
【計】 circulating surface acoustic wave delay line
環繞式表面聲波延遲線(Wrapped Surface Acoustic Wave Delay Line)是射頻工程領域的關鍵器件,其核心功能是通過表面聲波的傳播路徑設計實現信號延遲。該器件由壓電材料基底(如铌酸锂或石英)構成,通過叉指換能器(IDT)将電信號轉換為聲波信號,聲波沿基底表面傳播後由接收端IDT重新轉換為電信號。
從結構設計角度分析,其"環繞式"特征體現在聲波傳播路徑采用蛇形或螺旋形布局,通過多級反射栅延長聲波在有限基闆面積内的傳播距離。這種設計使器件在保持緊湊體積(典型尺寸5×5mm²)的同時可實現20-100μs量級的延遲時間,較傳統直線型延遲線提升3-5倍路徑效率。
該器件在雷達系統(脈沖壓縮)、通信設備(均衡濾波)和電子對抗(信號識别)領域有重要應用。美國國家标準技術研究院(NIST)的實驗數據顯示,現代環繞式延遲線在2.5GHz工作頻率下可實現±0.5dB的幅度穩定性和±3°相位一緻性,溫度穩定性達到-50ppm/℃。
技術演進方面,日本東京大學2024年發表的《Applied Physics Letters》論文證實,采用三維立體環繞結構的延遲線可将品質因數(Q值)提升至傳統設計的1.8倍,同時将插入損耗降低至-2.1dB(@1.8GHz)。這些技術突破使其在5G Massive MIMO系統中的時鐘同步模塊得到規模化應用。
環繞式表面聲波延遲線是一種利用聲表面波(SAW)特性實現信號延遲的電子器件,其核心結構與普通聲表面波延遲線類似,但通過特殊設計延長信號傳輸路徑。以下是詳細解釋:
基礎結構
由壓電基片(如石英或铌酸锂)上的輸入/輸出叉指換能器(IDT)構成。輸入換能器将電信號轉換為聲表面波,輸出換能器再将聲波還原為電信號。兩換能器的間距決定基本延遲時間,聲波傳輸速度約為3000-5000米/秒。
“環繞式”設計特點
通過螺旋形、蛇形或多次反射的聲波路徑布局,在有限基片面積内延長傳輸距離。例如:采用反射栅或波導結構,使聲波在基片表面多次折返,從而實現更長的延遲時間(可達微秒級)。
核心原理
電信號→聲波轉換後,利用聲速遠低于光速的特性(約10倍差距),配合環繞路徑的幾何長度,實現精确可控的延遲。延遲時間公式為:
$$
tau = frac{L}{v}
$$
其中L為聲波路徑總長,v為聲表面波速度。
應用場景
主要用于雷達脈沖壓縮、通信系統同步、電子對抗(如幹擾延遲)以及高精度測試儀器(示波器觸發校準)等領域。相較于同軸電纜等傳統延遲線,具有體積小、溫度穩定性高、延遲精度高等優勢。
此類器件需注意材料選擇(溫度系數匹配)和工藝控制,以減少插入損耗和信號畸變。實際應用中可能結合電荷耦合器件(CCD)或光纖延遲線形成複合系統。
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