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聲表麵波簡介
來源:黄瓜视频app下载官方污科技   發布時間:2012-08-20  瀏覽數:2167    【收藏本頁】

聲表麵波技術是六十年代末期才發展起來的一門新興科學技術,它是聲學和電子學相結合的一門邊緣學科。由於聲表麵波的傳播速度比電磁波慢十萬倍,而且在它的傳播路徑上容易取樣和進行處理,因此,用聲表麵波去模擬電子學的各種功能,能使電子器件實現超小型化和多功能化。同時,由於聲表麵波器件在甚高頻和超高頻波段內以十分簡單的方式提供了其它方法不易得到的信號處理功能,因此,聲表麵波技術在雷達、通信和電子對抗中得到了廣泛的應用。
  聲表麵波是沿物體表麵傳播的一種彈性波。早在九十多年前,人們就對這種波進行了研究。1885 年,瑞利根據對地震波的研究,從理論上闡明了在各向同性固體表麵上彈性波的特性。但由於當時的科學技術水平所限,這種彈性表麵波一直沒有得到實際上的應用。直到六十年代,由於半導體平麵工藝以及激光技術的發展,出現了大量人造壓電材料為聲表麵波技術的發展提供了必要的物質和技術基礎。
1949 年,美國貝爾電話實驗室發現了LiNbO3單晶。1964 年產發表了激發彈性表麵波平麵結構換鄒器的專利。特別應該指出的是,1965 年,懷特(R . M.white)和沃爾特默(F.W.voltmer )在應用物理雜誌上發表了題為“一種新型表麵波聲-電換能器― 叉指換能器”的論文,從而取得了聲表麵波技術的關鍵性突破。
  聲表麵波器件的基本結構和工作原理
  聲表麵波器件是在壓電基片上製作兩個聲一電換能器―叉指換能器。所謂叉指換能器,就是在壓電基片表麵上形成形狀像兩隻手的手指交叉狀的金屬圖案,它的作用是實現聲一電換能。聲表麵波器件的工作原理是,基片左端的換能器(輸入換能器)通過逆壓電效應將愉入的電信號轉變成聲信號,此聲信號沿基片表麵傳播,最終由基片右邊的換能器(輸出換能器)將聲信號轉變成電信號輸出。整個聲表麵波器件的功能是通過對在壓電基片上傳播的聲信號進行各種處理,並利用聲一電換能器的待性來完成的。
  聲表麵波技術有如下的特點:
  第一,聲表麵波具有極低的傳播速度和極短的波長,它們各自比相應的電磁波的傳播速度的波長小十萬倍。在VHF 和UHF 繩段內,電磁波器件的尺寸是與波長相比擬的。同理,作為電磁器件的聲學模擬聲表麵波器件,它的尺寸也是和信號的聲波波長相比擬的。因此,在同一頻段上,聲表麵波器件的尺寸比相應電磁波器件的尺寸減小了很多,重量也隨之大為減輕。例如,用一公裏長的微波傳愉線所能得到的延遲,隻需用傳輸路徑為1 。m 的聲表麵波延遲線即可完成。這表聲表麵波技術能實現電子器件的超小型化。
  第二,由於聲表麵波係沿固體表麵傳播,加上傳播速度極慢,這使得時變信號在給定瞬時可以完全呈現在晶體基片表麵上。於是當信號在器件的輸入和輸出端之間行進時,就容易對信號進行取樣和變換。這就給聲表麵波器件以極大的靈活性,使它能以非常簡單的方式去.完成其它技術難以完成或完成起來過於繁重的各種功能。比如脈衝信號的壓縮和展寬,編碼和譯碼以及信號的相關和卷積。一個實際例子是1976 年報道的一個長為一英寸的聲表麵波卷積器,它具有使兩個任意模擬信號進行卷積的功能,而它所適應的帶寬可達100MHz ,時帶寬積可達一萬。這樣一個卷積器可以代替由幾個快速傅裏葉變換(FFT )鏈作成的數字卷積器,即實際上可以代替一台專用卷積計算機。此外,在很多情況下,聲表麵波器件的性能還遠遠超過了最好的電磁波器件所能達到的水平。比如,用聲表麵波可以作成時間-帶寬乘積大於五千的脈衝壓縮濾波器,在UHF 頻段內可以作成Q 值超過五萬的諧振腔,以及可以作成帶外抑製達70dB 、頻率達1 低Hz 的帶通濾波器。
  第三,由於聲表麵波器件是在單晶材料上用半導體平麵工藝製作的,所以它具有很好的一致性和重複性,易於大量生產,而且當使用某些單晶材料或複合材料時,聲表麵波器件具有極高的溫度穩定性。
  第四,聲表麵波器件的抗輻射能力強,動態範圍很大,可達100dB 。這是因為它利用的是晶體表麵的彈性波而不涉及電子的遷移過程。