Электростатика

2.1.4. Устройство управления динамическими 
неоднородностями 
Исследовано насколько способов управления прохожде-
нием динамических неоднородностей по тракту передачи ин-
формации. Эти процессы определяются типом динамических 
неоднородности, функциональным назначением прибора или 

---

44 
устройства. Так, если используется только ПАВ, распростране-
ние которой происходит в тонком приповерхностном слое, то 
для эффективного управления можно использовать интерфе-
ренцию, дифракцию, отражение, преломление, переизлучение, 
фокусирование волн. Можно варьировать также параметры зву-
копровода, изменяя такие характеристики процесса распределе-
ния, как скорость ПАВ, дисперсию, удельное затухание и т. п. 
Наиболее распространенным методом является управле-
ние акустическим трактом путем изменения топологии его эле-
ментов. Эти элементы позволяют сформировать каналы распро-
странения ПАВ. К таким элементам относится 
многополоско-
вый ответвитель
(МПО), который конструктивно выполняется 
в виде системы пленочных металлических электродов, нанесен-
ных на подложку. В зависимости от назначения устройства 
управления топология МПО имеет различную форму и способ-
на переизлучать энергию в любой из каналов, формировать эти 
каналы. 
При выполнении условия синхронизма 
= d
МПО ведет 
себя как отражательная структура, и рабочий диапазон выбира-
ется в пределах 0,4 – 0,9 центральной частоты 
f
0.
На рис. 2.8 приведены некоторые примеры использования 
МПО в звуковом канале. С помощью МПО можно переизлучать 
энергию из одного канала в другой (рис. 2.8, 
а
), раздваивать 
акустический канал (рис. 2.8, 
б
)
, 
разворачивать волновой фронт 
в обратном направлении (рис. 2.8, 
в
) 
Рис. 2.8. Операции в тракте, осуществляемые МПО:
а
– акустическая связь между двумя независимыми
звукопроводами; 
б 
– раздвоение канала;
в
– обращение акустической волны 

---

45 
В качестве элементов акустического тракта можно ис-
пользовать периодические неоднородности на поверхности зву-
копровода в виде пазов, выступов металлических или диэлек-
трических полосок, а также комбинации этих структур. 
Разработаны методы локализации (каналирования) волны 
в топографическом волноводе (рис. 2.9, 
а, б
)
. 
Часто это связано 
с необходимостью увеличения протяженности тракта, чтобы 
обеспечить максимальное время задержки. Помимо топографи-
ческих волноводов для локализации акустической волны можно 
применять и плоские слоистые волноводы (рис. 2.9, 
в
)
. 
Рис. 2.9. Акустические волноводы: топографические волноводы 
треугольной (
а
) и прямоугольной (
б
) формы; 
слоистый волновод, с нанесенным звукопроводом (
в
); 
щелевой волновод (
г
) 
Слоистые волноводы изготовляют путем нанесения веще-
ства, скорость ПАВ в которых отлична от скорости в звукопро-
воде. Степень локализации волны зависит от соотношения ско-
рости ПАВ в звукопроводе и в слое нанесенного вещества. 
Разработаны конструкции МПО с динамически управляе-
мой конфигурацией электродов, в которых под воздействием 
локального излучения создаются области повышенной прово-
димости. 

---

46 
Эффективное управление прохождением динамических 
неоднородностей является изменение граничных условий рас-
пространения ПАВ. К граничным условиям будем относить 
большое число физических параметров, характеризующих сре-
ду распространения волн вдоль границы твердого тела, и пара-
метры, отражающие структуру звукопровода. Этот метод 
управления базируется на локальном изменении свойств среды, 
что весьма эффективно с энергетической точки зрения. Напри-
мер, если покрыть поверхность звукопровода тонким слоем се-
ленида кадмия, удельное сопротивление которого зависит от 
уровня освещенности, то можно менять мнимую часть акусти-
ческого импеданса. В этом случае появляется возможность из-
менять амплитуду ПАВ в достаточно широком диапазоне зна-
чений. 
Однако заметим, что методу управления удельной прово-
димостью поверхностного слоя присущи недостатки, связанные 
с большим энергопотреблением, громоздкостью проекционных 
систем. 
Если же использовать магниточувствительные пленки, 
нанесенные на поверхность звукопровода, то изменять упругие 
свойства пленки, а также акустический импеданс звукопровода 
становится проще. Возникающие магнитоупругие поверхност-
ные волны обладают рядом специфических свойств. В частно-
сти, их разовая скорость зависит от ориентации вектора управ-
ляющего магнитного поля, что позволяет эффективно управлять 
скоростью распространения в пределах 20 %. 
Третий метод управления свойствами звукопровода осно-
вывается на целенаправленном изменении электрофизических 
свойств материала звукопровода. Возможность управления 
свойствами материала может быть реализована за счет термо-
динамической взаимосвязи тепловых, электрических, магнит-
ных и упругих параметров среды. Управление в этом случае 
осуществляется с помощью полей различной физической при-
роды. 

---

47 
В некоторых конструкциях приборов используется линей-
ная зависимость между деформацией звукопровода и скоростью 
распространения ПАВ. Изменение скорости распространения 
ПАВ также линейно зависит от температуры.
Этот метод отличается простотой, отсутствием дополни-
тельных потерь, позволяет эффективно использовать материалы 
с большим коэффициентом электромеханической связи. 
Управление скоростью распространения ПАВ можно 
осуществлять, используя эффект электроупругого взаимодейст-
вия. С этой целью звукопровод помещается в электрическое по-
ле с напряженностью порядка 10
3
В/см. Однако использование 
высоковольтного источника напряжения сопряжено с извест-
ными трудностями. 
Скоростью распространения ПАВ можно также управлять, 
используя термоупругий эффект. Его применение позволяет 
изменять упругие константы материала в тепловых полях. Од-
нако большая инерционность тепловых процессов ограничивает 
использование этого метода управления.