[其他]一種聲表面波——聲柵型射頻頻譜分析器

在審

• 申請號: 101985000000709
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100709B
• 公開（公告）日: 1987-12-23
• 發明（設計）人: 王佐卿;汪承浩;周素華
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種純聲學的射頻頻譜分析器。它直接通過聲表面波在線性調頻的Ｂｒｄｇｇ聲柵上的偏轉并聚焦，然后由接收叉指換能器陣的各陣元分別接收不同頻率成分的聲波而完成頻譜分析。這是一種純聲學化的器件，比相應的集成聲－光器件在工藝技術要求上大為降低，然而動態范圍卻可做得更高。在較低頻段（例為５００ＭＨｚ以下），可望應用目前已成熟的平面工藝做出滿足實際應用要求的器件。

本發明屬于電子對抗系統中瞬時測頻用的射頻頻譜分析器。

目前使用的，或已在實驗室中證明可行的各類電子偵察接收機中，特別是對機載雷達設備說來，集成聲-光接收機是被認為最有潛力的。一些文獻（例如Hamilton，M.C.“Acousto-optic Spectrum-Analysis For Electronic Warfare Applications”，1981，Ultrasonics Symposium Proceedings，714）指出，這種接收機具有100%的截獲率，能同時處理時間上重迭的多個不同頻率的信號、具有寬的瞬時帶寬和高的頻率分辨能力、具有高的測頻精度、信號處理簡單、體積小、重量輕、堅固耐振等優點。在美國，上述器件的實驗室論證階段已經完成，證明了其結構原理是可行的。但目前達到的性能指標與實際應用的要求尚有較大差距。主要存在問題是動態范圍不夠。造成動態范圍不夠大的原因主要有二：一是光波導內散射太大;二是由于該器件的接收陣采用的是平方律檢波方式，因而要求光-電檢測元件的動態范圍是器件實際要求的平方倍（達100dB），而目前光-電檢測元件所能達到的動態范圍還遠遠不夠。這兩方面的問題在短期內不易解決。此外，集成聲-光射頻頻譜分析器的制造工藝要求十分高，例如，二維光透鏡的加工精度要求為0.25微米，基片端部不允許有大于0.1微米的碎片。這樣苛刻的加工工藝要求很難滿足，器件成品率很低。

本發明的目的在于提出一種純聲學的射頻頻譜分析器結構。

本發明的基本構思是：不用光波來攜帶聲信號信息;而將待處理的射頻電信號加到輸入叉指換能器轉換成聲表面波，直接利用聲波通過聲柵時的衍射和聚焦效應，使不同頻率的譜成分聚焦于不同位置。在這些焦點的軌跡上，相應地放置一個接收換能器陣，來接收并轉換成電信號。每一陣元對應于一個信道，將它們平行輸出，即可實現頻譜分析。

本發明的結構，與光學上的光柵光譜儀也有顯著不同。光柵光譜儀中（以及聲-光射頻頻譜分析器中），不同波長的成分具有不同的衍射角。也就是說，上述儀器所利用的是偏轉角隨待分析的譜成分波長（或頻率）變化而作轉動式的掃描。由于目前使用的適宜于射頻段，且宜于大帶寬范圍工作的聲表面波器件的基片材料（例如Y切割鈮酸鋰單晶片）都是各向異性的，因而當聲波傳播方向偏離純模軸方向時，隨著偏離角度的增大，聚焦后的焦點區的彗差與其它散焦現象越來越嚴重，從而會使儀器的分辨能力和測頻精度變壞。本發明采用空間頻率線性變化的Bragg聲學柵陣來使偏轉聲束聚焦的方法。這樣，不僅可省去二維聲透鏡，而且，當入射聲頻變化時，聚焦聲束的軸線隨之而作平移式掃描而不是如同光柵光譜儀那樣的轉動式掃描。于是，只要恰當設計，使聚焦聲束的軸剛好是所使用的基片的純模軸，就可以避開基片材料各向異性所帶來的問題。這點，是本發明的一個核心問題。

輸入換能器（1）的頻帶寬度應不小于所要求的處理帶寬。該叉指換能器的總孔徑不小于W/cosθinc，其中，W為聲柵（2）的長度，θinc為入射角。對一個器件說來，θinc是一個常數。

線性調頻Bragg聲柵（2）沿X方向的空間頻率分布規律為：

F（X）＝F₁+μX （1）

上式中，μ為聲柵空間頻率的線性變化率，為一常數，其值可正可負。若μ為正值，則上式中F₁為聲柵低端空間頻率。而高端空間頻率為：

F₂＝F₁+μW （2）

上式中，W為聲柵（2）的長度。

若待處理的射頻信號頻率的上、下限分別為f₂和f₁，則聲柵兩端的空間頻率F₁和F₂應滿足下列關系：