薄膜體聲波諧振器

諧振器前言

最基本的諧振器件是介質(zhì)諧振器。要想了解介質(zhì)諧振器的工作原理首先要了解金屬波導(dǎo)與諧振腔。

諧振器一般特性

金屬波導(dǎo)的一般特性

傳輸電磁能量或電磁信號(hào)的途徑可分為兩類，一類是電磁波在空間或大氣中的傳播，另一類是電磁波沿波導(dǎo)系統(tǒng)的傳播。人類最初應(yīng)用的電磁波導(dǎo)波系統(tǒng)是雙線傳輸線，雙線傳輸線主要用在頻率較低的場(chǎng)合，當(dāng)使用頻率逐步提高時(shí)，雙線傳輸線的傳輸損耗以及輻射損耗急劇的增加，為了克服輻射損耗，采用了同軸線結(jié)構(gòu)。但是同軸線中所采用的模式仍然是TEM 模，必須有內(nèi)外兩根導(dǎo)體，到了頻率更高時(shí)內(nèi)導(dǎo)體的損耗變得很嚴(yán)重。在微波頻段即分米波段和厘米波段人們發(fā)現(xiàn)，用一根中空的金屬管來(lái)傳輸電磁波是可行的和方便的。在空管中不可能傳播 TEM模式，因此采用 TE ?；?TM 模，這就是金屬波導(dǎo)或稱為波導(dǎo)管。到了短毫米波段及亞微毫米波段金屬波導(dǎo)的截面積尺寸太小，加工不易，因此采用介質(zhì)波導(dǎo)作為傳輸系統(tǒng)。在光波段使用光學(xué)纖維和光波導(dǎo)也是介質(zhì)波導(dǎo)。 光學(xué)纖維簡(jiǎn)稱光纖已成為傳輸電磁信號(hào)的主要手段。為了近似地實(shí)現(xiàn)短路面的邊界條件可以用具有高導(dǎo)電率的導(dǎo)體即金屬構(gòu)成的邊界面，這樣就形成金屬波導(dǎo)或稱波導(dǎo)管。金屬波導(dǎo)可以由一根波導(dǎo)管構(gòu)成，也可以由多根波導(dǎo)管構(gòu)成。略去導(dǎo)體表面損耗時(shí)，可將邊界看作短路面。波導(dǎo)波的特點(diǎn)是存在一個(gè)截止頻率，當(dāng)工作頻率高于截止頻率時(shí)，縱方向?yàn)榭煨胁?，橫方向?yàn)轳v波，工作頻率低于截止頻率時(shí)，縱方向成為衰減場(chǎng)或漸消場(chǎng)，橫方向仍然為駐波。金屬波導(dǎo)的傳播特性為ωc=T/（με）1/2=cT/（με）1/2或Fc= cT/2∏（με）1/2臨界狀態(tài)下，電磁波在介質(zhì)中的波長(zhǎng)就是橫向波長(zhǎng)，即λT=2∏/T=1/fc（με）1/2相應(yīng)的臨界狀態(tài)下真空中的波長(zhǎng)稱為臨界波長(zhǎng)。當(dāng)電磁波的角頻率大于波長(zhǎng)的臨界角頻率時(shí)，電磁波可在波導(dǎo)中傳播，反之，波導(dǎo)是截止的。臨界角波數(shù)決定于波導(dǎo)的截面形狀和尺寸。

諧振器波阻抗

金屬波導(dǎo)的波阻抗

金屬壁是由良導(dǎo)體構(gòu)成而非理想導(dǎo)體，因此電磁波在波導(dǎo)中傳播時(shí)一定會(huì)有功率損耗，從而造成電磁波沿傳播方向上的衰減。其衰減常數(shù)為： а=1/4σδ*H2dL/P； 式中，L 為波導(dǎo)的橫截面的閉合邊界線；P 為波導(dǎo)中傳輸?shù)墓β柿?，σ為波?dǎo)壁的導(dǎo)電率；δ為波導(dǎo)壁材料中電磁波的趨膚深度。完全被短路面或開(kāi)路面包圍的封閉電磁系統(tǒng)就是諧振系統(tǒng)。通常用高導(dǎo)電率的導(dǎo)體即金屬近似地實(shí)現(xiàn)短路面的邊界條件，這就是金屬壁的諧振腔。當(dāng)略去腔壁損耗，即認(rèn)為腔壁由理想導(dǎo)體構(gòu)成，同時(shí)腔內(nèi)充滿不導(dǎo)電的無(wú)損媒質(zhì)時(shí)，就是理想的諧振腔。 在描述諧振腔之前先做如下定義；矩形波導(dǎo)和矩形諧振腔的邊界面與矩坐標(biāo)系統(tǒng)的做表面重合。諧振腔的高度為b、寬度為a。當(dāng)矩形波導(dǎo)中a>b時(shí)，TE10模的臨界角波數(shù)最小，即臨界角頻率最低，因此TE10模為最低模。當(dāng)ba/2 時(shí)，TE01模為次低模。 當(dāng)矩形波導(dǎo)中 a=b 時(shí)，稱為正方形截面波導(dǎo)，此時(shí) TE10 模與 TE01 模臨界角頻率相同，此時(shí)的波導(dǎo)單模的傳輸帶寬為零。因此正方形的波導(dǎo)沒(méi)有實(shí)際用途。圓柱坐標(biāo)系的波導(dǎo)與諧振腔　研究邊界面與圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)面重合的波導(dǎo)和諧振腔，他們包括圓波導(dǎo)，同軸線，圓柱腔，同軸腔，扇形截面波導(dǎo)與諧振腔等柱形系統(tǒng)。也包括徑向線，喇叭波導(dǎo)等非柱形波導(dǎo)系統(tǒng)。 柱形波導(dǎo)的臨界波長(zhǎng)λ為：λcTM= 2∏/TTM（με）。

薄膜導(dǎo)體材料相對(duì)于塊(狀)體導(dǎo)電材料而來(lái)。在薄膜混合集成電路中用以制作電路內(nèi)部元器件之間的互連線、薄膜電阻電容的端頭電極、薄膜電感線圈導(dǎo)線、微帶線、外貼元器件的焊區(qū)和外引線焊區(qū)的材料。要求導(dǎo)電性好、附著性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、可焊性和耐焊接性好以及成本低等。這種材料分為單元素薄膜導(dǎo)體材料和復(fù)合薄膜導(dǎo)體材料兩類。前者系指用單一金屬(如鋁、銀、金等)形成的薄膜導(dǎo)體，后者系指由不同金屬膜構(gòu)成的薄膜導(dǎo)體。

諧振器當(dāng)固有頻率接近相等時(shí)可以得到最大振幅，我們生活中用到的收音機(jī)，當(dāng)收音機(jī)是IC回路固有頻率和發(fā)射頻率一致時(shí)，在IC回路才可以得到最大振幅的信號(hào)，從而收到清晰的聲音，通常調(diào)諧就是改變IC回路的電感或者電容的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)改變回路的固有頻率達(dá)到調(diào)諧選臺(tái)的，諧振器就是讓某個(gè)頻率信號(hào)通過(guò)，阻擋其他頻率信號(hào)，達(dá)到選擇的目的，當(dāng)信號(hào)頻率和諧振器固有頻率相等時(shí)，該信號(hào)順利通過(guò)就像通過(guò)一個(gè)小電阻（或?qū)Ь€）一樣，當(dāng)遠(yuǎn)離固有諧振頻率的頻率試圖通過(guò)它就像一個(gè)大阻抗。2100433B