延迟线

更新时间:2022-08-25 11:56

用于将电信号延迟一段时间的元件或器件称为延迟线。近年来,随着电子工业的迅速发展,此类元件广泛应用于较精密的示波器、彩色电视、电子计算机、工业过程控制、现代雷达系统等领域。

简介

用于将电信号延迟一段时间的元件或器件称为延迟线。延迟线应在通带内有平坦的幅频特性和一定的相移特性(或延时频率特性),要有适当的匹配阻抗,衰减要小。对模拟信号一般用电感和电容组成或直接用同轴电缆和螺旋线;数字信号还用电荷耦合器件或声表面波器件。

延迟线广泛使用在雷达、电子计算机、彩色电视系统、通信系统,以及测量仪器(如示波器)中。

延迟线主要分电磁延迟线和超声延迟线两大类。电磁延迟线延时由几毫微秒到几十微秒,幅频特性多呈低通型,延时在几微秒以上时,3分贝带宽仅限于数兆赫以下。超声延迟线延时由几微秒到几千微秒,幅频特性呈带通型,中心频率可达几百兆赫以上。

电磁延迟线发展较为成熟,工艺简便,价格较低,使用普遍。超声延迟线,特别是表面声波延迟线,正在不断发展之中,能满足多种用途。在特性与使用方面,两类延迟线各有所长,互为补充。

分类

声体波延迟线

声体波微波延迟线是以晶体棒、片作为传声介质,由在棒、片端面上将电(声)信号转换成声(电)信号的薄膜换能器和匹配网络构成。微波电信号通过匹配网络耦合到输入换能器,转换成微波声信号后以声的速度在介质中传播,输出换能器把声信号转换成电信号,通过输出匹配网络而得到延迟微波信号,延迟时间的长短取决于传声介质的长度。声体波微波延迟线与同轴电缆延迟线相比具有体积小,质量轻、无色散、延迟温度变化小、损耗小等特点。可广泛用于雷达、飞机、导弹目标信号模拟、电子对抗、电子点火、鉴频、动目标显示、高度计定标等系统。

光纤、光波导延迟线

为了提高抗干扰能力和分辨率、识别能力以及解决多目标成像问题,要求相控阵雷达必须具有尽可能大的瞬时带宽;为了解决因孔径效应而引起的对信号瞬时带宽的限制问题,常常采用延迟线进行延时补偿。传统的同轴延迟线、声表面波延迟线、电荷祸合器件己不能满足雷达系统的高分辨率要求,现在采用的都是光学延时技术,最常见、技术较成熟的是光纤延迟线的应用。光纤是产生延迟和实现信号分配要求的一种优良介质,光纤延迟线具有长时间(几十微秒)存储大带宽模拟信号(几十千兆赫)、损耗低、带宽宽等优点,且动态范围大,三次渡越信号小,实现延迟线相当容易,此外抗干扰、重量轻、体积小,这对机载方面的应用特别重要。光波导延迟线同样可以实现大的瞬时带宽提高雷达系统抗干扰能力,分辨、识别能力和多目标成像能力,且光波导延迟线相对于光纤延迟线具有以下几个优点:延时精度更高,高的工作频率;单位长度损耗低;体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强;高集成化程度;采用聚合物材料还具有低介电常数、高电光系数和高热光系数等优点。

超导微波延迟线

高温超导体的表面电阻率很低,使得由导体损耗所带来的色散效应减小,而动态电感的存在使高温超导传输线呈现漫波效应,使其在延迟线领域有着特定的优势。国外对超导延迟线的研究大致可以分为两类:一类是利用一段均匀传输线通过曲折(蛇形)线结构或者双螺旋形结构实现信号的时延,另一类为抽头延迟线即线性调频滤波器(chirp filter)。前一种可以通过微带线、共面波导或者带状线结构来实现延时效果;后一种则是利用级连的},/4祸合传输线实现反相传输,并最终在反射口得到信号。

常见各类延迟线及优缺点

延迟线广泛应用于较精密的示波器、彩色电视、电子计算机、工业过程控制、现代雷达系统等领域。常见的几类延迟线有:同轴电缆延迟线、超声波延迟线、光纤/光波导延迟线等。

最早进入应用领域的是同轴电缆延迟线,但它存在体积大、重量重等缺点。例如,电磁波在典型同轴电缆传输线传播1m所需时间约为0.005μs,要获得0.5μs的时延则需要100m长的同轴传输线。由于重量和体积太大,且当延迟时间较长时将带来不可忍受的高插入损耗,它的应用领域受到了极大的限制,此类同轴电缆传输线只适合在微波范围内作移相器或延迟线之用。

超声波延迟线适用于某些需要特长时延及高稳定度的场合。从基本物理学中得知超声波在固体及液体中传播速度约3 Km/s,比电波在导体中传播速度慢的多,基于该原理,把电信号转变成机械振动让其通过导体可以得到较长的延迟时间。但该类延迟线主要缺点是:制作有较平坦的宽带响应的换能器困难、假信号抑制效果不理想、双端换能器结构复杂、与系统器件不易集成、工作频率不高。

光纤延迟线适用于对高频数字信号进行脉冲编码、解码、滤波、相关卷积运算和A/D变换等处理,而且光纤通信具有带宽宽、损耗低、抗干扰、保密性好等优点,但光纤延迟线的结构相当复杂不易集成,成本较高。

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