Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Койгеров А. С. Приборы на ПАВ на частотных гармониках. Особенности расчета параметров ПАВ методом конечных элементов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2024. Т. 24, вып. 1. С. 62-75. DOI: 10.18500/1817-3020-2024-24-1-62-75, EDN: MPIJKU

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
01.03.2024
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 39)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Твердотельная электроника, микро- и наноэлектроника
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.37
DOI: 
10.18500/1817-3020-2024-24-1-62-75
EDN: 
MPIJKU

Приборы на ПАВ на частотных гармониках. Особенности расчета параметров ПАВ методом конечных элементов

Авторы: 
Койгеров Алексей Сергеевич, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
Аннотация: 

Работа посвящена вопросам расчета параметров поверхностных акустических волн (ПАВ) основной и кратных частотных гармоник с помощью метода конечных элементов. Рассмотрена методика и основные особенности анализа ПАВ численным методом. В качестве основной модели исследования выбраны простые тестовые ячейки в одну длину волны. Показано, что, используя данные параметры ПАВ в аналитической модифицированной модели связанных мод, можно предварительно рассчитывать амплитудно-частотные характеристики приборов на ПАВ с применением частотных гармоник высших порядков. Проведено сравнение результатов расчета с экспериментальными измерениями коэффициента передачи фильтра и линии задержки на ПАВ.

Ключевые слова: 
устройства на ПАВ
линия задержки
акустоэлектронные устройства
гармоники ПАВ
модель связанных мод
МКЭ
COMSOL
фильтры на ПАВ
Благодарности: 
Автор выражает благодарность генеральному директору – генеральному конструктору ООО «АЭК Дизайн» В. Р. Реуту за предоставленные экспериментальные данные.
Список источников: 
  1. Багдасарян А., Синицына Т., Машинин О., Иванов П., Егоров Р. Устройства частотной селекции на ПАВ в современных системах связи, радиолокации и телекоммуникации // Электроника : наука, технология, бизнес. 2013. № 8. C. 128–136.
  2. Туральчук П. А., Вендик И. Б. Синтез полосовых фильтров на объемных акустических волнах с учетом материальных параметров многослойной структуры резонаторов // Акустический журнал. 2022. Т. 68, № 6. С. 611–617. https://doi.org/10.31857/S0320791922050124
  3. Гуляев Ю. B., Сучков С. Г., Янкин С. С., Никитов С. А., Сучков Д. С., Плесский В. П. Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах в диапазоне частот 6 ГГц // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60, № 4. С. 429–432. https://doi.org/10.7868/S0033849415040087
  4. Дорохов С. П. Многопараметрический транспондер на основе пассивной радиометки на поверхностных акустических волнах // Датчики и системы. 2018. № 11. С. 35–41.
  5. Анцев И. Г., Богословский С. В. Эволюция систем мониторинга на основе меток и датчиков на поверхностных акустических волнах // Инновации. 2015. № 12. С. 115–122.
  6. Елисеев Н. Перспективные ПАВ-датчики Transense / Honeywell // Электроника : Наука, Технология, Бизнес. 2008. № 1. С. 40–45.
  7. Лойко В. А., Добровольский А. А., Кочемасов В. Н., Сафин А. Р. Автогенераторы на поверхностных акустических волнах (обзор) // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 3. С. 6–21. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-3-6-21
  8. Веремеев И. В., Доберштейн С. А., Разгоняев В. К. Моделирование ПАВ-резонаторов и лестничных ПАВфильтров методом P-матриц // Техника радиосвязи. 2018. № 3 (38). С. 61–71.
  9. Дмитриев В. Ф. Вывод модифицированных уравнений связанных поверхностных акустических волн // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54, № 9. C. 1134–1143.
  10. Койгеров А. С. Аналитический подход к расчету резонаторного комбинированного фильтра на поверхностных акустических волнах на основе модели связанных мод // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 2. С. 16–28. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-2-16-28
  11. Кузнецова И. Е., Смирнов А. В., Плеханова Ю. В., Решетилов А. Н., Ван Г.-Ц. Влияние апертуры встречноштыревого преобразователя на характеристики его выходного сигнала в пьезоэлектрической пластине // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84, № 6. С. 790–793. https://doi.org/10.31857/S0367676520060162
  12. Тимошенко П. Е., Широков В. Б., Калинчук В. В. Конечно-элементное моделирование характеристик ПАВфильтров на основе тонких пленок титаната бария стронция // Экологический вестник научных центров ЧЭС. 2020. Т. 17, № 4. C. 48–56. https://doi.org/10.31429/vestnik-17-4-48-56
  13. Квашнин Г. М., Сорокин Б. П., Бурков С. И. Анализ распространения СВЧ волн Лэмба в пьезоэлектрической слоистой структуре на основе алмаза // Акустический журнал. 2021. Т. 67, № 6. С. 595–602. https://doi.org/10.31857/S0320791921060058
  14. Campbell C. K. Obtaining the fundamental and harmonic radiation conductances of a reflective SAW interdigital transducer // 1998 IEEE Ultrasonics Symposium. Proceedings. 1998. Vol. 1. P. 169–173. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.1998.762124
  15. Asakawa S., Suzuki M., Kakio S., Tezuka A., Mizuno J. Resonance Properties of Leaky SAW Harmonics on Bonded Dissimilar-Material Structures // 2020 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). 2020. P. 1–3. https://doi.org/10.1109/IUS46767.2020.9251535
  16. Sato T., Otsuka S., Okajima H., Motegi R. Experimental investigation on the operation of SAW devices at harmonic frequencies with stepped-finger interdigital transducer // 1996 IEEE Ultrasonics Symposium. Proceedings. 1996. Vol. 1. P. 267–270. https://doi.org/10.1109/ULTSYM. 1996.583971
  17. Huegli R. GHz filters with third harmonic unidirectional transducers // IEEE Symposium on Ultrasonics. 1990. Vol. 1. P. 165–168. https://doi.org/10.1109/ULTSYM. 1990.171345
  18. Chen Y., Wu T., Chang K. A COM Analysis of SAW Tags Operating at Harmonic Frequencies // 2007 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. 2007. P. 2347–2350. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2007.590
  19. Hikita M., Kato Y., Matsuda J., Watanabe T., Nakano A. Self-temperature-compensation characteristics at 1st- and 3rd-harmonic frequencies for SAW gas sensor used in sensor network // 2009 IEEE International Ultrasonics Symposium. 2009. P. 2496–2499. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2009.5441984
  20. Chauhan V., Weigel R., Hagelauer A., Mayer M., Ruile W., Moellenbeck D., Ebner T., Wagner K. C., Bleyl I., Mayer E., Mayer A. A Nonlinear FEM Model to Calculate Third-Order Harmonic and Intermodulation in TC-SAW Devices // 2018 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). 2018. P. 1–9. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2018.8580153
  21. Койгеров А. С., Балышева О. Л. Быстрый численный расчет параметров поверхностных акустических волн Рэлея для модели связанных мод // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 5. С. 67–79. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-5-67-79
  22. Tikka A., Al-Sarawi S., Abbott D. Acoustic Wave Parameter Extraction with Application to Delay Line Modelling Using Finite Element Analysis // Sensors & Transducers J. 2008. Vol. 95, iss. 8. P. 26–39.
  23. Morgan D. Surface Acoustic Wave Filters With Applications to Electronic Communications and Signal Processing. Academic Press, 2010. 448 p.
  24. Аристархов Г. М., Гуляев Ю. В., Дмитриев В. Ф., Зайченко К. В., Комаров В. В., Воробьев А. В., Звездинов Н. В., Исаев В. М., Кабанов И. Н., Кац Б. М., Корчагин А. И., Мещанов В. П. Фильтрация и спектральный анализ радиосигналов. Алгоритмы. Структуры. Устройства / под ред. Ю. В. Гуляева. М. : Радиотехника, 2020. 504 с.
  25. Синицына Т. В. Методы моделирования высокоизбирательных устройств частотной селекции на поверхностных акустических волнах: автореф. … дис. д-ра техн. наук. М., 2019. 31 с.
  26. Liu Y., Cai Y., Zhang Y., Tovstopyat A., Liu S., Sun C. Materials, Design, and Characteristics of Bulk Acoustic Wave Resonator: A Review // Micromachines. 2020. Vol. 11. P. 630. https://doi.org/10.3390/mi11070630 
Поступила в редакцию: 
22.06.2023
Принята к публикации: 
12.10.2023
Опубликована: 
01.03.2024
  • 213 просмотров