Технические параметры линий задержки на пав

Основные параметры линий задержки на ПАВ - вносимое затухание, входное и выходное сопротивление, частотная избирательность, полоса пропускаемых частот. Все эти параметры зависят главным образом от устройства ВШП. Важной проблемой при создании высокоэффективных акустоэлектронных компонентов является уменьшение вносимого затухания путем рационального конструирования ВШП. Необходимо также, чтобы преобразование электрических сигналов в акустические и обратно происходило в заданной полосе частот. Это особенно важно широкополосных линий задержки. Геометрические размеры и форма входного ВШП определяют эффективность преобразования электрического сигнала в акустическую волну. Для каждой частоты наиболее эффективное преобразование получается при определенных размерах ВШП. Число штырей ВШП определяет относительную полосу пропускаемых частот. Самая широкая полоса будет при ВШП, состоящем из двух штырей. Чем больше штырей, тем меньше ширина полосы пропускания. Работа преобразователей на ПАВ ухудшается из-за различных вторичных явлений, к которым, к примеру, относится отражение волн от границ электродов. Это отражение - главная причина искажений выходного сигнала и ухудшения параметров прибора. Вредным следует также считать прямое прохождение электрического сигнала с входа на выход и передачу сигнала объемной акустической волной. При снижении затухания и уменьшении отражений за счет особых конструкций ВШП достигается однонаправленная передача. Линии задержки на ПАВ обычно вносят затухания 0,5-1,5 дБ. Верхняя частота, на которой работают такие линии, достигает 2 ГГц. Относительная полоса пропускания может быть весьма различной: от долей процента до 100%. Длительность задержки в зависимости от расстояния между ВШП и от конструкции составляет единицы-сотни микросекунд. Задержка может быть фиксированной или регулируемой. На торцы звукопровода обычно наносят звукопоглощающие покрытия, чтобы уменьшить отражение волн.

Динамический диапазон линий задержки 80-120 дБ. Для хорошей работы линии задержки важна температурная стабильность её параметров. Температурный коэффициент задержки (ТКЗ), близкий к нулю, получают, либо применяя специальный материал для звукопровода (например, кремний с примесями фосфора), либо делая звукопровод из двух частей, имеющих ТКЗ разного знака, что создает взаимную компенсацию. Диапазон рабочих температур линий задержки составляет десятки градусов. Для увеличения времени задержки путь волны делают в виде ломанной линии, либо соединяют последовательно несколько линий задержки. Регулируемые линии задержки имеют несколько ВШП, расположенных на разных расстояниях. Включая тот или иной ВШП, можно изменять время задержки.

Условное обозначение типа линии задержки состоит из трех элементов: ПЕРВЫЙ ЭЛЕМЕНТ - три (четыре) буквы. "УЛЗ" - ультразвуковая линия задержки; "ЛЗЯ" - линия задержки яркостная; "ЛЗЯС" - линия задержки яркостного сигнала.

ВТОРОЙ ЭЛЕМЕНТ - две (три) цифры, означающие время задержки в мкс.

ТРЕТИЙ ЭЛЕМЕНТ - цифра (несколько цифр): для УЛЗ - порядковый номер разработки; а для ЛЗЯ (ЛЗЯС) - волновое сопротивление в Омах. Для обозначения линий задержки зарубежные фирмы применяют собственную маркировку.

Основные параметры приборов на ПАВ:

1) время задержки Т, определяемое длиной пути L, проходимого упругими волнами в звукопроводе от входного преобразователя до выходного, и скоростью распространения УЗ v, т.е. T =L¤v;

2) рабочая частота f0, приблизительно равная резонансной частоте преобразователей, причем частота задерживаемого радиосигнала должна совпадать с f0, а в случае задержки видеосигнала его надо сначала преобразовать в радиосигнал с частотой заполнения f0, а затем выделить огибающую (продетектировать);

3) полоса пропускания Df, определяемая добротностью преобразователей и частотной характеристикой потерь в звукопроводе;

4) уровень ложных сигналов - отношение амплитуды наибольшего из ложных сигналов к амплитуде задержанного сигнала;

5) температурный коэффициент задержки, определяемый зависимостью скорости распространения упругих волн в звукопроводе от температуры.

Основным преимуществом ЛЗ на ПАВ являются их небольшие габариты, достаточно широкий диапазон частот (до 10⁹ Гц), хорошая температурная стабильность (10^-6 °С^-1). Эти свойства обусловлены, прежде всего, особенностями ПАВ, а именно невысокой (~ 10⁵ см/с) скоростью распространения, бездисперсионностью, эффективным преобразованием электрической энергии в акустическую и наоборот. Классификация линий задержки приведена на рис.

Электрическая добротность Q3 определяется коэффициентом электромеханической связи и числом пар штырей ВШП N:

 

акустическая добротность Qa тракта определяется как

 

Число электродов ВШП N выбирается исходя из соотношения

 

где а — коэффициент, учитывающий уменьшение полосы пропускания, соответствующей произведению амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) входного и выходного ВПШ.

Зависимости

 

приведены на рис.

Рис. Линия с однократной задержкой сигнала: а — общий вид; 1 — входной ВШП; 2 — континуальная среда; 3 — выходной ВШП; 4 — поглотители ПАВ; L, Rr, r— индуктивность, сопротивление и напряжение генератора входной цепи, соответственно; С, RH — емкость и сопротивление нагрузки выходной цепи; б — зависимость акустической и электрической добротности от числа электродов ВШП; в — импульсный отклик на сигнал 8(т); г — форма радиоимпульса; д — отклик ЛЗ на радиоимпульс

Можно выделить три области на графиках. При N<Nопт на частоте акустического синхронизма при Rг = Rн, входная и выходная цепи будут согласованы. При этом 50% энергии источника преобразуется в ПАВ. Однако в этой области Qэ>Qa и полоса частот будет урезана. Для увеличения полосы частот акустической цепи необходимо зашунтировать электрический контур, например, увеличив сопротивление генератора Rt,. Оптимальным Режимом является Q_Э=Qa, выполняемое при оптимальном числе пар штырей ВШП. При N>Noпт ширина полосы пропускания электрической цепи будет больше, чем у акустической. С точки зрения минимизации вносимых потерь такой преобразователь предпочтительней малоэлектродного (N<Nopт).

Многоотводные линии задержки (МЛЗ) предназначены для увеличения максимального времени задержки, увеличения числа дискретных диапазонов задержки, регулировки времени задержки. Максимальную задержку сигналов можно получить, эффективно управ

ляя распространением ПАВ. Увеличивая траекторию распространения ПАВ в пределах одного звукопровода, можно получить заданные параметры. На рис. 2.13 приведены некоторые конструктивно-технологические решения, связанные с увеличением звукового тракта.

Рис. Многоотводная пиния задержки: а — матричная конструкция; б— пленочный звукопровод; в — каскадное включение парциальных ЛЗ

 

19 Методы аподизации преобразователей в устройствах на ПАВ, достоинства и недостатки.

Изменение перекрытия называют аподизацией. Это эквивалентно методу формирования «окон» в общей теории дискретных фильтров. При изменении перекрытия штырей по длине преобразователя форма частотной характеристики становится более плавной, выбросы уменьшаются, но ширина полосы увеличивается. Это и понятно, так как уменьшается количество штырей, существенно влияющих на формирование результирующей волны и полосы пропускания.

Для доказательства того, как аподизация влияет на форму частотной характеристики и полосу пропускания, рассчитаем АЧХ. Сделаем это для нормированной ширины импульса, когда протяженность во времени импульсной переходной функции и соответствующее ей количество штырей, являются одинаковыми для всех случаев (рис. 6.25). для простоты расчета положим, что длительность импульсной функции во всех случаях равна единице. На рис. 6.25: 1 — прямоугольная импульсная характеристика с длительностью 1 с; 2 — импульсная функция в виде треугольника с длительностью 1 с; 3 — импульсная характеристика типа e при α=8, когда в пределах длительности 1 с ордината составляет 0,13 … 1; 4 — импульсная характеристика типа e при α=12, когда в пределах длительности 1 с ордината составляет от 0,05 … 1.

Рис. 6.25

Частотные характеристики для указанных случаев приведены на рис. 6.26, где: 1 — неаподизованный преобразователь с равномерным перекрытием штырей; 2 — аподизованный, с линейным изменением перекрытия штырей; 3,

4 — при изменении перекрытия штырей по закону e при α=8 и 12 соответственно. Из рис. 6.26 наглядно видно, что при линейной аподизации интенсивность боковых выбросов составляет 0,05 максимума, а полоса пропускания расширяется (на уровне 0,7) примерно в 1,3 раза, т. е. форма частотной характеристики улучшается по сравнению со случаем равномерного перекрытия штырей. При перекрытии штырей по закону e частотная характеристика не имеет боковых выбросов, а полоса пропускания расширяется по сравнению с равномерным перекрытием штырей примерно в 1,35 раза при α=8 и в 1,55 раза при α=12.

Реально в фильтре с аподизованным преобразователем при перекрытии штырей по закону e будут небольшие выбросы, так как значения перекрытия начинаются скачком не с нуля, а с 5 % для α=12 и с 13 % для α=8. Таким образом, изменяя закон перекрытия штырей относительно центра преобразователя, можно менять форму частотной характеристики, уменьшая боковые выбросы. Однако, при этом будут меняться ширина полосы. Это согласуется с тем, что изложено в § 6.2.

Рис. 6.26