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1、第28卷第5期声学技术Vol.28,No.52009年10月TechnicalAcousticsOct.,2009声表面波换能器激励的有限元仿真张永刚(安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001)摘要：采用有限元法分析了声表面波换能器电极上的激励问题。从声场波动方程、麦克斯韦方程以及压电本构方程出发，利用哈密顿原理，推导了在压电介质中声表面波有限元方程，然后采用Newmark法对有限元方程进行时域变换。分析了换能器电极上的静态电荷分布和动态电荷分布。对压电介质中声表面波振动振幅进行计算并分析了质点振动振幅随深度
2、的变化情况。关键词：声表面波；有限元法；换能器；电荷分布中图分类号：TN912文献标识码：A文章编号：1000-3630(2009)-05-0678-04DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2009.05.024FEMsimulationofSAWtransducerexcitationZHANGYong-gang(SchoolofElectricalandInformationEngineering,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232
3、001,Anhui,China)Abstract:Therelationshipbetweensurfaceacousticwave(SAW)andvoltageexcitationisanalyzedwiththefiniteelementmethod(FEM).Startingfromtheacousticfieldwaveequations,Maxwellequationsandpiezoelectricconstitu-tiveequations,thefiniteelementequationsforinter
4、digitaltransducersareestablishedwithHamiltonprinciple,andthentransformedintotime-domainwithNewmarkmethod.Thestaticchargedistributionandthedynamicchargedis-tributiononelectrodesareanalyzed.TheSAWvibrationamplitudeoftheinterdigitaltransducersiscalculatedanditsvaria
5、tionwithdepthisalsoanalyzed.Keywords:surfaceacousticwave(SAW);finiteelementmethod(FEM);transducers;chargedistribution[2,3]传输特性来达到信号处理的目的。1引言对声表面波换能器的研究一般可分为两种类型：一类是根据特定的近似模型求得相对简单的计声表面波技术是上世纪60年代后期发展起来算结果，这类方法的缺点是结果不够精确。另一类的一门新兴技术。近年来，随着通信技术的发展，是依据波动方程满足特定边界条件求得声
6、场的确特别是半导体工艺水平的提高，其应用领域不断扩切解，其中有限元法和有限差分法是其常用方法。大：从卫星通信、雷达制导、无线遥控、广播电视有限元法分析声表面波器件的优势是它所需要的到移动通信、无绳电话等都广泛采用声表面波器前提假设条件相对较少，可以比较全面地分析换能件。声表面波器件的大量应用，特别是在移动通信器上声表面波的激励和接收情况。领域的不可替代的地位推动了声表面波技术的研究向前发展。2有限元计算原理声表面波是指沿着弹性介质表面传播的弹性[1]声波。在压电弹性固体表面上镀一层叉指形状的当压电介质中存在声表面波时，必
7、然伴随有电金属电极，就构成声表面波换能器。声表面波换能磁波的传播，所以在压电介质中，波的传播要遵循器是声表面波器件的核心部件。在换能器电极上加两组方程：介质中声波的弹性波动方程和电磁波麦载激励电压信号，就会在压电弹性介质内产生声表克斯韦方程。这两组方程在压电介质中通过本构方面波。适当改变金属电极的间隔、数目、长度以及程联系在一起。形状等参数，就能得到声表面波的不同传输特性。[4,5]声波振动遵循的弹性波动方程为：声表面波器件的功能就是通过电极改变声表面波2∂u∇⋅=TFρ−(1)2收稿日期:2008-08-21;修回日期
8、:2008-12-31∂t基金项目:安徽省高校省级自然科学研究项目(KJ2008B027)其中T为应力，F为加载在换能器上的激励作者简介:张永刚(1975-),男,安徽人,讲师,研究方向为声表面波技术。力，ρ为压电介质的密度，u为介质中质点振动的通讯作者:张永刚,E-mail:ygzhang2000@163.com第
