Сверхвысокочастотная линия задержки на объемных акустических волнах
Изобретение относится к линиям задержки СВЧ и может быть использовано в интегральных устройствах для обеспечения задержки электромагнитного сигнала. Техническим результатом изобретения является расширение рабочей полосы частот. Сверхвысокочастотная линия задержки на объемных акустических волнах содержит согласующие элементы, каждый из которых выполнен в виде нагруженной комланарной линии передачи и расположен на соответствующей торцевой грани монокристаллического звукопровода, при этом токонесущие части нагруженных компланарных линий передач выполнены совмещенными с соединенными с ними электродами пьезоэлектрических преобразователей. 2 н.п. ф-лы, 3 ил. 
Изобретение относится к линиям задержки СВЧ и может быть использовано в интегральных устройствах для обеспечения задержки электромагнитного сигнала.
Известны линии задержки СВЧ на объемных акустических волнах [1], содержащие монокристаллический звукопровод с размещенными на его торцах пьезоэлектрическими преобразователями, электроды которых соединены с входным и выходным согласующими устройствами и линиями передач с размещением кристаллического звукопровода внутри согласующего устройства. Недостаток таких устройств состоит в том, что для соединения преобразователей с линиями передач согласующих устройств необходимо использовать дополнительные контакты, приводящие к нарушению регулярности волноведущих линий. В волноводных конструкциях для этих целей используются резонансные штыри, имеющие реактивную составляющую импеданса. В обоих случаях наличие электродинамической неоднородности в регулярной линии передач приводит к сужению рабочей полосы частот линии задержки.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является линия задержки СВЧ [2], содержащая отрезок полосковой линии, передачи, пьезоэлектрический преобразователь, монокристаллический звукопровод, возбуждающий и согласующий элементы. Согласующее устройство в виде отрезков полосковой линии передачи расположено на боковой поверхности звукопровода. На часть заземляющей пластины, размещенной на торце монокристаллического звукопровода, служащего одновременно подложкой несимметричной полосковой линии, нанесен пьезоэлектрический преобразователь, на свободную поверхность которого помещена возбуждающая часть проводящего полоска линии передачи.
Недостаток указанной конструкции заключается в том, что элементы, расположенные на торце звукопровода, не являются полосковой линией передачи и носят индуктивный характер, что особенно проявляется при применении высокоэффективных "мозаичных" преобразователей, представляющих собой последовательное соединение нескольких преобразующих ячеек. Индуктивность в совокупности с емкостью преобразователя образует колебательный контур с ограниченной (не более одной октавы) полосой частот, соответствующей его добротности.
Целью изобретения является расширение рабочей полосы частот.
Указанная цель достигается тем, что в линии задержки СВЧ на объемных акустических волнах, содержащей монокристаллический звукопровод с размещенными на его торцах пьезоэлектрическими преобразователями, электроды которых соединены с входными и выходными согласующими устройствами и линиями передач, согласующие устройства выполнены в виде нагруженных компланарных линий передач и расположены на торцах звукопровода, являющегося при этом подложкой для компланарных линий, токонесущие части которых являются одновременно электродами пьезоэлектрических преобразователей. Компланарные линии передач могут быть нагружены на согласованные нагрузки и на короткое замыкание. Это позволяет исключить из конструкции линии задержки нерегулярные соединительные элементы (перемычки, штыри, пружины), сужающие рабочую полосу частот. В такой конструкции электроды преобразователя одновременно являются токонесущими частями копланарных линий передачи, поэтому даже в случае применения относительно длинных "мозаичных" преобразователей паразитных реактивностей не возникает. В результате рабочий диапазон частот такой линии не имеет принципиальных ограничений, накладываемых электродинамической системой преобразователей.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая линия задержки СВЧ отличается новым конструктивным выполнением и расположением согласующих устройств и их связями с остальными элементами линии задержки, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что новое конструктивное выполнение линии задержки СВЧ обеспечивает значительное увеличение рабочей полосы частот при уменьшении габаритов и веса линии, что не обеспечивается в этих известных решениях. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемой линии задержки СВЧ, в которой копланарные линии нагружены на согласованные нагрузки. На фиг.2 представлен общий вид линии задержки, в котором копланарные линии согласующих устройств нагружены на короткое замыкание. Экспериментальная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) образцов линий задержки, изготовленных в соответствии с предложенной формулой изобретения, представлены на фиг.3.
Линия задержки на объемных акустических волнах содержит монокристаллический звукопровод 1, на торцах которого располагаются пьезоэлектрические преобразователи, в состав которых входят: пьезоэлектрическая пленка 2 и металлические электроды 3 и 4, являющиеся одновременно токонесущими частями нагруженных компланарных линий 5, входящих в состав входного 6 и выходного 7 согласующих устройств. Компланарные линии 5 заканчиваются нагрузками 8, в качестве которых используются, например, согласованные нагрузки (фиг.1) или короткое замыкание (фиг.2).
Электромагнитный сигнал поступает на компланарную линию передачи 5 входного согласующего устройства 6. При этом в волноведущих линиях согласующего устройства распространяется электромагнитная волна При прохождении электромагнитного сигнала по электродам пьезопреобразователя 3 и 4, являющимся одновременно токонесущими частями компланарных линий 5, между этими электродами выделяется электрическая составляющая электромагнитного сигнала. В участках пьезоэлектрической пленки 2, расположенной между электродами 3 и 4, возбуждаются упругие колебания. Эти колебания передаются в монокристаллический звукопровод 1 и, с запаздыванием, равным времени прохождения упругой волны в звукопроводе, достигают его второго торца, где располагается аналогичный преобразователь. Между электродами этого преобразователя появляется электрический сигнал, который возбуждает электромагнитную волну в компланарной линии выходного согласующего устройства 7.
Частотный ход ослабления задержанного сигнала (АЧХ) экспериментальных образцов предложенных линий задержки СВЧ показан на фиг.3, где кривая 1 - АЧХ линии задержки с согласованными нагрузками на компланарных линиях согласующих устройств, кривая 2 - АЧХ линии задержки с коротким замыканием. Ширина полосы рабочих частот достигает 100-140%.
Таким образом, в сравнении с известными линиями задержки СВЧ, достигнуто расширение полосы рабочих частот в полтора-два раза.
Предлагаемая линия задержки допускает ее монтаж, как в интегральную схему, так и в отдельный модульный корпус. Применение одной широкополосной линии задержки в широкополосных системах позволит сократить расходы, связанные с разработкой и производством нескольких литер линий задержки, требуемых для перекрытия того же диапазона частот.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 370687, Мкл4 H 01 P 9/00, 15.11.1973, Бюл.№ 11.
2. Авторское свидетельство СССР № 326673, Мкл 4 H 01 P 9/00, 19.01.1972, Бюл.№ 4.
Формула изобретения
1. Сверхвысокочастотная линия задержки на объемных акустических волнах, содержащая монокристаллический звукопровод и размещенные на его торцевых гранях пьезоэлектрические преобразователи, соответствующие электроды которых соединены с входным и выходным согласующими элементами, отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочей полосы частот, каждый из согласующих элементов выполнен в виде нагруженной компланарной линии передачи и расположен на соответствующей торцевой грани монокристаллического звукопровода, при этом токонесущие части нагруженных компланарных линий передач выполнены совмещенными с соединенными с ними электродами пьезоэлектрическими преобразователями.
2. Сверхвысокочастотная линия задержки на объемных акустических волнах по п.1, отличающаяся тем, что компланарные линии передачи нагружены на согласованные нагрузки.
3. Сверхвысокочастотная линия задержки на объемных акустических волнах по п.1, отличающаяся тем, что компланарные линии передачи нагружены на короткое замыкание.
РИСУНКИ
