CN102118141B - 共振器、弹性波传输元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种共振器、弹性波传输元件及其制造方法。弹性波传输元件，其具有第一侧与第二侧。弹性波传输元件包括多个结构。上述结构沿第一侧往第二侧的方向依序配置，分别具有相异缺陷。上述结构的阻抗沿方向依序递减。如此一来可使弹性波传输元件具有阻抗匹配的功能。

Description

共振器、弹性波传输元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种弹性波传输元件，且特别是涉及一种具有阻抗匹配功能的弹性波传输元件。

背景技术

阻抗匹配(Impedance Match)是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。

值得一提的是，弹性波(Mechanical Wave)的传输也同样会有信号反射的问题，上述弹性波也可称为机械波。在声阻抗不匹配的情况严重时，弹性波会有大部分的能量会被反射，不符合系统需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共振器、弹性波传输元件及其制造方法，以解决上述问题。

为达上述目的，本发明提供一种以结构缺陷匹配声阻抗弹性波传输元件，其具有第一高声阻抗区与第二低声阻抗区。弹性波传输元件包括多个匹配结构。上述结构沿第一区往第二区的方向依序配置，分别具有相异缺陷。上述结构的阻抗沿方向依序递减。

从共振器应用来看，本发明提出一种共振器，其包括共振本体、第一结构与第二结构。第一结构的第一端连接共振本体的第一端，具有第一缺陷。第一结构具有第一声阻抗。第二结构连接第一结构的第二端，具有第二缺陷。共振本体的声阻抗大于第一结构的声阻抗。第一结构的声阻抗大于第二结构的声阻抗。

从弹性波传输线来看，本发明提出一种弹性波传输元件的制造方法。在不同的弹性波材料接合处，依序形成第一缺陷于高声阻抗基体的第一结构以及第二缺陷于高声阻抗基体的第二结构。第一结构的声阻抗小于第二结构的声阻抗。

为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的一种弹性波传输元件的示意图；

图2是本发明的一实施例的一种弹性波传输元件的制造方法的流程图；

图3是本发明的一实施例的一种共振器的示意图；

图4是本发明的另一实施例的一种弹性波传输元件的示意图；

图5是本发明的又一实施例的一种弹性波传输元件的示意图；

图6a、图6b、图6c是本发明的又一实施例的一种弹性波传输元件的示意图；

图7是本发明的又一实施例的多种传输弹性波的传输功率与频率的关系图；

图8a、图8b、图8c、图8d是本发明的再一实施例的一种弹性波传输元件的示意图；

图9是本发明的再一实施例的多种传输弹性波的反射能量与频率的关系图；

图10是本发明的再一实施例的多种传输弹性波的反射能量平均值与不同结构的关系图。

主要元件符号说明

10～12：弹性波传输元件

13、14、121～124：元件

20：基体

31～33、71～75、81～85、91～95、101～105、111～118：结构

41、42、71’～75’、81’～85’、91’～94’、101’～104’：缺陷

50：共振器

60：共振本体

L1～L3：点状线

S201、S202：弹性波传输元件的制造方法的各步骤

X：方向

Γ1～Γ4：反射能量

具体实施方式

现有在传递弹性波时，常发生声阻抗不匹配的情形进而造成能量无法穿透。有鉴于此，本发明的实施例利用渐进式的结构缺陷，使弹性波传递元件具有渐进式的声阻抗，用于达成声阻抗匹配的功效。如此一来可有效降低反射能量。下面将参考附图详细阐述本发明的实施例，附图举例说明了本发明的示范实施例，其中相同标号指示同样或相似的步骤。

图1是依照本发明的一实施例的一种弹性波传输声阻抗转换元件的示意图。弹性波传输声阻抗转换元件10包括基体(Base Body)20。基体20包括结构31～33。结构31具有缺陷41。结构32具有缺陷42。在本实施例中，弹性波传输元件10例如是声波传输线、弹性体或其他可传递弹性波的介质。缺陷41、42例如是一个或多个凹槽或孔洞。在图1中，缺陷41、42虽以方形为例进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，熟悉本领域技术者也可依其需求改变缺陷41、42的形状，例如圆形、正方形、六边形、或其他几何图形。

图2是依照本发明的一实施例的一种弹性波传输元件的制造方法的流程图。请合并参照图1与图2，首先可由步骤S201，形成一基体20。基体20例如是具有高声阻抗的材料。

接着，可由步骤S202，沿弹性波的一传输方向，例如方向X，依序形成缺陷41于基体20的结构31以及缺陷42于基体20的结构32。在本实施例中，在结构31形成缺陷41会使结构31的平均声阻抗下降。同理，在结构32形成缺陷42也会使结构32的平均声阻抗下降。值得一提的是，在本实施例中，由于缺陷41、42为相异的缺陷，因此可设计结构31的声阻抗小于结构32的声阻抗，且结构32的声阻抗小于结构33的声阻抗。换言之，弹性波传输元件10具有渐进式的结构31、32、33及其缺陷41、42。故，弹性波传输元件10具有声阻抗匹配的功能。

更具体地说，弹性波传输元件10的结构31、33可分别用来连接第一元件与第二元件，其中第一元件的声阻抗与结构31的声阻抗相同，第二元件的声阻抗与结构33的声阻抗相同。在此情况下，第一元件通过弹性波传输元件10传输给第二元件的弹性波，其所衍生的反射能量能被降低。同理，第二元件通过弹性波传输元件10传输给第一元件的弹性波，其所衍生的反射能量也能被降低。

值得一提的是，上述技术并不限于应用在弹性波传输元件。熟悉本领域技术者也可将上述技术应用在其他会产生或接收弹性波的元件。举例来说，图3是依照本发明的一实施例的一种共振器的示意图。共振器50包括高声阻抗区60、渐进声阻抗结构71～75与渐进声阻抗结构81～85。结构71～75依序连接于高声阻抗区60的第一端，分别有缺陷71’～75’。结构81～85依序连接于高声阻抗区60的第二端，分别有缺陷81’～85’。共振器例如是低频或高频的微机电共振器(Micromechanical Resonator)。

一般来说，传统微机电共振器是以开槽方式造成极软的弹力系数，使形变量增加，进而提高输出电流，降低电阻抗值。但当两种硬跟软不同声阻抗的材料接合时，声波将产生反射，其反射系数越大其能量穿透比越低，造成共振器弹性波能量无法穿透至输出端。值得注意的是，在本实施例的共振器50中，在结构71～75、81～85分别形成了缺陷71’～75’、81’～85’，因此高声阻抗区60、结构71～75的声阻抗依序递减，且高声阻抗区60、结构81～85的声阻抗依序递减。如此一来可使共振器50具有声阻抗匹配的功能，如此，在弹性波的传输过程，可抑制反射能量的产生。

虽然上述实施例中已经对共振器、弹性波传输元件及其制造方法描绘出了一个可能的型态，但所属技术领域中具有通常知识者应当知道，各厂商对于共振器、弹性波传输元件及其制造方法的设计都不一样，因此本发明的应用当不限制于此种可能的型态。换言之，只要是在元件上形成渐进式的结构缺陷使元件在弹性波的传递方向上具有渐进式的阻抗，就已经是符合了本发明的精神所在。以下再举几个实施方式以便本领域具有通常知识者能够更进一步的了解本发明的精神，并实施本发明。

在图1中，弹性波传输元件10的结构其及缺陷的数量仅是一种选择实施例，本发明并不以此为限。在其他实施例中，熟悉本领域技术者可依其需求改变弹性波传输元件的结构及其缺陷的数量。举例来说，图4是依照本发明的另一实施例的一种弹性波传输元件的示意图。弹性波传输元件11包括结构91～95。结构91包括多个缺陷91’。同理，结构92～94分别包括多个缺陷92’～94’。因此结构95～91的声阻抗依序递减。如此一来也可使弹性波传输元件11具有声阻抗匹配的功效。

又例如，图5是依照本发明的又一实施例的一种弹性波传输元件的示意图。弹性波传输元件12包括结构101～105。结构101包括多个缺陷101’。同理，结构102～104分别包括多个缺陷102’～104’。因此结构105～101的声阻抗依序递减。如此一来也可使弹性波传输元件12具有声阻抗匹配的功效。不仅如此，熟悉本领域技术者也可调整缺陷的大小、位置或数量等因数，用于使特定频率的能量能有效被传输。以下作更详细的说明。

图6a、图6b、图6c是依照本发明的又一实施例的一种弹性波传输元件的示意图。图7是依照本发明的又一实施例的多种传输弹性波的传输功率与频率的关系图。请合并参照图6a、图6b、图6c与图7，在本实施例中，元件14的材料声阻抗与结构105的材料声阻抗相同，且结构13的材料声阻抗低于结构101的声阻抗。当弹性波在元件13中传输时，其传输功率与频率的关系如图7的点状线L1。当弹性波在元件13与弹性波传输元件12之间传输时，其传输功率与频率的关系如图7的点状线L2。当弹性波在元件13与元件14之间传输时，其传输功率与频率的关系如图7的点状线L3。

弹性波在元件13中传输不会有声阻抗匹配的问题(如点状线L1所示)；但弹性波在元件13与元件14之间传输时，弹性波因匹配问题使传输功率大幅地下降(如点状线L3所示)。值得注意的是，弹性波传输元件12具有渐进式的结构缺陷，使其具有阻抗匹配的功效，因此弹性波在元件13与弹性波传输元件12之间传输时，反射能量可以被有效被抑制。从图7中也可明显看出，点状线L2在某些特定频段比点状线L3来得优越。

不仅如此，在本实施例中，点状线L2在频率6×10⁷的传输功率相当高，近似于点状线L1的传输功率，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，熟悉本领域技术者也可改变缺陷的大小、位置或数量等因数，用于使特定频率的能量能有效被传输。

另外，元件中具有不同数量的渐进式结构缺陷也可抑制特定频率的反射噪音。举例来说，图8a、图8b、图8c、图8d是依照本发明的再一实施例的一种弹性波传输元件的示意图。图9是依照本发明的再一实施例的多种传输弹性波的反射能量与频率的关系图。图10是依照本发明的再一实施例的多种传输弹性波的反射能量平均值与121～124结构的关系图。请合并参照图8a、图8b、图8c、图8d～图10。元件121包括结构111、118。元件122包括结构111、114、118。元件123包括结构111、113、114、118。元件124包括结构111、112、115、117、118。

在本实施例中，结构111～118的平均声阻抗分别以50、80、110、200、205、360、515、800为比例进行说明。另外，在本实施例中，弹性波在元件121～124传输时，分别会衍生出反射能量Γ1～Γ4。值得一提的是，反射能量Γ2仅在频率1GHz的反射能量相当低。同理，反射能量Γ3在频率0.8GHz、1.2GHz的反射能量相当低，反射能量Γ4在频率0.71GHz、1GHz、1.29GHz的反射能量相当低。依据上述所揭露的内容，在其他实施例中，熟悉本领域技术者也可采用不同数量的渐进式结构缺陷来降低反射能量中特定频率的反射能量。

另一方面，从图10中也可清楚看出，随着渐进式结构缺陷的数量上升，反射能量平均值也会随之降低。据此，在其他实施例中，熟悉本领域技术者也可提升渐进式结构缺陷的数量来降低反射能量平均值。

综上所述，本发明在元件上形成渐进式的结构缺陷使元件在弹性波的传递方向上具有渐进式的声阻抗。因此元件可具有阻抗匹配的功效。另外在本发明的实施例中，还具有下列优点：

1.通过改变缺陷的大小、位置或数量等因数，可使特定频率的能量能有效被传输。

2.采用不同数量的渐进式结构缺陷可降低反射噪音中特定频率的反射能量。

3.提高渐进式结构缺陷的数量可降低反射噪音的反射能量平均值。

虽然已结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许更动与润饰，故本发明的保护范围应以所附的权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种弹性波传输元件，具有第一侧与第二侧，包括：

至少三个结构，沿所述第一侧往所述第二侧的方向依序配置，分别具有相异缺陷，其中，所述缺陷的形状沿波传输方向逐渐改变，所述至少三个结构的阻抗沿所述波传输方向依序递减。

2.如权利要求1所述的弹性波传输元件，其中所述弹性波传输元件的所述第一侧用以连接第一元件，所述弹性波传输元件的所述第二侧用以连接第二元件，其中所述第一元件的声阻抗大于各所述结构的声阻抗，所述第二元件的声阻抗小于各所述结构的声阻抗。

3.如权利要求1所述的弹性波传输元件，其中所述缺陷为一个或数个凹槽或孔洞构成。

4.一种共振器，包括：

共振本体；

第一结构，其第一端连接所述共振本体的第一端，具有第一缺陷，其中所述第一结构具有第一声阻抗；以及

第二结构，连接所述第一结构的第二端，具有第二缺陷，其中所述共振本体的声阻抗大于所述第一结构的声阻抗，所述第一结构的声阻抗大于所述第二结构的声阻抗。

5.如权利要求4所述的共振器，还包括：

第三结构，其第一端连接所述共振本体的第二端，具有第三缺陷，其中所述第三结构具有第三声阻抗；以及

第四结构，连接所述第三结构的第二端，具有第四缺陷，其中所述共振本体的阻抗大于所述第三结构的声阻抗，所述第三结构的阻抗大于所述第四结构的声阻抗。

6.一种弹性波传输元件的制造方法，包括：

形成基体；以及

沿弹性波的传输方向，依序形成第一缺陷于所述基体的第一结构以及第二缺陷于所述基体的第二结构，其中所述第一结构的阻抗小于所述第二结构的声阻抗。

7.如权利要求6所述的制造方法，其中所述第一缺陷与所述第二缺陷是利用蚀刻方式所形成。