[发明专利]一种基于宏观声学理论的纳米声学效应分析方法

摘要

本发明公开了一种基于宏观声学理论的纳米声学效应分析方法，包括以下步骤：一、不同尺度延迟线型声表面波器件的获取；二、不同尺度延迟线型声表面波器件的参数测试；三、不同尺度延迟线型声表面波器件宏观声学理论计算值的获取及参数误差获取；四、宏观声学理论失效判断以及失效阈值确定。本发明步骤简单，设计合理且实现方便，通过对不同尺度延迟线型声表面波器件的参数测量值与不同尺度延迟线型声表面波器件的参数的宏观声学理论计算值分析，获取宏观声学理论失效时延迟线型声表面波器件对应的失效波长阈值，可有力推动声学器件纳米声学效应的研究。

主权项

1.一种基于宏观声学理论的纳米声学效应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、不同尺度延迟线型声表面波器件的获取：获取不同尺度延迟线型声表面波器件，将各个延迟线型声表面波器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序；其中，第r个延迟线型声表面波器件所对应的声表面波波长为λ_r，r为正整数，且1≤r≤N_s，所述第r个延迟线型声表面波器件具有四个引脚分别为输入引脚、第一接地引脚、输出引脚和第二接地引脚，N_s表示延迟线型声表面波器件的总数；步骤二、不同尺度延迟线型声表面波器件的参数测试：对多个延迟线型声表面波器件参数进行测试的方法均相同，其中，对第r个延迟线型声表面波器件的参数进行测试，具体过程如下：步骤201、根据公式F_g,r＝λ_r×V_y,r，得到第r个延迟线型声表面波器件的中心频率预估值F_g,r；根据公式得到第r个延迟线型声表面波器件的带宽预估值K_g,r；其中，V_y,r表示延迟线型声表面波器件相速度预估值，V_y,r的取值范围为1000m/s～10000m/s，N_c表示第r个延迟线型声表面波器件中叉指电极的对数；步骤202、判断第r个延迟线型声表面波器件的中心频率预估值F_g,r≤200GHz是否成立，当F_g,r≤200GHz时，执行步骤203；当F_g,r＞200GHz时，执行步骤204；步骤203、采用矢量网络分析仪对第r个延迟线型声表面波器件的参数进行测试，获取第r个延迟线型声表面波器件的中心频率测量值F_r、第r个延迟线型声表面波器件的插入损耗测量值S_r和第r个延迟线型声表面波器件的带宽测量值K_r；步骤204、采用太赫兹时域光谱分析仪对第r个延迟线型声表面波器件的参数进行测试，获取第r个延迟线型声表面波器件的中心频率测量值F_r、第r个延迟线型声表面波器件的插入损耗测量值S_r和第r个延迟线型声表面波器件的带宽测量值K_r；步骤三、不同尺度延迟线型声表面波器件宏观声学理论计算值的获取及参数误差获取：步骤301、在延迟线型声表面波器件中叉指电极与压电介质处边界条件为应力连续和电势连续，且延迟线型声表面波器件中叉指电极与压电介质处所在平面的法线方向电位移不连续条件下，采用基于压电介质的耦合波动方程的有限元‑边界元法，获取第r个延迟线型声表面波器件的COM参数；计算机调取COM模型，并输入第r个延迟线型声表面波器件的COM参数，根据COM模型得到第r个延迟线型声表面波器件的输出端短路时第r个延迟线型声表面波器件的输入导纳Y₁₁、第r个延迟线型声表面波器件的输入端短路时第r个延迟线型声表面波器件的输出导纳Y₂₂、第r个延迟线型声表面波器件的输入端短路时第r个延迟线型声表面波器件的输出端到第r个延迟线型声表面波器件的输入端的转移导纳Y₁₂；步骤302、根据公式得到第r个延迟线型声表面波器件的正向传输系数S₂₁；其中，Z₁表示第r个延迟线型声表面波器件的输入端阻抗匹配，Z₂表示第r个延迟线型声表面波器件的输出端阻抗匹配，且Z₁＝Z₂＝50,R₁表示第r个延迟线型声表面波器件的输入端阻抗实部，R₂表示第r个延迟线型声表面波器件的输出端阻抗实部，且R₁＝R₂＝50；步骤303、根据公式得到第r个延迟线型声表面波器件的插入损耗宏观计算值步骤304、采用计算机给第r个延迟线型声表面波器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7F_g,r～1.3F_g,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7F_g,r以步进f_bj至1.3F_g,r扫频，并多次重复步骤301至步骤303，获取不同频率正弦波激励信号下的第r个延迟线型声表面波器件的插入损耗宏观计算值其中，变频正弦波激励信号的幅值范围为1伏～5伏，步进f_bj的取值为100kHz；步骤305、采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个延迟线型声表面波器件的插入损耗宏观计算值进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个延迟线型声表面波器件的频率损耗计算曲线；步骤306、采用计算机将第r个延迟线型声表面波器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的频率作为第r个延迟线型声表面波器件的中心频率计算值并记作第r个延迟线型声表面波器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个延迟线型声表面波器件的插入损耗计算值第r个延迟线型声表面波器件的插入损耗计算值所对应的两个频率之差的绝对值为第r个延迟线型声表面波器件的带宽计算值步骤307、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差ΔF_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的带宽相对误差ΔK_r，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗相对误差ΔC_r；步骤四、宏观声学理论失效判断以及失效阈值确定：采用计算机将延迟线型声表面波器件所对应的声表面波波长为横坐标，以中心频率相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与频率误差曲线图；采用计算机判断当|ΔF_r|＜|ΔF_r+1|＜|ΔF_r+2|＜|ΔF_r+3|＜|ΔF_r+4|，且3％＜|ΔF_r|＜|ΔF_r+1|＜|ΔF_r+2|＜|ΔF_r+3|＜|ΔF_r+4|成立时，则中心频率相对误差绝对值|ΔF_r|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时延迟线型声表面波器件对应的失效波长阈值；其中，|ΔF_r+1|表示第r+1个延迟线型声表面波器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r+2|表示第r+2个延迟线型声表面波器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r+3|表示第r+3个延迟线型声表面波器件的中心频率相对误差绝对值，|ΔF_r+4|表示第r+4个延迟线型声表面波器件的中心频率相对误差绝对值，r+1、r+2、r+3和r+4均为正整数，且r+1、r+2、r+3和r+4的取值均在1～N_s范围内；或者采用计算机将延迟线型声表面波器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以带宽相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与带宽误差曲线图；采用计算机判断当|ΔK_r|＜|ΔK_r+1|＜|ΔK_r+2|＜|ΔK_r+3|＜|ΔK_r+4|，且3％＜|ΔK_r|＜|ΔK_r+1|＜|ΔK_r+2|＜|ΔK_r+3|＜|ΔK_r+4|成立时，则带宽相对误差绝对值|ΔK_r|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时延迟线型声表面波器件对应的失效波长阈值；其中，|ΔK_r+1|表示第r+1个延迟线型声表面波器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r+2|表示第r+2个延迟线型声表面波器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r+3|表示第r+3个延迟线型声表面波器件的带宽相对误差绝对值，|ΔK_r+4|表示第r+4个延迟线型声表面波器件的带宽相对误差绝对值；或者采用计算机将延迟线型声表面波器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以插入损耗相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与插入损耗相对误差绝对值曲线图；采用计算机判断当|ΔC_r|＜|ΔC_r+1|＜|ΔC_r+2|＜|ΔC_r+3|＜|ΔC_r+4|，且3％＜|ΔC_r|＜|ΔC_r+1|＜|ΔC_r+2|＜|ΔC_r+3|＜|ΔC_r+4|成立时，则插入损耗相对误差绝对值|ΔC_r|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时延迟线型声表面波器件对应的失效波长阈值；其中，|ΔC_r+1|表示第r+1个延迟线型声表面波器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r+2|表示第r+2个延迟线型声表面波器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r+3|表示第r+3个延迟线型声表面波器件的插入损耗相对误差绝对值，|ΔC_r+4|表示第r+4个延迟线型声表面波器件的插入损耗相对误差绝对值。