RU2468507C1 - Резонатор на основе высших типов объемных акустических волн - Google Patents
Резонатор на основе высших типов объемных акустических волн Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468507C1 RU2468507C1 RU2011120512/08A RU2011120512A RU2468507C1 RU 2468507 C1 RU2468507 C1 RU 2468507C1 RU 2011120512/08 A RU2011120512/08 A RU 2011120512/08A RU 2011120512 A RU2011120512 A RU 2011120512A RU 2468507 C1 RU2468507 C1 RU 2468507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- resonator
- acoustic vibrations
- source
- vibrations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к СВЧ электроакустике и является основой для создания стабилизированных генераторов сетки частот, генераторов таймерных импульсов и других СВЧ частотозадающих элементов для средств радиолокации и связи. Техническим результатом является возможность перестройки сетки резонансных частот резонаторов на основе высших типов объемных акустических волн. Указанный результат достигается тем, что резонатор на основе высших типов объемных акустических волн содержит звукопровод, основной источник акустических колебаний на одной из поверхностей звукопровода, дополнительный источник акустических колебаний на противоположной поверхности звукопровода, соединенный с устройством управления фазой акустических колебаний. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к СВЧ электроакустике и является основой для создания стабилизированных генераторов сетки частот, генераторов таймерных импульсов и других СВЧ частотозадающих элементов для средств радиолокации и связи.
Известен кварцевый резонатор на основе высших типов объемных акустических волн из монографии [У. Мезон. Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике. М.: Иностранная литература, 1952], представляющий собой пьезоэлектрический слой кварца, расположенный между двух металлических электродов. Недостатком этого резонатора является низкий коэффициент электромеханической связи, а также отсутствие возможности изменения его резонансных частот.
Наиболее близкий аналог (прототип) устройства описан в статье [G.D. Mansfeld, S.G.Alekseev, N.I.Polzikova, «Unique Properties of HBAR Characteristics», 2008 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, p.439-442]. Устройство состоит из диэлектрической подложки, являющейся звукопроводом, и источника акустических колебаний, представляющего собой два электрода и расположенный между ними слой пьезоэлектрика.
Недостатком подобной конструкции резонатора является невозможность осуществить управление возбуждением собственных акустических мод звукопровода.
Технической задачей, решаемой предлагаемым устройством, является создание резонатора на основе высших типов объемных акустических волн, в котором реализовано управление механическими граничными условиями на противоположной по отношению к источнику стороне звукопровода.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый резонатор, так же как и известный, содержит звукопровод и основной источник акустических колебаний на одной из поверхностей звукопровода. Но, в отличие от известного, предлагаемый резонатор содержит дополнительный источник акустических колебаний, расположенный на противоположной поверхности звукопровода и соединенный с устройством управления фазой акустических колебаний.
Достигаемый технический результат - возможность перестройки сетки резонансных частот резонаторов на основе высших типов объемных акустических волн, за счет создания резонатора, имеющего возможность за счет дополнительного источника с управляемой фазой акустических колебаний менять механические граничные условия на одной из сторон звукопровода.
В частном случае, в качестве материала основного и дополнительного источников используется пьезоэлектрик. Это позволит повысить электрическую добротность резонатора.
В другом частном случае, в качестве устройства управления фазой акустических колебаний используется фазовращатель, который обеспечивает фазовый сдвиг СВЧ сигнала, подаваемого на электроды дополнительного источника. Это позволит использовать в качестве пьезоэлектрика дополнительного источника материалы с наиболее высокими значениями коэффициента электромеханической связи (например, цирконат-титанат свинца).
В другом частном случае, в качестве дополнительного источника акустических колебаний, соединенного с устройством управления фазой акустических колебаний, используется расположенный между двумя электродами слой сегнетоэлектрика, находящегося в параэлектрическом состоянии, а электроды соединены с источником постоянного напряжения. Это позволит менять фазу акустических колебаний дополнительного источника путем смены полярности постоянного напряжения, подаваемого на сегнетоэлектрик (например, титанат бария-стронция), что упростит технологию изготовления резонатора.
В другом частном случае, в качестве материала основного источника акустических колебаний использован сегнетоэлектрик, находящийся в параэлектрическом состоянии, а его электроды соединены со вторым источником постоянного напряжения. Это позволит использовать одинаковый материал в источнике и дополнительном источнике акустических колебаний (например, титанат бария-стронция), что существенно упростит технологию изготовления резонатора.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: где на фиг.1 - топология резонатора с дополнительным источником акустических колебаний; фиг.2 - качественное изображение спектра собственных акустических частот; фиг.3 - топология резонатора с дополнительным источником акустических колебаний, управление фазой которых осуществляется за счет использования наведенного пьезоэффекта в сегнетоэлектрике, находящемся в параэлектрическом состоянии;
фиг.4 - пространственное распределение стоячей акустической волны для первой (нечетная) собственной моды резонатора; фиг.5 - пространственное распределение стоячей акустической волны для второй (четная) собственной моды резонатора; фиг.6 - топология резонатора с дополнительным источником акустических колебаний, управление фазой которых осуществляется за счет использования фазовращателя, который обеспечивает фазовый сдвиг СВЧ сигнала, подаваемого на электроды дополнительного источника; фиг.7 - качественное изображение перестройки сетки частот резонатора; фиг.8 - зависимость вещественной части электрического импеданса резонатора от частоты.
Рассмотрим пример выполнения резонатора (фиг.1), состоящего из звукопровода 1 и расположенного на его поверхности основного источника акустических колебаний, состоящего из верхнего и нижнего электродов 2 и 3, а также расположенного между ними слоя, обладающего пьезоэлектрическими свойствами 4. Дополнительный источник акустических колебаний, состоящий из верхнего и нижнего электродов 5 и 6, а также расположенного между ними слоя, обладающего пьезоэлектрическими свойствами 7, находится на противоположной относительно основного источника поверхности звукопровода. Дополнительный источник акустических колебаний соединен с устройством управления фазой (УУФ) акустических колебаний 8.
Принцип работы резонатора на основе высших типов объемных акустических волн описан, например, в статье [G.D.Mansfeld, S.G.Alekseev, N.I.Polzikova, «Unique Properties of HBAR Characteristics», 2008 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, p.439-442]. Рассматриваемый резонатор имеет спектр собственных частот, качественно представленный на фиг.2. При отсутствии дополнительного источника акустических колебаний нижняя поверхность звукопровода является механически свободной и при подаче СВЧ поля на электроды источника на каждой собственной частоте в структуре реализуется стоячая волна механических смещений, пространственное распределение которой (ηm(х)) описывается выражением:
где x - координата, ηmax - амплитуда механических смещений, k - волновой вектор.
Как показано в статье [D.Damjanovic, «Ferroelectric, dielectric and piezoelectric properties of ferroelectric thin films and ceramics», Reports on Progress in Physics, 61, pp.1267-1324, 1998], при подаче на внешние электроды, между которыми располагается слой сегнетоэлектрика в параэлектрическом состоянии, постоянного напряжения смещения (U=) в сегнетоэлектрике за счет электрострикции нарушается центральная симметрия и становится возможен прямой и обратный пьезоэффект (наведенный пьезоэффект). Таким образом, пьезоэлектрический модуль (е) сегнетоэлектрика, находящегося в параэлектрическом состоянии, имеет ненулевое значение только при воздействии постоянного электрического поля (Е=). Феноменологическая теория сегнетоэлектриков с фазовым переходом второго рода устанавливает следующую взаимосвязь между управляющим полем и искомым пьезоэлектрическим модулем:
где Е= - напряженность электрического поля в сегнетоэлектрическом слое, созданная управляющим полем; G - коэффициент электрострикции сегнетоэлектрика. Т.е. в зависимости от направления вектора напряженности постоянного электрического поля пьезоэлектрический модуль может менять знак.
Поскольку при наличии внешнего постоянного поля сегнетоэлектрик в параэлектрическом состоянии идентичен пьезоэлектрику, то рассмотрим принцип действия резонатора на примере перестройки первой и второй собственных мод в структуре с двумя одинаковыми источниками акустических колебаний на основе титаната бария-стронция, толщина электродов 300 нм, толщина пленок титаната бария-стронция 1 мкм. Звукопровод выполнен из сапфира и имеет толщину 100 мкм. На фиг.4 и фиг.5 представлены пространственные распределения стоячей акустической волны для первой (нечетная) и второй (четная) собственных мод акустического резонатора. В указанной структуре ни одна из границ звукопровода не является механически свободной, т.к. граничные условия задаются источниками акустических колебаний. При синфазной генерации колебаний обоими источниками граничные условия обеспечивают возбуждение только четной моды (фиг.5), а при антифазной генерации колебаний источниками граничные условия обеспечивают возбуждение только нечетной моды (фиг.4). Синфазность и антифазность генерации акустических колебаний источников обеспечивается, соответственно, одинаковым и противоположным направлениями постоянного электрического поля в слоях титаната бария-стронция.
Электрический отклик акустического резонатора на СВЧ-сигнал проявляется в виде аномальной зависимости электрического импеданса (Z) от частоты в области собственного акустического резонанса. Для примера, на фиг.8 показана частотная зависимость вещественной части электрического импеданса и возможная перестройка частоты для указанной выше конкретной структуры на основе двух источников звуковых колебаний.
Таким образом, описание устройства и его работы доказывает достижение заявленного технического результата - перестройку сетки резонансных частот резонатора на основе высших типов объемных акустических волн.
Claims (5)
1. Резонатор на основе высших типов объемных акустических волн, содержащий звукопровод и основной источник акустических колебаний на одной из поверхностей звукопровода, отличающийся тем, что на противоположной поверхности звукопровода расположен дополнительный источник акустических колебаний, соединенный с устройством управления фазой акустических колебаний.
2. Резонатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала основного и дополнительного источников используется пьезоэлектрик.
3. Резонатор по п.2, отличающийся тем, что в качестве устройства управления фазой акустических колебаний используется фазовращатель.
4. Резонатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного источника акустических колебаний, соединенного с устройством управления фазой акустических колебаний, используется расположенный между двумя электродами слой сегнетоэлектрика, находящегося в параэлектрическом состоянии, а электроды соединены с источником постоянного напряжения.
5. Резонатор по п.4, отличающийся тем, что в качестве материала основного источника акустических колебаний использован сегнетоэлектрик, находящийся в параэлектрическом состоянии, а его электроды соединены со вторым источником постоянного напряжения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120512/08A RU2468507C1 (ru) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Резонатор на основе высших типов объемных акустических волн |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120512/08A RU2468507C1 (ru) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Резонатор на основе высших типов объемных акустических волн |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2468507C1 true RU2468507C1 (ru) | 2012-11-27 |
Family
ID=49255033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011120512/08A RU2468507C1 (ru) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Резонатор на основе высших типов объемных акустических волн |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2468507C1 (ru) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU997093A1 (ru) * | 1980-02-19 | 1983-02-15 | Предприятие П/Я В-2132 | Способ наблюдени акустических волн в пьезоэлектриках |
| SU1130793A1 (ru) * | 1982-01-07 | 1984-12-23 | Физико-технический институт АН ТССР | Устройство дл измерени сдвига фаз акустических волн на границе пьезопреобразователь-среда |
| RU1780141C (ru) * | 1991-03-25 | 1992-12-07 | Научно-производственное объединение "Исток" | Магнитоперестраиваемый СВЧ-резонатор |
| RU959601C (ru) * | 1981-02-24 | 1993-01-15 | Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср | Лини задержки на объемных акустических волнах |
| RU2101855C1 (ru) * | 1994-07-05 | 1998-01-10 | Московский Инженерно-Физический Институт | Регулируемое акустоэлектронное устройство |
| SU1840460A1 (ru) * | 1988-04-11 | 2007-03-20 | Акционерное общество открытого типа ОКБ "Контакт" | Сверхвысокочастотная линия задержки на объемных акустических волнах |
| JP2007312154A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Murata Mfg Co Ltd | バルク弾性波素子およびその製造方法 |
| US20090153268A1 (en) * | 2005-09-30 | 2009-06-18 | Nxp B.V. | Thin-film bulk-acoustic wave (baw) resonators |
| WO2009156667A1 (fr) * | 2008-06-04 | 2009-12-30 | Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) | Resonateur hbar a integration elevee |
| RU2397607C1 (ru) * | 2009-07-17 | 2010-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" | Сегнетоэлектрический акустический резонатор и способ перестройки его резонансной частоты |
-
2011
- 2011-05-20 RU RU2011120512/08A patent/RU2468507C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU997093A1 (ru) * | 1980-02-19 | 1983-02-15 | Предприятие П/Я В-2132 | Способ наблюдени акустических волн в пьезоэлектриках |
| RU959601C (ru) * | 1981-02-24 | 1993-01-15 | Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср | Лини задержки на объемных акустических волнах |
| SU1130793A1 (ru) * | 1982-01-07 | 1984-12-23 | Физико-технический институт АН ТССР | Устройство дл измерени сдвига фаз акустических волн на границе пьезопреобразователь-среда |
| SU1840460A1 (ru) * | 1988-04-11 | 2007-03-20 | Акционерное общество открытого типа ОКБ "Контакт" | Сверхвысокочастотная линия задержки на объемных акустических волнах |
| RU1780141C (ru) * | 1991-03-25 | 1992-12-07 | Научно-производственное объединение "Исток" | Магнитоперестраиваемый СВЧ-резонатор |
| RU2101855C1 (ru) * | 1994-07-05 | 1998-01-10 | Московский Инженерно-Физический Институт | Регулируемое акустоэлектронное устройство |
| US20090153268A1 (en) * | 2005-09-30 | 2009-06-18 | Nxp B.V. | Thin-film bulk-acoustic wave (baw) resonators |
| JP2007312154A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Murata Mfg Co Ltd | バルク弾性波素子およびその製造方法 |
| WO2009156667A1 (fr) * | 2008-06-04 | 2009-12-30 | Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) | Resonateur hbar a integration elevee |
| RU2397607C1 (ru) * | 2009-07-17 | 2010-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" | Сегнетоэлектрический акустический резонатор и способ перестройки его резонансной частоты |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MANSFELD G.D и др. Unique properties of HBAR characteristics, IEEE Ultrasonics Symposium, 02.11.2008 - 05.11.2008, c.439-442. * |
| ГАЛДЕЦКИЙ А. Монолитные генераторы СВЧ-диапазона с частотозадающими элементами на основе акустических волн. Электроника: Наука, Технология, Бизнес, апрель 2005, с.34-36. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11699988B2 (en) | Resonator and method for manufacturing the same | |
| KR100669088B1 (ko) | 압전 진동자, 이를 이용한 필터 및 압전 진동자의 조정 방법 | |
| Sugino et al. | Digitally programmable resonant elastic metamaterials | |
| US3590287A (en) | Piezoelectric thin multilayer composite resonators | |
| CA2283887C (en) | Film bulk acoustic wave device | |
| JP3735777B2 (ja) | 共振子構造およびその共振子構造を備えるフィルタ | |
| KR100520335B1 (ko) | 전압 제어 발진기 | |
| US8796904B2 (en) | Bulk acoustic resonator comprising piezoelectric layer and inverse piezoelectric layer | |
| JP2013005446A (ja) | 非圧電層を備えたバルク音響共振器 | |
| US9099984B2 (en) | HBAR resonator comprising a structure for amplifying the amplitude of at least one resonance of said resonator and methods for producing such a resonator | |
| TWI517572B (zh) | 具有結合厚度及寬度振動模式之壓電共振器 | |
| WO2010101026A1 (ja) | 薄膜圧電弾性波共振器及び高周波フィルタ | |
| WO2021021730A3 (en) | Doped bulk acoustic wave (baw) resonator structures, devices and systems | |
| JP2007036915A (ja) | 高次モード薄膜共振器 | |
| JP2021520755A (ja) | フィルムバルク音響波共振器およびその製造方法 | |
| RU2468507C1 (ru) | Резонатор на основе высших типов объемных акустических волн | |
| JP3715831B2 (ja) | 圧電共振子 | |
| JPH11340775A (ja) | 圧電振動子 | |
| TW202007079A (zh) | 固態微型諧振器 | |
| Plessky et al. | 3 rd type of FBARs? | |
| CN114978094A (zh) | 一种体声波谐振器及其制备方法 | |
| Ralib et al. | Silicon compatible Acoustic wave resonators: Design, fabrication and performance | |
| Liu et al. | AlN Checker-mode Resonators with Routing Structures | |
| JP2004235886A (ja) | 圧電薄膜素子 | |
| JPWO2006103852A1 (ja) | 厚み縦圧電共振子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170521 |