SU1078591A1

SU1078591A1 - Surface acoustic wave converter

Info

Publication number: SU1078591A1
Application number: SU823416705A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Алексеев; Елена Федоровна Дудник; Михаил Викторович Злоказов
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт; Днепропетровский государственный университет
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1984-03-07

Abstract

ПРЕОБРАЗСФАТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТНОЙ АКУСТИЧЕСЖОП ВОЛНЫ, содержащий подложку, преобразователь объ .емной акустической волны и регул рную упругую неоднородность, расположенные на ПРОТИВОПОЛОЖНЫ : сторонах подложки, о-т л ича ющий с тем, что, с целью расширени частотного диапазона в область высоких частот, регул рна упруга неоднородность выполнена в виде пластины из полидоменного сегнетоэластического материала с регул рной структурой доменных границ, ориентированных в пределах апертуры преобразовател объемной акустической волны параллельно друг друга. (Л JfOAg 1/: Z X ел :оA SURFACE ACOUSTIC WAVE CONVERTER containing a substrate, a volume-acoustic wave transducer and a regular elastic inhomogeneity located on the OPPOSITION: the sides of the substrate, which is ideal for expanding the frequency range to the high frequencies region. Elastic inhomogeneity is made in the form of a plate from a polydomain ferroelastic material with a regular structure of domain boundaries oriented within the aperture of a volume acoustic wave transducer. s parallel to each other. (L JfOAg 1 /: Z X ate: o

Description

Изобретение относитс к элементам и, устройствг1м акустики, в частности к преобразовател м поверхностных акустических волн (ПЛВ и может использоватьс в устройствах обработки сигналов и приборах неразрушавадего контрол .The invention relates to elements and devices of acoustics, in particular to transducers of surface acoustic waves (PLV and can be used in signal processing devices and non-destructive control devices.

Известен преобразователь ПАВ, основанный на трансформации объемных акустических волн (ОАВ) в поверхностные ij .Known transducer surfactant based on the transformation of bulk acoustic waves (OAB) in surface ij.

Недостатком известного преобразвател вл етс сложность технологии его изготовлени , св занна с необходимостью выполнени на рабочей поверхности эвукопровода регул рной системы пазов и канавокA disadvantage of the known converter is the complexity of its manufacturing technology, which is associated with the necessity of performing a regular system of grooves and grooves on the working surface of the evukoprovod.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс преобразователь ПАВ, содержащий подложку, преобразователь ОАВ и регул рную упругую неоднородность , расположенные на противоположных сторонах подложки р.Closest to the present invention is a surfactant converter containing a substrate, an OAB converter, and a regular elastic inhomogeneity located on opposite sides of the substrate p.

Недостатком указанного преобразовател ПАВ вл етс ограниченность сверху частотного диапазона преобразовател ( Р.Гц) , что обусловлено технологическими сложност ми выполнени поверхностной упругой неоднородности (системы пазов и канавок) с мальм периодом.The disadvantage of the mentioned SAW converter is the upper boundedness of the frequency range of the converter (R. Hz), which is caused by the technological difficulties of making the surface elastic heterogeneity (a system of grooves and grooves) with a mallow period.

Цель изобретени - расширение частотного диапазона в область высоких частот.The purpose of the invention is to extend the frequency range to high frequencies.

Поставленна цель достигаетс тем, что в преобразователе поверхностной акустической волны, содержащем подложку, преобразователь объемной акустической волны и регул рную упругую неоднородность, расположенные на противоположных сторонах подложки, регул рна упруга неоднородность выполнена в виде пластины из полидоменного сегнетоэластического материала с регул рной структурой доменных границ, ориентированных в пределах апертуры преобразовател объемной акустической волны, параллельно друг другу . .The goal is achieved by the fact that in a surface acoustic wave transducer containing a substrate, a bulk acoustic wave transducer and regular elastic inhomogeneity located on opposite sides of the substrate, the regular elastic inhomogeneity is made in the form of a plate from a polydomain ferroelastic material with a regular structure of domain boundaries, oriented within the aperture of the bulk acoustic wave transducer, parallel to each other. .

На чертеже изображен предлагаемый преобразователь ПАВ.The drawing shows the proposed SAW converter.

Устройство содержит подложку 1, на одной стороне которой закреплен преобразователь. ОАВ, выполненный в виде пьезоэлектрической пластины 2 с нанесенными на нее электродами 3, подсоединенными к генератору (приемнику) 4 высокочастотного электрического сигнала, а также регул рную упругую неоднородность на рабочей стороне подложки 1 , выполненную в виде жестко механически св занной с подложкой 1 пластины 5 из сегнетоэластического материала с регул рной структурой полосковых сегнетоэластических доменов (полидоменна структура ), ориентированных раздел 1Ш1ими их доменными стенками б параллельно друг другу и перпендикул рно заданному направлению распространени ПАВ.The device comprises a substrate 1, on one side of which a transducer is fixed. OAB, made in the form of a piezoelectric plate 2 with electrodes 3 attached to it, connected to a generator (receiver) 4 of a high-frequency electrical signal, as well as a regular elastic non-uniformity on the working side of the substrate 1, made in the form of a plate 5 rigidly mechanically connected to the substrate 1 from a ferroelastic material with a regular structure of strip ferroelastic domains (multidomain structure), oriented by section 1 with their domain walls b parallel to each other and perpendicular angles to the direction of SAW propagation given.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

В режиме излучени приложенное к электродам 3 пластины 2 электри0 ческое напр жение.от генератора 4 высокочастотного электрического сигнала вызывает возбуждение объемных акустических волн ОАВ, распростран ющихс по пластине 2 кIn the mode of radiation, the electric voltage applied to the electrodes 3 of the plate 2 from the generator 4 of a high-frequency electric signal causes the excitation of bulk acoustic waves OAB propagating along the plate 2 to

5 рабочей поверхности подложки 1.5 working surface of the substrate 1.

При падении ОАВ на сегнетоэласти . ческую пластину 5 с регул рной структурой полосковых сегнетоэластических доменов происходит тран0 сформаци ОАВ и ПАВ, распростран ющуюс по рабочей поверхности подложки в направлении, перпендикул рном раздел ющим сегнетоэластические домены стенкам 6. Действи5 тельно поскольку соседние сегнето . эластические домены отличаютс друг от друга ориентацией спонтанной деформации и, как следствие , знаком или (и) величиной упругих свойств (жесткостью или податливостью) в данном направлении , то при падении ОАВ на регул рную структуру сегнетоэластических доменов, последн созда-, ет на поверхности подложки 1With the fall of OAB on ferroelastic. A plate 5 with a regular structure of stripe ferroelastic domains undergoes transformation of OAS and surfactants, propagating along the working surface of the substrate in the direction perpendicular to the walls separating the ferroelastic domains 6. Indeed, since the neighboring ferrotomes. elastic domains differ from each other in the orientation of spontaneous deformation and, as a result, in the sign and / or magnitude of the elastic properties (rigidity or ductility) in this direction, then when OAB falls on the regular structure of the ferroelastic domains, the latter creates on the substrate surface one

соответствукьчую регул рную совокупность нормальных возмущений, вл ющихс источником поверхностных акустических волн (ПАВ). При этом эффективность трансформации ОАВ и ПАВ оказываетс наибольшей в том случае, когда период регул рной доменной структуры оказываетс равным длине волны А ПАВ в материале звукопровода.a corresponding regular set of normal disturbances, which are a source of surface acoustic waves (surfactants). At the same time, the efficiency of the transformation of OAB and SAS appears to be the greatest when the period of the regular domain structure is equal to the wavelength A of the SAS in the duct material.

Плоскость фронта возбуждаемых ПАВ определ юща направление их распространени , формируетс доменными стенками.The plane of the front of the excited surfactants determining the direction of their propagation is formed by the domain walls.

В режиме приема распростран юща с по рабочей поверхности подложки ПАВ 1, попада в область расположени пластины 5, воспринимает ее как регул рную пространственную упругую неоднородностьIn the reception mode, the surfactant 1 propagating along the working surface of the substrate, falling into the area of the plate 5, perceives it as a regular spatial elastic inhomogeneity

и при равенстве периода последней длине волны ПАВ эффективно трансформируетс в ОАВ, распростран квдуюс вглубь подложки 1, и котора далее преобразуетс преобразователем ОАВ (пластина 2 с электродами 3) в высокочастотный электрический сигнал и воспринимаетс приемником 4. Наиболее эффективное преобразование ЛАВ вand if the period of the last wavelength is equal, the surfactant is effectively transformed into an OAB spreading deep into the substrate 1, and which is further transformed by an OAB converter (plate 2 with electrodes 3) into a high-frequency electrical signal and perceived by the receiver 4.

CAB и далее в высокочастотньтйCAB and further into high-frequency

электрический сигнал имеет место и том случае, когда фронт детектируемой ПАВ параллелен доменным стенкам сегнетоэластической пластины , а длина волны ПАВ равна периоду регул рной структуры сегнетоэластических доменов.an electric signal occurs in the case when the front of the detected surfactant is parallel to the domain walls of the ferroelastic plate, and the surfactant wavelength is equal to the period of the regular structure of the ferroelastic domains.

Следует отметить, что возможен иной вариант выполнени преобразовател ПАВ, когда преобразователь САБ может иметь и любую другую , например, магнитную природу. Акустическа св зь сегнетоэластической пластины 5 с рабочей поверхностью подложки 2 может быть осуществлена , помимо жесткого механического соединени , и другими средствами, в частности, акустическим контактом через слой жидкости .и т.д. Полоскова доменна структура может характеризоватьс не только плоскостной, но и зигзагообразной доменной границей, при условии, что в пределах апертуры преобразовател ОАВ или пучка ПАВ раздел ющие соседние домены доменные стенки параллельны друг другуIt should be noted that a different embodiment of the surfactant converter is possible, when the SAB converter can have any other, for example, magnetic nature. Acoustic coupling of the ferroelastic plate 5 with the working surface of the substrate 2 can be carried out, in addition to rigid mechanical connection, and other means, in particular, acoustic contact through a layer of liquid, etc. The stripe domain structure can be characterized not only by a planar, but also by a zigzag domain boundary, provided that within the aperture of the EAS converter or the surfactant beam the domain walls that separate neighboring domains are parallel to each other.

Результаты экспериментов подтверждают возможность реализации двойного преобразовател ОАВ-ПАВОАВ с сукмарными потер ми, не прет вышающими 45 дБ (на двойное преобразование ) без дополнительного согласовани преобразователей ОАВ, а также обнаруживают вную коррел цию частот наиболее эффективно возбуждаемых ПАВ с периодом регул рной структуры сегнетоэластической пластины, наход щейс в акустическом контакте с рабочей стороной подложки. Частоты возбуждающихс ПАВ лежат в пределах от 63 МГц (приThe experimental results confirm the possibility of realizing a double OAB-PAVOAV converter with suckering losses not exceeding 45 dB (double conversion) without additional matching of OAB converters, and also reveals a clear correlation of frequencies of the most efficiently excited surfactants with a period of a regular structure of the ferroelastic plate, acoustically in contact with the working side of the substrate. The frequencies of the excited surfactants lie in the range of 63 MHz (with

0 периоде доменной структуры 20 мкм) до 22 МГц (при периоде 50 мкм).0 period of the domain structure 20 μm) to 22 MHz (with a period of 50 μm).

Технологи изготовлени предлагаемого преобразовател ПАВ иа частоты в несколько дес тков мега5 герц вл етс более простой техйологией изготовлени по сравнению с известными преобразовател ми, работающими в этом диапазоне частот .The manufacturing technology of the proposed SAW frequency converter of several tens of mega5 hertz is a simpler manufacturing technology compared to the known frequency converters operating in this frequency range.

2020

Кроме того, зависимость частоты возбуждаемых ПАВ от периода регул рной структуры сегнетоэластических доменов, с учетом существовани сегнетоэластиков с гораздо более мелкой регул рной доменной структурой, например с период%)М 0,01 мкм дл К Fe (МоО)ц или К 1ц (ЛОц)2 предполагает возможность реализации преобразовател ПАВ на частоты пор дка ю Гц.In addition, the dependence of the frequency of the excited surfactants on the period of the regular structure of ferroelastic domains, taking into account the existence of ferroelastics with a much smaller regular domain structure, for example, with period%) M 0.01 µm for K Fe (MoO) c or K 1c (LOc ) 2 suggests the possibility of implementing a surfactant converter at frequencies of the order of 10 Hz.

Claims

! A SURFACE ACOUSTIC WAVE CONVERTER comprising a substrate, a volume acoustic wave transducer, and regular elastic heterogeneity located on opposite sides of the substrate, with the exception that, in order to expand the frequency range to the high frequency region, regular elastic the heterogeneity is made in the form of a plate of a polydomain ferroelastic material with a regular structure of domain walls oriented within the aperture of the transducer of a volumetric acoustic vapor wave allel to each other.