Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
начением ТКЗ.
Скорость ПАВ. С этим параметром связаны такие технические характеристики устройств, как рабочие частоты и габаритные размеры. Скорость ПАВ зависит от плотности материала, его упругих и пьезоэлектрических свойств и от состояния поверхности. Для эффективного возбуждения акустической волны и ее отражения от отражательных структур пространственный шаг топологических элементов должен быть равен длине такой волны.
Следует отметить, что фазовые скорости ПАВ на свободной и металлизированной поверхности различны. Скорость на металлизированной поверхности меньше. Это вызвано, прежде всего, закорачиванием электрической составляющей поля и приводит к изменению характеристик акустической волны.
С точки зрения повышения рабочих частот наиболее предпочтительнее материалы с большим значением скорости. Линейные размеры устройств также связаны с длиной волны. Они на практике составляют величину порядка 100 длин волн. Следовательно для низкочастотных приборов на ПАВ (частоты менее 10-100 МГц) необходимо выбирать материалы с низкой скоростью распространения (1000-2000 м/с).
Уровень потерь энергии при распространении ПАВ (коэффициент затухания). Его определяют с помощью зависимости:
BM=?Mf+?Mf 2,(2.1)
где ?M и ?M коэффициенты, характеризующие потери засчет воздушной нагрузки и вязкостных свойств материала, f частота, ГГц.
Данная зависимость получена теоретически и подтверждена экспериментально для различных материалов и из срезов. Первое слагаемое вносит свой вклад лишь в том случае, если кристалл находится в воздухе или инертном газе и равно нулю в вакууме. Второе слагаемое обусловлено взаимодействием ПАВ с колебаниями кристаллической решетки.
При проектировании акустоэлектронных устройств, работающих на частотах менее 50 100 МГц потерями на распространение волн чаще всего пренебрегают. В то же время, на высоких частотах они вносят весомый вклад и обязательно должны быть учтены при выборе материала для АЭУ.
На рисунке 2.1 изображены зависимости величины вносимых потерь в зависимости от частоты работы устройства для некоторых материалов.
Рисунок 2.1 Зависимости вносимых потерь от частоты при распространении ПАВ на поверхности монокристаллов ниобата лития, лангасита, ортофосфата галлия.
Затухание ПАВ также существенно зависит от состояния поверхности подложки Следовательно в процессе изготовления АЭУ подложки звукопроводов должны быть тщательно отшлифованы и очищены. Кроме того затухание ПАВ уменьшается и при охлаждении материала.
Параметры дифракции. Как и в оптических структурах, в приборах акустоэлектроники наблюдается явление дифракции звуковой волны (рисунок 2.2). Это приводит к расхождению пучка ПАВ и потере части энергии волны. Наибольшему влиянию дифракции подвержены устройства с аподизированными преобразователями (преобразователи с изменяющейся величиной перекрытия электродов).
Рисунок 2.2 Дифракция пучка ПАВ
Так как монокристаллы анизотропны и их характеристики акустических волн зависят от выбранного направления распространения, то картина дифракции в них усложняется в сравнении с изотропными материалами. Скорость ПАВ при разных направлениях различна, что приводит к увеличению или уменьшению расходимости пучков. Последний эффект называется автоколлимацией, Она приводит к уменьшению дифракционных потерь и особо важна в линиях задержки с большим временем задержки и в устройствах с протяженными электродными структурами. Степень дифракции для каждого конкретного пьезоэлектрического материала фиксирована. В монокристаллах она оценивается параметром анизотропии ?. Величина и знак определяют степень дифракции поверхностных волн. В изотропной среде ? = 0; при ? > 0 дифракционные потери больше, чем в изотропной среде, при ? < 0 потери меньше, чем в изотропной среде. Если ? = 1, в анизотропной среде наблюдается автоколлимация, при которой расширение акустического пучка минимальное или отсутствует. Приведем значения параметров анизотропии и величины угла отклонения потока энергии для некоторых материалов.
Таблица 2.1 Значения параметра анизотропии ? и величины угла отклонения потока энергии для некоторых материалов акустоэлектроники
МатериалХимическая формулаОриентация пластины и направление распространения ПАВПараметр анизотропии ?Угол отклонения потока энергии ?, 0КварцSiO2YXl/42045 (00;132045; 00)0,3780Ниобат литияLiNbO3YZ-1,08041,50-YX-0,450Танталат литияLiTaO3YZ-0,2110Германат висмутаBi12GeO20(001), [100]-0,3040БерлинитALPO4(90;90;80,40)0,9010
По мере удаления от излучателя изменяются и профили интенсивности ПАВ. Как и в классической оптике можно ввести безразмерный параметр Френеля.
,
где ? - длина волны; D расстояние от преобразователя до точки наблюдения; H - апертура преобразователя
Значение F 1 соответствует зоне Фраунгофера (или дальней зоне), в которой акустический луч разваливается. Очевидно, что для того чтобы вся акустическая энергия, излученная входным преобразователем, была принята выходным, преобразователи должны быть расположены в ближней зоне друг относительно друга.
Величина угла отклонени