Влияние анизотропной дифракции гиперзвуковых пучков на частотные характеристики акустической линии задержки СВЧ

• Автор: Свечников, Илья Геннадиевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОСОБЕННОСТИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОАВ МНОГОСЛОЙНЫМ
ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
1.1 Особенности моделирования МЭПП
1.2. Учет влияния непьезоактивного слоя диэлектрика между электродом и пьезоэлектриком
1.3. Особенности моделирования сверхширокополосного МЭПП с переменной толщиной пьезоэлектрика и согласующими устройствами
1.4. Сверхширокополосный пьезопреобразователь ОАВ
Выводы по главе
ГЛАВА 2. АНИЗОТРОПНАЯ ДИФРАКЦИЯ ГИПЕРЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ В
КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЗВУКОПРОВОДАХ
2.1. Искажения формы частотной характеристики АЛЗ вследствие дифракции акустического пучка
2.2. Метод расчета дифракционного поля ОАВ, возбужденного многоэлементным пьезопреобразователем
2.3 Зависимость АЧХ АЛЗ от геометрических параметров МЭПП
2.4 Зависимость АЧХ АЛЗ от отклонения кристаллографической и геометрической осей звукопровода
2.5 Зависимость АЧХ АЛЗ от взаимного смещения преобразователей в линии задержки «на
проход»
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗВУКОПРОВОДА НА АЧХ АЛЗ
3.1. Анализ влияния непараллельности торцов звукопровода на потери энергии сигнала в АЛЗ
3.2 Устройство измерения геометрических параметров твердотельных элементов
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Современные тенденции увеличения разрешающей способности и дальности действия, бортовых и стационарных радиолокационных систем с активной фазированной решеткой (АФАР) и систем радиопротиводействия отражаются на тенденциях развития элементной базы. В современных радиотехнических системах связи, радиомониторинга, радиолокации и навигации предъявляются все более высокие требования к расширению полосы частот (сверхширокополосность) и снижению массогабаритных параметров.
В последнее время возникла необходимость создания систем, обеспечивающих одновременную работу на нескольких частотах при широкоугольном электрическом сканировании антенной решетки.
В связи с этим в настоящее время для построения систем связи, радиомониторинга, радиолокации и навигации, а также радиоэлектронного противодействия требуются акустические линии задержки на ОАВ с рабочей полосой частот в несколько октав (A/7/o > 100%) в сантиметровом диапазоне длин волн. Такие акустические линии задержки (АЛЗ) позволяют обрабатывать СВЧ сигнал с точностью и быстродействием, недостижимым в обозримом будущем для цифровых систем. Современные направления развития АЛЗ, обусловленные требованиями к системе в целом, заключаются в увеличении центральной рабочей частоты и полосы рабочих частот. Рост рабочей частоты неизбежно приводит к увеличению вносимых потерь АЛЗ, поэтому основным направлением исследования физических процессов, протекающих в АЛЗ, является поиск возможных путей минимизации потерь задержанного сигнала.
В настоящее время исследованиями и разработками АЛЗ СВЧ на ОАВ занимаются в США (фирмы TELEDYNE, Anaren Microwave), в России (предприятия ОАО "Радар ММС" (Санкт-Петербург), ОАО "Hi L11 "Контакт"

(Саратов). Существуют каталоги выпускаемых АЛЗ СВЧ [1-4] с относительными рабочими полосами частот не более 70 %.
Задача возбуждения объемной акустической волны в твердом теле решалась со времён Эренфеста (1919 г.) с помощью пластинчатого пьезопреобразователя и в настоящее время в диапазоне частот вплоть до 1 ГГц не представляет особых трудностей. Преобразователь этого частотного диапазона состоит из пьезоактивной плоскопараллельной пластины (на высоких частотах - пленки) с двумя тонкими электродами из хорошо проводящего материала на ее противоположных сторонах. Такой преобразователь размещается на поверхности твердого тела с обеспечением механического контакта поверхностей преобразователя и твердого тела без проскальзывания, то есть на этой поверхности выполняются граничные условия для механических смещений £/, вида:
где "+" и " обозначают поля по разные стороны граничной поверхности.
Преобразователь такого вида излучает продольную и/или поперечную упругую волну в объем контактирующего тела перпендикулярно поверхности. Электрический импеданс такого преобразователя Ър состоит из сопротивления подводящих полосковых электродов, электродов преобразователя 7?0, ёмкостного сопротивления электродов преобразователя Хс=МтСт, сопротивления излучения Ка, связанного с потерями энергии в цепи вследствие излучения звука и определяемое из условия
где /г - средний ток в преобразователе, Ра - поток акустической мощности, возбужденного звука, а также реактивности излучения Ха, определяемой как преобразование Гильберта от 7?а
Ц}+) = £/(-)

дополнительные технологические процессы по формированию внешних резистивных элементов. Этот способ приводит к уменьшению эффективности возбуждения, но повышает устойчивость системы к самовозбуждению и значительно сглаживает АЧХ.
Наряду с электрическим согласованием, используют также и акустическое согласование [65]. Акустическое согласование ограничено выбором из конечного набора акустических импедансов материалов, используемых при изготовлении преобразователей, и технологической осуществимостью изготовления нескольких слоев.
Для согласования различных акустических импедансов используют трансформатор акустических импедансов в виде системы тонких плёнок с различным акустическим импедансом [66]. Такой трансформатор может обеспечить полное согласование с акустической нагрузкой лишь в узкой относительной полосе частот - 10-20%. Поэтому для использования в
сверхширокополосной системе акустическое согласование применяется для уменьшения потерь сигнала в некоторой не слишком широкой полосе рабочих частот.
Расчетные данные, полученные моделированием с помощью эквивалентной схемы (рисунке 1.12) и подтверждающие приведенные выше рассуждения, представлены на рисунке 1.14.
Из вышесказанного следует, что применение любого из описанных выше способов согласования в отдельности не позволяет получить широкополосного увеличения эффективности преобразования. Поэтому необходимо проводить расчет не отдельного пьезопреобразователя, а системы «электрическое согласующее устройство - пьезопреобразователь - акустическое согласующее устройство». Для этого каждый элемент МЭПП моделируется схемой, приведенной на рисунке 1.13, а полный импеданс МЭПП необходимо вычислять, исходя из схемы, приведенной на рисунке 1.12. При этом задача согласования сверхширокополосного МЭПП сводится не к обеспечению равенства комплексно сопряженных импедансов, а к поиску параметров акустического и электрического