[其他]一种声表面波——声栅型射频频谱分析器

说明书

本发明属于电子对抗系统中瞬时测频用的射频频谱分析器。

目前使用的，或已在实验室中证明可行的各类电子侦察接收机中，特别是对机载雷达设备说来，集成声-光接收机是被认为最有潜力的。一些文献（例如Hamilton，M.C.“Acousto-opticSpectrum-AnalysisForElectronicWarfareApplications”，1981，UltrasonicsSymposiumProceedings，714）指出，这种接收机具有100%的截获率，能同时处理时间上重迭的多个不同频率的信号、具有宽的瞬时带宽和高的频率分辨能力、具有高的测频精度、信号处理简单、体积小、重量轻、坚固耐振等优点。在美国，上述器件的实验室论证阶段已经完成，证明了其结构原理是可行的。但目前达到的性能指标与实际应用的要求尚有较大差距。主要存在问题是动态范围不够。造成动态范围不够大的原因主要有二：一是光波导内散射太大;二是由于该器件的接收阵采用的是平方律检波方式，因而要求光-电检测元件的动态范围是器件实际要求的平方倍（达100dB），而目前光-电检测元件所能达到的动态范围还远远不够。这两方面的问题在短期内不易解决。此外，集成声-光射频频谱分析器的制造工艺要求十分高，例如，二维光透镜的加工精度要求为0.25微米，基片端部不允许有大于0.1微米的碎片。这样苛刻的加工工艺要求很难满足，器件成品率很低。

本发明的目的在于提出一种纯声学的射频频谱分析器结构。

本发明的基本构思是：不用光波来携带声信号信息;而将待处理的射频电信号加到输入叉指换能器转换成声表面波，直接利用声波通过声栅时的衍射和聚焦效应，使不同频率的谱成分聚焦于不同位置。在这些焦点的轨迹上，相应地放置一个接收换能器阵，来接收并转换成电信号。每一阵元对应于一个信道，将它们平行输出，即可实现频谱分析。

本发明的结构，与光学上的光栅光谱仪也有显著不同。光栅光谱仪中（以及声-光射频频谱分析器中），不同波长的成分具有不同的衍射角。也就是说，上述仪器所利用的是偏转角随待分析的谱成分波长（或频率）变化而作转动式的扫描。由于目前使用的适宜于射频段，且宜于大带宽范围工作的声表面波器件的基片材料（例如Y切割铌酸锂单晶片）都是各向异性的，因而当声波传播方向偏离纯模轴方向时，随着偏离角度的增大，聚焦后的焦点区的彗差与其它散焦现象越来越严重，从而会使仪器的分辨能力和测频精度变坏。本发明采用空间频率线性变化的Bragg声学栅阵来使偏转声束聚焦的方法。这样，不仅可省去二维声透镜，而且，当入射声频变化时，聚焦声束的轴线随之而作平移式扫描而不是如同光栅光谱仪那样的转动式扫描。于是，只要恰当设计，使聚焦声束的轴刚好是所使用的基片的纯模轴，就可以避开基片材料各向异性所带来的问题。这点，是本发明的一个核心问题。

输入换能器（1）的频带宽度应不小于所要求的处理带宽。该叉指换能器的总孔径不小于W/cosθinc，其中，W为声栅（2）的长度，θinc为入射角。对一个器件说来，θinc是一个常数。

线性调频Bragg声栅（2）沿X方向的空间频率分布规律为：

F（X）＝F₁+μX（1）

上式中，μ为声栅空间频率的线性变化率，为一常数，其值可正可负。若μ为正值，则上式中F₁为声栅低端空间频率。而高端空间频率为：

F₂＝F₁+μW（2）

上式中，W为声栅（2）的长度。

若待处理的射频信号频率的上、下限分别为f₂和f₁，则声栅两端的空间频率F₁和F₂应满足下列关系：

F₁≤2·sinθinc·f₁-Va/2L₁·cosθinc/sinθinc（3a）

F₂≥2·sinθinc·f₂+Va/2L₂·cosθinc/sinθinc（3b）

上式中，Va为声表面波沿X方向的传播速度，L₁和L₂分别为声栅低频端和高频端的栅条长度。