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压电晶体的压电效应和逆压电效应在科学威廉希尔官方网站
领域得到了广泛的应用。压电晶体作为基片制备出的声表面器件因其优良的电性能，易于实现器件小型化，被广泛的应用于通讯，雷达，导航等。近年来，新型压电晶体材料A3BC3D2O14硅酸镓镧结构晶体在声表面波、体表面波滤波器以及传感器等方面得到了广泛的应用。
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镓镧系列材料如La3Ga5.5Nb0.5O14(LGN)、La3Ga5.5Ta0.5O14(LGT)和La3Ga5SiO14(LGS)具有声表面波速度小，机电耦合系数大等特点，有利于制备器件的小型化。另外，这类晶体的熔点很高，在高温下比较稳定，可以用来制备高温传感器，滤波器。本文设计了LGS晶体滤波器，介绍其结构，计算了声表面波滤波器的频率响应特性，与石英进行比较，为声表面波器件的制备打下理论基础。
2.声表面波滤波器的基本结构 2.1 声表面波滤波器基本结构 声表面波滤波器的基本结构如图1所示，它是在压电基片上制备出输入电声换能器和输出声电换能器。 2.2 声表面波传输原理 输入叉指换能器将电信号转换为声信号，在基片表面上传播，经过一定的延迟后，输出叉指换能器再将声信号转换为电信号输出。滤波的过程是在电转声和声转电的过程中实现的。所以我们可以将声表面波滤波器等效的看作一个两端口的无源网络，如图2所示。 图中H1(ω)表示的是输入叉指换能器的频率响应，H2(ω)表示的是输出叉指换能器的频率响应，H3(ω)表示的是声表面波在两叉指换能器之间的传输特性。假设声表面波的波速为Vs,由于Vs是非色散性的，所以H3(ω)可等效的看作一个有一定延时t0的时延网络。输入换能器和输出叉指换能器中心间距离为L,则有： H(ω)=H1(ω)H2(ω)H3(ω) 根据傅里叶变换特性，考虑到|H(ω)≈1,因此，不计入H(ω)。则声表面波滤波器的频率响应为： H(ω)=H1(ω)H2(ω) 对应的脉冲响应h(t)为： h(t)=h1(t)*h2(t) 其中h1(t)和h2(t)分别表示输入换能器和输出叉指换能器的脉冲时间响应。 |
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3.结果与分析
我们选定叉指换能器的压电基片是LGS晶体(0,138.5o,26.8o)，其中自由表面相速度vs=2734m/s,k2=0.34%,PFA=0,γ=-1.17,TCF≈0,声孔径3mm,金属电极宽度与IDT周期比2w/p=0.5,k2=0.34%,η=0.8472422,Cs=0.964F/m,h0=1.8883F/m.我们将其中输入IDT设计为：指对为28(等间距)，孔径为45个波长。输出IDT指对为40(等间距)，孔径为60个波长，两者相隔20个波长的距离。依我们计算了IDT的频率特性响应曲线，并与石英制备的声表面波滤波器的结果进行对比，计算结果如图3所示。 从图3可以看出，LGS制备的SAWF比石英制备的SAWF的插入损耗要小很多，证明了LGS用于制备声表面波器件方面占优势，易于器件的小型化。 4.结论 我们设计了LGS晶体声表面波滤波器，计算了滤波器的频率响应特性，并与石英晶体滤波器的频率特性响应进行了比较，得出了LGS的SAWF比石英SAWF的插入损耗要小很多，证明了LGS用于制作SAWF方面更具优势，是非常有诱惑力的SAW滤波器新材料。 |
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