CN109194300B - 一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位偏差补偿方法 - Google Patents

一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位偏差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位偏差补偿方法，所述方法包括：生成高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线；获得所述声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位特性曲线；根据不同频率点处相位特性调整所对应反射栅阵的横向位置，获得相位补偿版图；根据相位补偿版图生成具有低相位偏差的声表面波沟槽栅阵色散延迟线。本发明所述的通过调整反射栅阵横向位置进行高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位补偿的方法比传统的相位条补偿方法简单，不需在单片声表面波沟槽栅阵色散延迟线上进行相位条图形化工艺，适用于对于表面特性较为敏感、不宜进行过多工艺过程的高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位补偿。

Description

一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位偏差补偿方法
技术领域
本发明涉及高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线，尤其涉及一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位偏差补偿方法。
背景技术
声表面波色散延迟线可以产生宽频带的线性调频信号，也可以将线性调频信号进行脉冲压缩。主要应用于脉冲压缩雷达；以及用于快速准确地测量外来信号频率的频谱分析系统，在深空探测、射电天文、气象等领域应用具有综合优势。声表面波色散延迟线主要包括两种结构形式，第一为声表面波色散型色散延迟线，它的输入、输出换能器采用色散换能器形式；第二为反射阵列型色散延迟线，色散延迟主要由反射栅阵列实现，反射阵列采用金属栅条、点阵或刻蚀沟槽来实现。
目前沟槽反射阵列型色散延迟线是研究最充分，性能最优异的色散延迟线，然而，其中心频率一般在10-100MHz量级，达到GHz量级的沟槽栅阵色散延迟线的研制存在一定困难，主要是随着频率的增加，损耗增加，对栅阵的深度精度要求增大；另外，适用于低频器件的相位补偿条方法对高频器件的相位偏差补偿效果不显著，这主要是由于相位补偿条的制备需要在芯片表面进行金属薄膜沉积、光刻、刻蚀等多道工艺，对芯片表面性质影响很大，而高频器件的相位特性对芯片表面性质非常敏感，使得相位条补偿效果随之降低。
发明内容
本发明提供了一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位偏差补偿方法，包括：
生成第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线；
获得第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位-频率特性曲线；
根据不同频率点处相位特性调整所对应反射栅阵的横向位置，获得相位补偿版图；
根据相位补偿版图生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。
优选地，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线包括高频叉指换能器和沟槽栅阵。
优选地，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的中心频率范围是100MHz至3GHz，带宽为100至2GHz。
具体地，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成过程包括：
采用铌酸锂、锗酸铋等压电材料作为基底，沉积10-100nm量级铝薄膜，采用光刻工艺完成叉指换能器和沟槽栅阵金属掩膜制备，采用离子束刻蚀工艺进行沟槽栅阵的刻蚀，去除沟槽栅阵金属掩膜，在芯片边缘涂吸声胶。
具体地，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成数量不少于三个，根据不少于三个相位-频率特性曲线的平均值作为补偿前相位-频率特性曲线。
进一步，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线沟槽栅阵的横向位置参数取值为：
Figure GDA0002497960500000021
其中：x为沟槽栅阵横向位置；f1为频率上限；ΔT为色散时延；ΔF为带宽；v为声表面波声速，f0为中心频率。
根据补偿前相位-频率特性曲线及其中频率f与沟槽栅阵横向位置x的对应关系，确定横向位置x处沟槽栅阵所对应的相位
Figure GDA0002497960500000022
调整沟槽栅阵横向位置变化Δx为：
Figure GDA0002497960500000031
根据沟槽栅阵的横向位置变化Δx，调整沟槽栅阵的横向位置获得相位补偿版图。
进一步，根据相位补偿版图生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。
优选地，生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线之后，还可以重复权利要求1的相位偏差补偿方法，得到相位偏差合适的结果。
本发明的优点在于：基于相位频率特性测试结果，通过调整沟槽栅阵的横向位置进行相位补偿；方法简单，只需根据相频特性改变版图，不需相位补偿条等制备工艺，适用于对表面特性敏感、不宜进行过多工艺过程的高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位偏差补偿方法流程图；
图2为第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线结构示意图；
图3为第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线在1.1GHz-2.1GHz频率范围内补偿前相位-频率特性曲线；
图4为第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线在1.1GHz-2.1GHz频率范围内相位-频率特性曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位偏差补偿方法流程图。一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位偏差补偿方法，其步骤如图1所示：
S101生成第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。
具体地，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的结构如图2所示，生成过程包括：基底1采用铌酸锂YZ晶片或者锗酸铋等压电材料，于基底1上沉积10-100nm量级铝薄膜，采用光刻工艺完成叉指换能器2和沟槽栅阵金属掩膜制备，采用离子束刻蚀工艺进行沟槽栅阵3的刻蚀，去除沟槽栅阵金属掩膜，在芯片边缘涂吸声胶4。
S102获得第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位-频率特性曲线。
具体地，采用网络分析仪测试获得第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位-频率特性曲线。第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成数量不少于三个，且选择相位-频率特性曲线具有相同趋势的第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位-频率特性曲线作为补偿依据。取不少于三个相位-频率特性曲线的平均值作为补偿前相位-频率特性曲线。
S103根据不同频率点处相位特性调整所对应反射栅阵的横向位置，获得相位补偿版图。
第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线沟槽栅阵的横向位置参数取值为：
Figure GDA0002497960500000041
其中：x为沟槽栅阵横向位置；f1为频率上限；ΔT为色散时延；ΔF为带宽；v为声表面波声速，f0为中心频率。
根据补偿前相位-频率特性曲线及其中频率f与沟槽栅阵横向位置x的对应关系，确定横向位置x处沟槽栅阵所对应的相位
Figure GDA0002497960500000051
调整沟槽栅阵横向位置变化Δx为：
Figure GDA0002497960500000052
根据沟槽栅阵的横向位置变化Δx，调整沟槽栅阵的横向位置获得相位补偿版图。
S104根据相位补偿版图生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。
根据第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成方法，依据相位补偿版图生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。所生成的第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相较于第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线具有低相位误差。
根据S101-104的步骤，选用S104步骤生成的色散延迟线作为S101的基础色散延迟线多次循环，最终得到相位偏差合适的结果。
优选地，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线包括高频叉指换能器和沟槽栅阵。
优选地，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的中心频率范围是100MHz至3GHz，带宽为100至2GHz。
在一个具体实施例中。
采用铌酸锂YZ晶片作为基底1，于基底1上沉积100nm铝薄膜，采用光刻工艺完成叉指换能器2和沟槽栅阵金属掩膜制备，采用离子束刻蚀工艺进行沟槽栅阵3的刻蚀，去除沟槽栅阵金属掩膜，在芯片边缘涂吸声胶4，进而生成第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。
选择相位-频率特性曲线具有相同趋势的上述第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位-频率特性曲线作为补偿依据。在1.1GHz-2.1GHz频率范围内取不少于三个相位-频率特性曲线的平均值作为补偿前相位-频率特性曲线。如图3所示，第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线在1.1GHz-2.1GHz频率内相位均方根误差值为18.2661°。
第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线沟槽栅阵的横向位置参数取值为：
Figure GDA0002497960500000061
其中：x为沟槽栅阵横向位置；f1为频率上限；ΔT为色散时延；ΔF为带宽；v为声表面波声速，f0为中心频率。
根据补偿前相位-频率特性曲线及其中频率f与沟槽栅阵横向位置x的对应关系，确定横向位置x处沟槽栅阵所对应的相位
Figure GDA0002497960500000062
调整沟槽栅阵横向位置变化Δx为：
Figure GDA0002497960500000063
如图3所示，频率1.4GHz处相位
Figure GDA0002497960500000064
为-30°，铌酸锂YZ晶片声表面波速度v为3485m/s，调整频率1.45GHz处栅阵的横向位置Δx为-200.1nm。
根据沟槽栅阵的横向位置变化Δx，调整沟槽栅阵的横向位置获得相位补偿版图。
根据第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成方法，依据相位补偿版图生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。如图4所示，第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线在1.1GHz-2.1GHz频率内相位均方根误差值为5.3646°
本发明实施例提供了一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位偏差补偿方法，基于相位频率特性测试结果，通过调整沟槽栅阵的横向位置进行相位补偿。方法简单，只需根据相频特性改变版图，不需相位补偿条等制备工艺，适用于对表面特性敏感、不宜进行过多工艺过程的高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线相位偏差补偿方法，其特征在于，包括：
生成第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线；
获得所述第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的相位-频率特性曲线；
根据不同频率点处相位特性调整所对应反射栅阵的横向位置，获得相位补偿版图；
根据相位补偿版图生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。
2.根据权利要求1所述的相位偏差补偿方法，其特征在于，所述第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和所述第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线包括高频叉指换能器和沟槽栅阵。
3.根据权利要求1所述的相位偏差补偿方法，其特征在于，所述第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和所述第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的中心频率范围是100MHz至3GHz，带宽为100至2GHz。
4.根据权利要求1所述的相位偏差补偿方法，其特征在于，所述第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线和所述第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成过程包括：
采用铌酸锂压电材料、锗酸铋压电材料作为基底，沉积10-100nm量级铝薄膜，采用光刻工艺完成叉指换能器和沟槽栅阵金属掩膜制备，采用离子束刻蚀工艺进行沟槽栅阵的刻蚀，去除沟槽栅阵金属掩膜，在芯片边缘涂吸声胶。
5.根据权利要求1所述的相位偏差补偿方法，其特征在于，所述第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线的生成数量不少于三个，根据不少于三个相位-频率特性曲线的平均值作为补偿前相位-频率特性曲线。
6.根据权利要求5所述的相位偏差补偿方法，其特征在于，所述第一高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线沟槽栅阵的横向位置参数取值为：
Figure FDA0002497960490000021
其中：x为沟槽栅阵横向位置；f1为频率上限；ΔT为色散时延；ΔF为带宽；v为声表面波声速，f0为中心频率；
根据所述补偿前相位-频率特性曲线及其中频率f与沟槽栅阵横向位置x的对应关系，确定横向位置x处沟槽栅阵所对应的相位
Figure FDA0002497960490000022
调整沟槽栅阵横向位置变化Δx为：
Figure FDA0002497960490000023
根据沟槽栅阵的横向位置变化Δx，调整沟槽栅阵的横向位置获得相位补偿版图。
7.根据权利要求6所述的相位偏差补偿方法，其特征在于，根据所述相位补偿版图生成第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线。
8.根据权利要求1所述的相位偏差补偿方法，其特征在于，生成所述第二高频声表面波沟槽栅阵色散延迟线之后，重复权利要求1所述的相位偏差补偿方法，得到相位偏差合适的结果。
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