[发明专利]基于压电薄膜的单端输入多端输出的无源电子回转器

说明书

本发明涉及一种基于压电薄膜的单端输入多端输出的无源电子回转器，包括横向作用力结构和纵向作用力结构，包括压电薄膜构成的压电层、激励线圈和接收电极、衬底、刻蚀孔；该压电层经由锚点悬挂在衬底上，压电层下方为衬底凹槽构成的空腔；空腔上压电层四周为刻蚀孔；刻蚀孔和空腔用于限定的作用力区域。压电层的材质为的氮化铝、铌酸锂、钽酸锂压电材料中一种或数种，激励线圈和感应电极均为金属，激励线圈在磁电作用下产生的作用力在压电层进行转化，接收电极对机械力转换的电能进行收集。本发明无源电子回转器尺寸与声学滤波器相当，为数十微米至数千微米，实现了微型化；不需要外部供电，非线性效应极低，实现了无源、高度非线性。

技术领域

本发明涉及一种电子电路技术，特别涉及一种基于压电薄膜的单端输入多端输出的无源电子回转器。

背景技术

回转器是全双工电路的关键器件，用于实现隔离器、环形器网络[1]，是一种双口电阻元件。与传统的四类基本元件(电阻、电感、电容和变压器)不同，回转器拥有非互易性，无法通过四类基本线性元件实现。现有的回转器、环形器主要基于两种方式实现，铁氧体和晶体管电路。基于铁氧体的环形器体积与电磁波长相当，难以微型化；基于晶体管电路的回转器、环形器需要额外外部供电，并引入了额外的非线性效应[2]。

[1]K.M.Adams,E.F.A.Deprettere,J.O.Voorman,“The Gyrator in ElectronicSystems,”in Advances in Electronics and Electron Physics,vol.37,L.Marton,Ed.Academic Press,1975,pp.79–179.

[2]G.Dinias,T.Deliyannis,“Jump phenomenon in a gyrator circuit,”Electronics Letters,vol.11,no.23,pp.560–561,Nov.1975.

发明内容

针对现有的基于铁氧体的环形器尺寸与电磁波波长相当，难以微型化；现有的基于晶体管电路的回转器、环形器需要外部供电并引入了额外的非线性效应问题，提出了一种基于压电薄膜的单端输入多端输出的无源电子回转器。

本发明的技术方案为：一种基于压电薄膜的单端输入多端输出的无源电子回转器，横向作用力结构，包含由压电薄膜构成的压电层、置于压电层上的U形激励线圈和接收电极、衬底、刻蚀孔；该压电层经由锚点悬挂在衬底上，压电层下方为衬底凹槽构成的空腔；空腔上压电层四周为刻蚀孔；通电的激励线圈在磁场作用下运动，在压电层激励出对称型兰姆波，兰姆波向左右两侧传播，遇到由刻蚀孔构成的空气边界被反射，在空气边界限定的区域内形成驻波，接收电极置于产生交变的电压信号的驻波节点上接收电信号。

优选的，所述通电的激励线圈在磁场作用下运动，所产生的固体声波为对称型兰姆波，当激励线圈通入的电流频率乘以电极间距的两倍接近对称型兰姆波的波速时，产生机械谐振，此时电流-电压转换效率最高。

优选的，所述压电层的材质为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、钽酸锂压电材料中一种或数种，激励线圈和感应电极均为金属。

优选的，所述压电层的材质不同，被激励后压电材料的极化方式不同，对应接收电极对对称型兰姆波产生的电压收集结构不同。

优选的，所述压电层的为基于压电常数e₃₁的氮化铝的压电材料，接收电极分布在压电层两侧进行电荷收集。

优选的，所述压电层的为基于高压电常数e₁₁的铌酸锂或钽酸锂的压电材料，接收电极分布在压电层单侧进行电荷收集，对应修改接收电极出口和刻蚀孔的分布。