利用聲表面波來傳遞和處理信號的技術(shù)稱為聲表面波技術(shù)。聲表面波器件因結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、頻率選擇性強等諸多優(yōu)點,已經(jīng)被廣泛用于現(xiàn)代通訊系統(tǒng)、移動電話、電視、廣播、雷達等各個領(lǐng)域,在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中發(fā)揮著及其重要的作用。5G技術(shù)的發(fā)展對聲表面波器件的性能提出了更高的要求。許多國家都在投入大量的人力、物力、財力發(fā)展高性能的聲表面波器件。盡管我國對聲表面波器件的理論研究還不算晚,但是高性能聲表面波器件的技術(shù)和市場仍然被發(fā)達國家壟斷,因此對聲表面波器件的研究仍具有十分重要的意義。本文圍繞聲表面波的特性,重點研究聲表面波器件的計算方法、關(guān)鍵參數(shù)的獲取、溫度對聲表面波器件性能的影響和聲表面波器件產(chǎn)生非線性行為的機理。具體包括:首先分析比較了聲表面波器件的計算方法:δ函數(shù)模型、脈沖函數(shù)模型、等效電路模型(ECM)、耦合模理論(COM)、P矩陣法和有限元方法等。計算和討論了表征聲表面波的基本特征和器件性能的參量,如頻率響應(yīng)、阻抗特性和插入損耗等。這些研究有助于直觀了解聲表面波器件的基本特性,也為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。提出了一種通過數(shù)值計算獲得COM參數(shù)的方法。該方法巧妙地利用有限元方法和P矩陣方法的內(nèi)在聯(lián)系,建立COM參數(shù)和有限元結(jié)果之間的關(guān)系,然后獲得COM參數(shù)。該方法簡單靈活、適用范圍廣、結(jié)果精確、計算量小。有了參數(shù),COM方法可以用于計算復(fù)雜的表面波結(jié)構(gòu)與器件。利用COM理論研究了聲表面波器件,對單端諧振器,雙端濾波器,反射柵、三端濾波器等聲表面波器件的頻率響應(yīng)特性進行了研究。通過計算和分析,闡明了模型參數(shù)對聲表面波器件性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果可為聲表面波器件設(shè)計提供理論指導(dǎo)。采用增量型的拉格朗日方程,建立了研究溫度引起頻率漂移的壓電控制方程。以鈮酸鋰(LiNbO_3)、氮化鋁(AlN)和石英(SiO_2)三種壓電材料為例,采用有限元方法研究了聲表面波器件的頻率-溫度行為。建立了一個具有較低頻率-溫度系數(shù)的雙層表面波諧振器有限元模型,詳細研究了諧振器的頻率-溫度行為,并對表面波層厚度進行了優(yōu)化。隨著器件的頻率越來越高,溫度對器件性能的影響也越來越嚴重。因此這些研究結(jié)果對提高聲表面波器件的性能具有重要意義。從能量方程出發(fā),研究了三階彈性常數(shù)、三階壓電常數(shù)和三階介電常數(shù)的定義和屬性,計算出七大晶系中32種點群晶體的獨立材料常數(shù)分量和非獨立材料常數(shù)分量之間的關(guān)系。這些三階材料常數(shù)對描述聲表面波非線性行為起到極其重要的作用。基于非線性壓電方程,推導(dǎo)了二次超諧波效應(yīng)的控制方程。建立了有限元模型,計算和分析了二次超諧波效應(yīng),揭示了聲表面波器件非線性行為的產(chǎn)生機理。這些研究將有助于解決由于非線性效應(yīng)導(dǎo)致的聲表面波器件信號失真的問題�？偠灾�,本文重點研究和解決了以下幾個關(guān)鍵問題:COM參數(shù)的獲得,聲表面波器件的計算和分析,溫度效應(yīng)、三階材料常數(shù)及聲表面波的二次超諧波效應(yīng)。通過建立理論模型和有限元模型,開展與聲表面波相關(guān)的研究工作。研究成果對聲表面波器件的研究和應(yīng)用具有重要的理論意義和工程價值。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN65
【部分圖文】：

和垂直于彈性體表面（x3軸），而沿 x2軸方向上的位移為 0，如圖1-2 所示。但是這兩個分量在一定時間范圍內(nèi)的相位相差 90°，因此一個分量最大時，另一個分量為零，同時晶體結(jié)構(gòu)在 x3方向無限制，振動更加容易，因此 x3軸方向上的位移振幅比 x1軸方向上要大，質(zhì)點的軌跡是一個橢圓。此外，質(zhì)點位移的振動隨著厚度方向呈指數(shù)衰減，彈性表面波的能量主要集中在表面下 1~2 個波長范圍內(nèi)，這種波稱為瑞利波[8]。本文也主要討論瑞利波。pW叉指電極壓電材料基底aW：孔徑 a：指寬 p：半周期壓電基底叉指電極

(c) 叉指電極結(jié)構(gòu)(b)叉指換能器圖 1-1 SAW 激勵方式，求解非壓電材料表面質(zhì)點的運動方程，得到質(zhì)點的運動圖 1-2 彈性體表面質(zhì)點的運動示意圖限彈性體表面?zhèn)鞑r，質(zhì)點的位移只有兩個分量，平行于和垂直于彈性體表面（x3軸），而沿 x2軸方向上的位移為

2 聲表面波的基本計算方法算方法眾多，包括 δ 函數(shù)模型，脈沖函合模模型（COM）和有限元方法等。波器件的有關(guān)基本特性。同時也將介紹后續(xù)章節(jié)的討論奠定了理論基礎(chǔ)。的頻率響應(yīng)電材料上敷上金屬叉指電極（IDT），器孔徑，a 為電極寬度，p 為指間距，金屬化率 =0.5 時的 IDT 稱為均勻換，本論文中的 均表示叉指周期），激

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 曹亮亮;葉志鎮(zhèn);王新昌;;LiNbO_3聲表面波特性及其應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報;2004年10期

2 李暉,潘峰;聲表面波器件的研究進展[J];真空科學(xué)與技術(shù);2001年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 任坤;多通道聲表面波濾波器的研究[D];杭州電子科技大學(xué);2017年

2 馮亞菲;聲表面波器件的制備及其性能研究[D];黑龍江大學(xué);2008年

本文編號：2821086