квазиполевой метод расчета характеристик

КВАЗИПОЛЕВОЙ МЕТОД РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ НА
ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
Сучков С.Г. , Николаевцев В.А. , Янкин С.С., Сучков Д.С., Павлова А.Ю.1,
Шатрова Ю.А.
1
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук
E-mail: [email protected]
В настоящее время для точного расчета характеристик СВЧ акустоэлектронных приборов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) применяются точные, но ресурсоемкие, комбинации методов конечных и граничных элементов и строгие полевые методы на основе функции Грина [1].
Для более быстрых расчетов и оптимизации применяют методы эквивалентных схем, модель P-матриц и метод связанных мод (СОМ-метод) [2]. Но для
использования этих методов необходимо предварительно определять несколько феноменологических параметров, таких, например, как средняя скорость ПАВ в структуре, коэффициенты отражения, прохождения и рассеяния
[3] и др.
Нами предложен квазиполевой метод расчета амплитудно-частотных
характеристик устройств на ПАВ, основанный на точном определении упругих смещений и электрических потенциалов ПАВ и простой, физически непротиворечивой эквивалентной схеме. Этот метод позволяет рассчитывать
устройства на ПАВ со сколь угодно сложной формой и расположением штырей во встречно-штыревых преобразователях (ВШП) как на свободной поверхности пьезокристалла, так и на слоистой структуре. В предлагаемой эквивалентной схеме каждому зазору между соседними штырями соответствует идеальный источник тока. Расчет силы тока в электродах основан на вычислении заряда на штырях ВШП, наведенного волной объёмного заряда
ПАВ. Плотность заряда на штырях ВШП определяется из строгого решения
граничной задачи о ПАВ на свободной и покрытой одним или двумя слоями
металла поверхностях пьезокристалла. Амплитудно-частотная характеристика ВШП ПАВ находится в виде отношения электрической мощности, выделяемой на нагрузке, рассчитанной по эквивалентной схеме, к модулю вектора Умова-Пойнтинга ПАВ, определяемому по строго рассчитанным компонентам акустического и электрического поля ПАВ.
Описываемый метод был апробирован на нескольких вариантах фильтров и линий задержек (рис.1), и результаты расчета хорошо согласуются с
экспериментальными измерениями. В отличие от COM-метода и метода эквивалентных схем Мэзона, метод не содержит феноменологических параметров, но в отличие от полевых методов и метода конечных элементов, не требует больших временных затрат и вычислительных ресурсов.
Рис. 1. АЧХ рассматриваемой линии задержки. Сплошная линия – эксперимент, штриховая – результаты расчета методом конечных элементов,
штрих-пунктирная – результаты расчета с использованием квазиполевой
модели.
Библиографический список
1. Morgan D. Surface acoustic wave filters with applications to electronic communications and
signal processing. – Academic London, 2007. 448 p.
2. Suchkov S. G., Suchkov, D. S., Chaikovskii D. S. A Quasi-Field Equivalent Circuit of an Interdigital Transducer of Surface Acoustic Waves // J. Comm. Tech. and Electr. 2007. V. 52. P. 239243.
3. Harma S., Plessky V. Extraction of frequency-dependant reflection, transmission and scattering parameters for short metal reflectors from FEM-BEM simulations // IEEE Trans. on UFFC.
2008. V. 55(4). P. 883-889.
Сведения об авторах
Сучков Сергей Германович – д.ф.-м.н., профессор, дата рождения:
17.06.1950г
Николаевцев Виктор Андреевич - к.ф.-м.н., ассистент, дата рождения:
04.04.1987г
Янкин Сергей Сергеевич – аспирант, инженер, дата рождения: 31.01.1989г
Сучков Дмитрий Сергеевич – к.ф.-м.н., доцент, дата рождения: 25.12.1973г
Павлова Анастасия Юрьевна – аспирант, м.н.с, дата рождения: 04.06.1988г
Шатрова Ю.А. – аспирант, м.н.с, дата рождения: 20.06.1989г.
Докладчик Николаевцев В.А., 27 лет, [email protected], +79603579297
Вид доклада: (устный /) стендовый