体波沿表面的传播分析及在表面波器件中的应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 陆建萍 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-31 |
| 授予单位 | 中国科学院声学研究所 |
| 授予地点 | 声学研究所 |
| 关键词 | 声表面波 体波 广义格林函数 有限元/边界元法 |
| 其他题名 | Analysis of Bulk Acoustic Wave Propagation on the Surface and Its Application in the Surface Acoustic Wave Devices |
| 学位专业 | 信号与信息处理 |
| 中文摘要 | 声表面波器件是现代通信和国防武器装备中的重要基础器件。声表面波器件中的重要结构是有限长度的叉指换能器（IDT），其在工作时不但会激发表面波（SAW），同时伴随激发强度随传播方向（倾斜向介质体内）有一定角度分布的体波（BAW）。这些具有不同指向角度的体波在晶体表面上具有不同的分量成分，使得表面声场中除了表面波外还包含体波模式。一般说来，体波成分的存在不同程度上恶化了表面波器件的性能，但也有其有利方面，在某些声表面波器件中就是利用了诸如表面掠面体波等体波模式实现器件的一定功能。 目前在器件设计上已有一些方法来抑制体波的不利影响，但关于体波在器件表面上的传播理论和现象解释还不多。由于体波对表面波器件设计和应用有重要影响，了解和掌握体波在表面上的传播和衰减规律，对设计高性能表面波器件具有十分重要的意义。 本文首先对半无限空间中压电晶体表面声波方程进行了研究，介绍广义格林函数基础理论，并介绍了表面有效介电常数概念以及几种常用基底材料的声学特征参数。在前人的工作基础上，本文应用有限长声表面波器件的精确理论模型，以有限元/边界元法为工具，对三种常用的压电晶体材料128oYX-LiNbO3、YZ-LiNbO3以及X-112oYLiTaO3表面上的声场分布进行了数值模拟。通过对表面上场分量的表面波扣除，得到了频率域内体波场振幅在各场分量中随频率的分布曲线。将各场分量中的体波模式由频率域变换到时间域，由于不同体波模式传播速度的不同而使之互相分离。对各场分量中占主要成分的体波模式脉冲传播规律进行分析和归纳，得到了各主要体波模式在指条数较少情况下的脉冲直接提取拟合结果，以及在指条数较多情况下的自相关峰值拟合结果。 分析表明，在三种压电晶体材料的表面上，各场分量中的体波成分所占比例各不相同，作为主要成分的体波模式振幅传播按照形如 的指数方式进行。根据分析得到的结果，可以在器件设计中找到传播路径上场点到IDT中心的合理距离使得器件中体波模式的影响尽可能减小，从而减小体波模式对声表面波器件性能的不利影响。数值模拟和数据分析方法对高性能声表面波器件的设计和优化具有指导作用。 |
| 英文摘要 | The surface acoustic wave (SAW) devices are very important for the development of mobile telecommunication and national defense equipment. The interdigital transducers (IDT), the most important parts in the SAW devices with finite length, can excite not only the SAW but also the bulk acoustic waves (BAW) which pass into the substrate with certain angles. Thus, the acoustic fields on the surface of substrate include different BAW modes as well as SAW. Generally speaking, the BAW will deteriorate the devices’ performance in a certain extent. However, there are also some devices taking advantage of the bulk modes such as surface skimming bulk wave (SSBW). The researchers and scientists have developed some methods to reduce the detrimental influence of BAW on the SAW devices. At the same time, the theories and explanations about the BAW’s propagation on the surface are still insufficient. Because of BAW’s harmful influence, knowing the propagation rules of the BAW on the substrates’ surface becomes more important for design of SAW’s devices. In this paper, the generalized Green’s function theory is introduced and the functions of acoustic waves in piezoelectricity material are studied. Surface effective permittivity (SEP) and acoustic characteristic parameters, such as propagation velocity are also described for several piezoelectric materials. Based on former work, acoustic fields distribution on the surfaces of three kinds of piezoelectric materials, i.e. 128oYX-LiNbO3, YZ-LiNbO3 and X-112oYLiTaO3, are numerically simulated using the FEM/BEM method. Removing the SAW mode from the fields on the surface, BAW modes are left and the distributions of the BAW’s amplitudes with the frequencies are received. By Fourier transforming, different BAW modes can be separated from each other because of their different phase velocities in time domain. By analyzing the main BAW pulses’ propagation rules in different fields, the fitted results got directly from the BAW pulses for SAW’s devices with fewer IDT fingers and the peak fitted results after pulses auto-correlated for SAW’s devices with more IDT fingers are gained. It is shown that each kind of BAW modes makes up different percentage in the surfaces’ fields for these different piezoelectric materials. The propagation rules of the main BAW modes follow the exponential function form such as . According to the numerical simulation and analysis, appropriate distance between the center of the IDT and the location on the wave propagation path can be found to minimize the detrimental influence of the BAW and to offer a helpful reference to the design and optimization of the high-powered SAW devices. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-05-07 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://159.226.59.140/handle/311008/170]  |
| 专题 | 声学研究所_声学所博硕士学位论文_1981-2009博硕士学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陆建萍. 体波沿表面的传播分析及在表面波器件中的应用[D]. 声学研究所. 中国科学院声学研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：声学研究所
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