压电晶体表面任意源分布所产生的弹性波场

不久前,我们研究过在压电晶体表面一维源分布激发所产生的弹性波场。本文将推广到具有更普遍意义的二维任意源分布的激发问题。此时广义弹性波场是等于广义Green函数张量和广义力的双重点乘卷积。广义Green函数可以分别写成对应表面波、体波和静电效应三部分之和。利用二重积分的稳相方法,求得在远场的表面波和体波的渐近解,最后,举例进行了数值计算。     

SCATTERING OF BG WAVE BY A GROOVE ON THE SURFACE OF A 6 mm CRYSTAL

With the aid of the surface perturbation technique,the problem of the scattering of the BG wave bya groove on the surface of a 6mm crystal is converted into a generalized Lamb problem:not only anequivalent mechanical source distribution,but also an equivalent electrical source distribution exist onthe crystal surface. The analytical solution and some characteristics of the feflected surface Wave and the scatteredbulk wave are obtained for both metallized and free surfaces. From the results it can be seen that for materials with strong electromechanical coupling and highpermittivity,e.g.the PZT piezoelectric ceramics,the reflection coefficient is very large for the metal-lized surface and very small for the free one.     

薄膜体声波谐振器横向杂散模式三维仿真分析

利用有限元分析软件ANSYS建立了FBAR三维振动模型,分析了不同有效区域形状(方形、圆形、非正五边形)、不同有效区域面积(10 000μm~2、15 625μm~2、22 500μm~2、30 625μm~2、40 000μm~2)和不同压电层材料(AlN、ZnO)对其横向杂散模式的影响,得到了阻抗特性曲线及不圆度(NC)。有效区域形状为非正五边形时,得到最平滑的阻抗曲线和最小的NC值为0.015 1;有效区域面积为40 000μm~2时得到最小的NC值为0.005 5;在相同谐振频率(1.76GHz)下,用ZnO作压电材料时得到较小的NC值为0.012 9。     

压电晶体表面高速声学模式

由于超高频声表面波器件的广泛应用,导致人们去寻求表面高速声学模式.根据表面瞬态激发理论,在压电晶体表面存在表面高速声学头波(SHVHW)模式,这种模式以沿表面纵波的群速度传播,而且与表面是自由的或者是金属化的没有关系,即不存在所谓Δv/v效应.另外一方面,有人却认为它是一种高速伪表面波(HVPSAW)模式或表面纵漏波模式,它们的传播速度接近表面纵体波的速度,且它们在表面自由和金属化时,其传播速度有差异, 即存在所谓Δv/v效应.对一些常用晶体进行了实验研究.结果表明所存在的表面高速模式是表面高速头波,而不是高速伪表面波.     

0-3法制备PZT厚膜及其性能研究

采用0-3复合法制备PZT(PbZr0.52Ti0.48O3)厚膜,通过陈化、静置、去除沉淀颗粒、浓缩等方法改良了浆料配制工艺,大大改善了厚膜的表面粗糙度,制备出适于微压电换能器使用的PZT厚膜.采用单层退火的方式对厚膜进行了结晶热处理,研究了不同结晶温度对厚膜性能的影响.结果表明:改良的浆料配制工艺,明显降低了厚膜的表面粗糙度,大大改善了表面形貌;随着热处理温度的升高,厚膜的晶粒尺寸变大,剩余极化变大,矫顽场变小,粗糙度有增大的趋势;当结晶温度为700℃时,剩余极化达到15μC/cm2,矫顽场为30.5 kV/cm.     

基于ZnO压电薄膜的弯曲振动硅微压电超声换能器的研究

对所研制的硅微压电超声换能器（PMUT）的振动特性进行了研究分析。对硅微压电超声换能的振动膜薄板的厚度相对于薄板的尺度（边长）而言较薄的情况,理论分析与实验结果均表明残余应力对换能器的谐振频率影响较大:不考虑残余应力的理论分析得出的换能器谐振频率与器件的实验测量的结果相差较大,而考虑残余应力的分析给出的谐振频率结果与实验结果是符合的。本文还对所制作的硅微压电超声换能器的谐振频率及导纳进行测量,并给出其等效电路参数。其中振动膜边长为1mm的换能器的谐振频率为71.25 kHz。最后对其进行了简单接收发射实验,测得谐振频率处的接收灵敏度为-201.6 dB（ref 1 V/μPa）,发射电压响应约为137 dB（ref 1 μPa·m/V）。     

声表面波在压电晶体表面上的聚焦特性

研究了压电晶体表面上圆弧形叉指换能器产生的声表面波的聚焦现象。用作者提出的压电晶体表面激发的严格矢量场理论来计算会聚的表面波声场,取代了比较流行的源于光学的标量角谱理论。理论分析表明介质的各向异性对声束的会聚特性有很大的影响,如焦长和焦点附近声场的对称性。在实验中可以用光学暗场法来观察声表面波场的会聚。尽管各向异性介质或各向异性压电晶体上表面波声场的会聚都非常复杂,实验的结果和理论分析比较一致。     

固体表面法向力条源的辐射阻抗及各种波型的能量分布

本文主要研究了固体表面法向力条源在各向同性固体中的辐射阻抗和辐射能量。在研究辐射能量时,用辐射导方法求出辐射源的辐射总能量,用远场的声场求出法向力源所辐射的各种波型(表面波、切变波和压缩波)的能量,结果表明:(1)条源的宽度变宽时,压缩波所占的能量比例增加;(2)当条宽在某一个小的范围内取值时,几种波型所占的能量比例几乎相等;(3)对于不同的条源宽度,用辐射导方法求出的总能量等于用声场方法求出的三种波型的能量之和。这不但证明了固体表面法向力条源激发弹性波时能量的守恒,而且也进一步映证了用稳相法得到的远场声场的正确性。     

用时间反转法在水下波导介质中实现自适应聚焦的研究

研究了水下波导中声波时间反转自适应聚焦问题,分别在半无界流体介质和置于半无界刚性固体之上的流体层中开展了时间反转法的理论和实验研究工作。理论上采用射线近似方法分析了时间反转声场特性,实验上在实验室内开展了水下波导的超声模拟实验。理论和实验证明,聚焦增益可以提高12 dB以上。     

高稳定性的500MHz声表面波沟槽谐振器型振荡器

声表面波振荡器具有基频高、相位噪声低,重量轻、体积小,结构简单、可靠性好、抗冲击震动等优点,是一种性能比较好,具有实际应用价值的射频源。我们研制了500MHz单端对SAW沟槽谐振器,无载Q_u ≥ 20,000,动态电阻R_j=20-30Ω,用它作稳频元件组成振荡器。经测量获得短期频率稳定度为:0.001s是4.2×10^-10,0.01s是2.8×10^-10,0.1s是2.5×10^-10,1s是5.5×10^-10。在偏离中心频率1kHz处的单边带相位噪声是-108dBC/Hz。振荡器的频率随温度变化特性,在不用恒温槽的情况下,环境温度从-30℃-+60℃时,振荡器总的相对频率变化是1.1×10^-4,平均值是1.2×10^-6/℃;在自由室温下,日平均频率波动为2.7×10^-6/d。