[發明專利]一種基于超高帶寬聲波諧振器的帶寬調節方法

在審

• 申請號: 202110030254.8
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112865744A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 孫成亮;谷曦宇;國世上;劉婕妤;高超;劉炎;鄒楊;徐沁文
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17;H03H3/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

1.一種基于超高帶寬聲波諧振器的帶寬調節方法,其特征在于：

所述超高帶寬聲波諧振器包括：襯底、歐拉角變換的壓電層、電極層,所述電極層由多個電極構成；

所述歐拉角變換的壓電層置于所述襯底之上，所述歐拉角變換的壓電層的歐拉角為β，且0°≤β≤180°；

所述電極層分別沉積在所述歐拉角變換的壓電層上或者嵌入所述歐拉角變換的壓電層；

在上述的超高帶寬聲波諧振器中，所述歐拉角變換的壓電層的切型選自下列任一種：Z切(0°，0°～180°，0°)；

所述帶寬調節方法包括以下步驟：

步驟1：調整所述歐拉角變換的壓電層的歐拉角，進一步調整所述歐拉角變換的壓電層的材料的晶格軸向；

步驟2：通過調整所述歐拉角變換的壓電層的材料的晶格軸向，進而調整所述歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣；

步驟3：通過調整所述歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣中元素而調整機械耦合系數。

2.根據權利要求1所述的基于超高帶寬聲波諧振器的帶寬調節方法，其特征在于：

所述歐拉角變換的壓電層的刻蝕形成的截面形狀為：圓形、彎曲形、規則多邊形或不規則多邊形；

所述歐拉角變換的壓電層采用的材料包括鈮酸鋰、鉭酸鋰、氮化鋁、PZT；

所述電極的截面形狀為：圓形、規則多邊形或不規則多邊形；電極的材料為鉑、鉬、銅、銀、鎢、鋁或金；

所述電極排列方式為規則圖形或不規則圖形。

3.根據權利要求1所述的基于超高帶寬聲波諧振器的帶寬調節方法，其特征在于：

步驟2所述壓電應力常數矩陣為：

其中，A表示歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣，e_i,j表示壓電應力常數矩陣中第i行第j列的元素，即表示在第i方向下的電場強度使歐拉角變換的壓電層的材料在第j方向產生的振動幅度系數，i∈[1,3]，j∈[1,6]；

所述歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣中的元素e_i,j可用應變變化所產生的電位移變化與應變變化之比表示，調整所述歐拉角變換的壓電層的歐拉角，進一步調整所述歐拉角變換的歐拉角變換的壓電層的材料的晶格軸向，從而改變歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣。

4.根據權利要求1所述的基于超高帶寬聲波諧振器的帶寬調節方法，其特征在于：

步驟3所述通過調整所述歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣中元素進而調整機械耦合系數為：

電極層的多個電極在壓電層的排布方式產生的電場使得歐拉角變換的壓電層內部的各種方向的應變發生耦合，即歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣中不同參數的耦合，經典壓電方程：

T＝Cs-AE

D＝εE+AS

可推出相應振動頻率；

其中，T是壓電層中的應力，C是壓電材料的彈性系數，s是壓電材料的應變，A是壓電應力常數矩陣，E是電場強度，D是電位移；

所述歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣中元素即e_i,j改變之后，所述歐拉角變換的壓電層的材料的壓電應力常數矩陣中各個元素e_i,j的耦合也會發生改變，當聲波耦合增大之后，能增大超高帶寬聲波諧振器的反諧振頻率f_p，串聯諧振頻率f_s和并聯諧振頻率f_p之間的頻率間隔Δf，從而調節諧振器的機電耦合系數K²_eff，具體公式如下：

即可以通過調整歐拉角變換的壓電層的歐拉角，調整歐拉角變換的壓電層的機械耦合系數。