.

2. Скорость дрейфа носителей равна скорости звука. В этом случае носители заряда двигаются с той же скоростью, что и упругая волна (), и, следовательно, относительно нее неподвижны, т. е. электронное затухание обращается в нуль.

3. Скорость дрейфа носителей больше скорости звука (). Теперь скорость носителей заряда больше скорости звука, они «нагоняют» волну. Таким образом, при () звуковая волна усиливается за счет энергии, передаваемой ей носителями, ускоренными внешним полем E0.

Т.о. используя эти явления можно создавать усилители.

 

Если изменить направление внешнего поля, т. е. заставить носители дрейфовать навстречу упругой волне, то при любом значении поля звук затухает.

 

Поверхностная волна усиливается аналогично объемной волне. Электрическое поле, возбуждаемое поверхностной акустической волной, существует не только в объеме пьезоэлектрика, но и вне его. Если вблизи такой поверхности расположить полупроводник, то пьезоэлектрическое поле звуковой волны будет проникать в него. Период и скорость поля определяется длиной волны  и скоростью ПАВ. Если к полупроводнику приложить тянущее поле и ускорить его носители до скорости (), то будет наблюдаться усиление звука. В слоистой системе усиление достигается как при наличии воздушного зазора между средами, так и при акустическом контакте между ними.

Усилители ПАВ можно классифицировать следующим образом.

Рисунок - Структуры усилителей ПАВ

Монолитные усилители (рис. а) — распространение акустической волны и дрейф носителей происходят в одном материале (пьезополупроводнике). Монолитный усилитель полностью подобен усилителю объемных волн. Многослойные усилители (рис.  б—г) — дрейф носителей происходит в одном материале (слое), а ПАВ возбуждается в другом материале (подложке), примыкающем к первому. В зависимости от толщины используемого слоя полупроводника различают пленочные (рис. в, г) и массивные (рис. б) многослойные усилители, каждый из которых можно выполнить как с механической (акустической) связью (рис. г), так и без нее (усилитель с воздушным зазором, рис. б, в).

1. Сущность и роль коммерческого кредита
2. Бардаченко В. Ф. Абубекеров Р
3. Экспертная система анализа опасностей
4. статья
5. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ФОРМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОТНОШЕНИЙ СОБСТВЕННОСТИ Существует стереотип человеческого восприят
6. Энциклопедию или Толковый словарь наук искусств и ремёсел 1751
7. трех от роду среднего роста приятной наружности с темносерыми глазами но с отсутствием вся.html
8. реферату- Феномен конформізму в малій соціальній групі
9. Марганец и его соединения
10. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук КИЇВ ~7 Дисер
11. Искусство и мировые религии
12. Тема 3 Природноресурсный потенциал мирового хозяйства План семинарского занятия Часть 1 3
13. Статья 1259 Гражданского кодекса РФ относит к объектам авторских прав в том числе и фотографические произведен
14. Реферат Проведение международных переговоров
15. Эволюция системы хозяйственного учета
16. . Лисейцев Д. В. Эволюция приказной системы Московского государства в эпоху Смуты -- Отечественная история.
17. Организация аудита расчетов по оплате труда
18. ВСТУПЛЕНИЕ На берегу пустынных волн Стоял он дум великих полн И вдаль глядел
19. Данное обращение предназначено для того чтобы обратить внимание СМИ на ряд очевидных правонарушений доп
20. Задание и исходные данные на проектирование 6 3 Краткие техн

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе