Mit akustischen Wellen arbeitender Zweispur-Convolver mit Unterdrückung des Selbstfaltungssignals

Abstract

 Zweispur-Convoler mit seriell integrierten Einzelwand­lern (4a, 4b; l4a, l4b) als Eingangswandler (4, l4) für das Eingangssignal und das Referenzsignal, um für vorge­gebene Eingangsimpedanz solche Einzelwandler verwenden zu können, die möglichst große Chirpdauer (große Länge der Einzelwander) ermöglichen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht auf einen Zweispur-Con­volver.

[0002] Ein Zweispur-Convolver mit Unterdrückung des Selbstfal­tungssignals ist bekannt aus Proc. IEEE, Ultrasoncis Symposium (l974), S. 224-227 u. (l98l), S.l8l-l85.

[0003] Bei den im Zusammenhang mit Convolvern und ähnlichen elektrischen Anordnungen verwendeten akustischen Wellen handelt es sich um solche, die in einem Substrat ober­flächennah bzw. in der Oberfläche laufen. Bekannt sind solche akustischen Wellen als Rayleigh-Wellen, Bleustein-­Wellen, Love-Wellen, SSBW-Wellen, SABW-Wellen und der­gleichen, die im nachfolgenden allgemein gefaßt als Ober­flächenwellen bezeichnet werden (obowhl im engeren Sinne im wesentlichen nur die beiden erstgenannten Wellenarten als Oberflächenwellen verstanden werden).

[0004] Bei einem Oberflächenwellen-Convolver handelt es sich um eine elektrische Einrichtung für sehr hohe Frequenzen, insbesondere ab dem MHz-Bereich. Ein solcher Convolver wird für die Verarbeitung von zum Beispiel Binary Ortho­gonal Keyine- (BOK-) Signalen verwendet. Ein Convolver ist einer auf der einen Oberfläche eines Substrats, zum Beispiel aus Lithiumniobat, angeordnete Zusammenstellung mehrerer Strukturen. Für die zur Selbstfaltungsunter­drückung verwendete Zweispur-Ausführung des Convolvers gehören als solche Strukturen zwei streifenförmige Inte­grationselektroden, dazu gegebenenfalls je zwei Strahl­kompressorstrukturen und je zwei, das heißt insgesamt vier Eingangswandler. Zwei Eingangswandler sind für das Eingangssignal E und zwei Eingangswandler sind für das Referenzsignal (R) bestimmt. Die Ausgangsanschlüsse der beiden Integrationselektroden sind über einen Übertrager galvanisch miteinander verbunden. Der Übertrager ist der eigentliche Ausgang des Zweispur-Convolvers. An diesem Ausgang ist das der Funktion des Convolvers entsprechende verarbeitete Eingangssignal zu erhalten, ohne daß auch das Selbstfaltungssignal auftritt.

[0005] Das Selbstfaltungssignal beruht auf einer von der vom Eingangswandler des Eingangssignals in den Convolver ge­sandten akustischen Welle im Eingangswandler für das Referenzsignal erzeugten, im Bereich der Integration­selektrode in Gegenrichtung laufenden akustischen Welle, die mit der (weiterhin) vom Eingangssignal des Eingangs­wandlers eingespeisten Welle ein Selbstfaltungssignal erzeugt, das unerwünscht ist.

[0006] Dadurch daß man bekanntermaßen dafür sorgt, daß in den beiden Integrationselektroden diese jeweils rücklaufenden Wellen gegenphasig zueinander sind, ist die Unterdrückung der Selbstfaltung möglich.

[0007] Wie dies für jegliche elektrischen Anordnungen der Hoch­frequenztechnik der Fall ist, ist auf richtige Anpassung der einzelnen vorhandenen Netzwerke zu achten. Auch für einen Zweispur-Convolver ist je ein Anpassungsnetzwerk für die Seite des Eingangssignals und für die Seite des Referenzsignals erforderlich, nämlich um Anpassung der jeweiligen Eingangsimpedanz zu haben. Das einfachst mög­liche Anpassungsnetzwerk ist eine Induktivität, deren Induktivitätswert dem Kapazitätswert des jeweiligen Ein­ gangswandlers angepaßt ist. Bei einem Zweispur-Convolver sind jedoch gegenüber einem Einspur-Convolver je zwei Eingangswandler parallelgeschaltet. Dies ist vorteilhaft um hohe elektrische Symmetrie der beiden jeweils gekop­pelten Eingangswandler zu gewährleisten. Durch die Paral­lelschaltung erhält man jedoch an den Anschlüssen dieser Wandler eine Impedanz, die gleich der halben Impedanz je­des einzelnen der Eingangswandler ist.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine in ein­facher Weise zu realisierende Maßnahme anzugeben, die es gestattet, ein für einen üblichen Einspur-Convolver be­stimmten Wandlerentwurf bzw. bestimmtes Wandlerdesign auch für einen Zweispur-Convolver verwenden zu können.

[0009] Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des Patentanspru­ches l gelöst und Ausgestaltungen der Erfindungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0010] Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die für ein übliches 5O-Ohm-System bei einem Zweispur-Convolver mit parallel geschalteten Eingangswandlern erforderliche lOO Ohm-Impedanz für einen jeden einzelnen dieser Wandler durch eine technologische Zusatzmaßnahme zu erreichen, ohne Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. An sich könnte man doppelt so hohe (auch kapazitive) Impedanz ohne weiteres dadurch erreichen, daß man den jeweiligen Ein­gangswandler auf etwa die Hälfte seiner Länge bzw. etwa die halbe Anzahl seiner Elektrodenfinger verkleinert. Dies würde jedoch zu einer unerwünscht kurzen sogenannten Chirpdauer führen, was nachteiligen Einfluß auf Apertur und Bandbreite zur Folge hat. Bei der Erfindung ist je­doch von der üblichen Parallelschaltung der Eingangs­wandler abgegangen worden und statt dessen die Serien­schaltung der jeweils zwei Eingangswandler vorgesehen. Dies führt dazu, daß jeder einzelne der Eingangswandler in zum Beispiel einem 5O Ohm-System nur noch 25 Ohm Ein­gangsimpedanz hat. Damit kann gegenüber dem Einspurwand­ler sogar eine noch günstigere längere Chirpdauer vorge­sehen sein.

[0011] Dieser Gedanke allein genügt aber nicht, zu erwartende Nachteile zu vermeiden. Die Serienschaltung der jeweils zwei Eingangswandler, nämlich einerseits für das Ein­gangssignal, andererseits für das Referenzsignal, führt beim Zweispur-Convolver nämlich aufgrund unvermeidlich auftretender parasitärer Kapazitäten dazu, daß die Kom­pensation der Selbstfaltung, für den der Aufwand eines Zweispur-Convolvers in Kauf genommen ist, unvollständig ist.

[0012] Als weitere erfindungsgemäße Maßnahme gehört dazu, die in Serie geschalteten jeweils zwei Eingangswandler mit einer gemeinsamen Sammelschiene auf der Oberfläche des Substrats in bezug auf die beiden Integrationselektroden so anzuordnen, daß von den jeweils drei Sammelschienen der betreffenden Eingangswandler-Serienschaltung jeweils diejenige Sammelschiene auf Masse gelegt ist, die beide, bezogen auf die Anordnung der zwei Integrationselektroden, diametral miteinander entgegengesetzt liegen. Es liegt somit eine entgegengesetzte Unsymmetrie der beiden Ein­gangsseiten (für Eingangssignal einerseits und Referenz­signal andererseits) des Zweispur-Convolvers vor, die das zu erwartende Ungleichgewicht kompensiert und doch wieder die geforderte Kompensation des Selbstfaltungseffekts ge­währleisten kann. Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figur gegebenen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung her­vor.

[0013] Mit l ist ein Zweispur-Convolver bezeichnet, dessen Struk­turen auf der Oberfläche eines hierfür zu verwendenden Substrates angeordnet sind. Mit 2 und 3 sind die pikanten Integrationselektroden bezeichnet. Mit E ist (die Quelle für) das Eingangssignal bezeichnet. Der zum Eingangssig­nal E gehörige Eingangswandler 4 besteht aus den beiden in Serie geschalteten einzelnen Eingangswandlern 4a und 4b. Der Eingangswandler 4a gehört zur Integrationselektro­de 3 und der Eingangswandler 4b gehört zur Integrations­elektrode 2. Mit 5a, 5b und 5c sind die drei Sammel­schienen der in Serie geschalteten einzelnen Eingangs­wandler 4a und 4b bezeichnet. An die Sammelschiene 5a ist die das zugehörige Anpassungsnetzwerk 6 repräsentierende Induktivität angeschlossen. Die Sammelschiene 5c dagegen liegt auf Masse bzw. dem Bezugspotential. Mit Cp ist die parasitäre Kapazität der an sich floatenden Sammelschiene 5b angedeutet. Dieser unvermeidliche und technologisch nicht vollständig beherrschbare parasitäre Kapazität Cp führt dazu, daß nicht gewährleistet ist, daß an den beiden Einzelwandlern 4a und 4b exakt die gleich große Signalspannung anliegt. Höhere Signalspannung am jeweils einen Wandler 4a oder 4b führt zu entsprechend größerer Amplitude der in die Integrationselektrode 2 bzw. 3 ein­gespeisten akustischen Welle.

[0014] Mit l4 ist die erfindungsgemäß vorgesehene Serienschal­tung der einzelnen Eingangswandler l4a und l4b für das Referenzsignal R bezeichnet. Das Anpassungsnetzwerk für die Zuführung des Referenzsignals R in den Wandler l4 ist mit l6 bezeichnet. Mit l5a, l5b und l5c sind die drei Sammelschienen des Wandlers l4 bezeichnet. Auch hier liegt wieder eine parasitäre Kapazität Cp vor, die in der Figur angedeutet ist. Diese beiden genannten Kapazitäten sind wie festgestellt wurde, im wesentlichen etwa gleich groß.

[0015] Das Design bzw. der Entwurf für einen jeden der Einzel­wandler 4a, 4b einerseits und, l4a, l4b andererseits ist vorzugsweise gleich. Der Serienschaltung entsprechend kann bei der Erfindung die Länge der betreffenden Einzel­wandler 4a bis l4b sogar mehr als doppelt so groß gemacht werden, wie dies der Fall wäre für einen Einspur-Convol­ver (der aus lediglich einem Eingangswandler 4a, der Inte­grationselektrode 3 und einem einzigen zweiten Eingangs­wandler l4b bestehen würde, wobei in beiden Fällen zum Beispiel 5O Ohm-System angenommen ist).

[0016] Als weitere Maßnahme der Erfindung ist, wie aus der Fi­gur ersichtlich, die auf Bezugspotential liegende Sammel­schiene 5c des Eingangswandlers für das Eingangssignal E, bezogen auf die Integrationselektroden 2, 3, diametral entgegengesetzt der ebenfalls auf Masse bzw. Bezugspoten­tial liegenden Sammelschiene l5c des anderen Eingangs­wandlers l4 positioniert. Sollte zum Beispiel der Einzel­wandler 4a und damit auch der Einzelwandler l4a mit (be­zogen auf den Einzelwandler 4b bzw. l4b) höherer Si­gnalspannung (des Eingangssignals bzw. des Referenzsinals) beaufschlagt sein, so würde zwar in der Integrationselek­trode 3 die akustische Welle des Eingangssignals E größer sein als in der Integrationselektrode 2. Diese in die Integrationselektrode 3 größere Eingangssignal-Welle würde aber im Einzelwandler l4b (auf Grund der Parallel­kapazität Cp) geringere Reemission erfahren. Im Mittel ist erfindungsgemäß das Produkt aus hinlaufender Welle und reemittierter Welle d.h. das Selbstfaltungssignal für die Integrationselektrode 3 genauso groß ist wie für die Inte­grationselektrode 2. In dieser tritt dann nämlich ver­gleichsweise eine kleinere Welle des Eingangs-Signals E und vergleichsweise höhere Reemission aus dem Einzelwand­ler l4b und wieder das gleich große Produkt aus hinlaufen­der und reemittierter Welle auf.

[0017] Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist also erreicht, daß nicht nur wieder Vollkompensation des Selbstfaltungs­signals für diesen Zweispur-Convolver erreicht ist, sondern daß außerdem mit sogar dem Stand der Technik ge­genüber vergleichweise niederohmigeren Einzel-Eingangs­wandlern 4a bis l4b der vorgegebene Eingangs-Impedanz­wert, zum Beispiel 5O Ohm, zu realisieren ist.

Ansprüche

1. Mit akustischen Wellen arbeitender Zweispur-Convolver mit Eingangswandlern für das Eingangssignal E und das Referenzsignal R und
mit zwei zugeordneten Integrationselektroden
gekennzeichnet dadurch,
- daß für vorgegebene Impedanz der Convolver-Eingänge (6l, l6l) und dazu niedrige Impedanz der Eingangs­wandler (4a, 4b; l4a, l4b)
- für das Eingangssignal E und für das Referenzsignal R jeweils ein einzelner Eingangswandler (4, l4) vor­gesehen ist,
- daß ein jeder dieser Eingangswandler (4, l4) aus jeweils zwei zueinander seriellen Einzelwandlern (4a, 4b; l4a, l4b) besteht, wobei diese Einzelwand­ler einzeln demselben Entwurf entsprechen, und
- daß diejenigen beiden jeweils mit Bezugspotential M zu verbindenden Einzelwandler (4b; l4b) der zwei Eingangswandler (4; l4) in dem Convolver (l), be­zogen auf die beiden Integrationselektroden (23), diametral (Fig.) zueinander angeordnet sind.

2. Zweispur-Convolver nach Anspruch l
gekennzeichnet dadurch,
- daß die jeweils zwei Einzelwandler (4a, 4b bzw. l4a, l4b) eines jeden der beiden Eingangswandler (4, l4) seriell integrierte Wandler (4, l4) sind, wobei der einzelne seriell integrierte Wandler (4, l4) für die jeweils zwei Einzelwandler (4a, 4b bzw. l4a, l4b) eine gemeinsame Sammelschiene (5b bzw. l5b) besitzt.

Zeichnung