Love波器件的建模仿真及阻抗匹配系統(tǒng)研究.pdf

1、Love波是一種能量主要集中在波導(dǎo)層中的剪切橫波，不易與表面介質(zhì)耦合，且Love波器件具有靈敏度高、精度高、微型化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于傳感器、生物芯片等眾多領(lǐng)域。然而，Love聲波具有不易觀察和測(cè)量的特點(diǎn)，目前建模中常采用二維有限元模型或者不設(shè)置叉指換能器，無(wú)法直觀地表征Love波傳播特性。同時(shí)，在對(duì)Love波器件測(cè)量過(guò)程中，存在Love波器件阻抗與傳輸線特征阻抗不匹配的問(wèn)題，并且尚未有一個(gè)成熟的匹配裝置及匹配方法。本文正是針對(duì)以上問(wèn)題

2、，對(duì)Love波器件的建模仿真及阻抗匹配方面進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。
　　為了準(zhǔn)確表征Love波器件的質(zhì)點(diǎn)位移和色散關(guān)系，提出了一種Love波器件三維建模方案，該方案用有限數(shù)量單元去逼近實(shí)際Love波器件的真實(shí)物理結(jié)構(gòu)和IDT、波導(dǎo)層等實(shí)際載荷工況。通過(guò)一個(gè)壓電基片材料為128°YX-LiNbO3，金屬叉指換能器為Al電極，波導(dǎo)層材料為ZnO薄膜的Love波器件三維模型實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該Love波器件建模方案的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在49

3、MHz到51MHz的頻率范圍內(nèi)，Love波模態(tài)聲波的頻率為49.072MHz、49.295MHz、49.607MHz和50.062MHz。在這四個(gè)頻率處Love波僅存在X方向質(zhì)點(diǎn)位移的變化，Y方向和Z方向的質(zhì)點(diǎn)位移都為0。器件的色散關(guān)系為隨著角頻率增大，Love波的速度逐漸減小。
　　為了解決Love波器件特性阻抗與傳輸線特征阻抗不匹配的問(wèn)題，設(shè)計(jì)研究史密斯阻抗圓圖來(lái)對(duì)阻抗匹配系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過(guò)分析史密斯阻抗匹配法，總結(jié)出匹配網(wǎng)絡(luò)

4、結(jié)構(gòu)，為之后設(shè)計(jì)制作的Love波器件阻抗匹配電路提供了理論依據(jù)。同時(shí)，提出了一種負(fù)載阻抗匹配裝置及負(fù)載阻抗匹配方法。通過(guò)該裝置中開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)節(jié)，分別構(gòu)成與待測(cè)Love波器件對(duì)應(yīng)的未匹配通道及匹配通道，并且針對(duì)兩個(gè)端口分別設(shè)計(jì)不同的無(wú)源負(fù)載阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，從而使待測(cè)Love波器件一步完成負(fù)載阻抗匹配。通過(guò)對(duì)制作的Love波器件阻抗匹配電路進(jìn)行測(cè)試，端口一和端口二不僅能同時(shí)達(dá)到阻抗匹配中心點(diǎn)，而且在中心頻率點(diǎn)處，匹配前與匹配后端口一的反射損耗