[发明专利]一种横向模式抑制的声表面波谐振器

说明书

一种横向模式抑制的声表面波谐振器，基片中心位置处设置有叉指换能器，叉指换能器两侧设置有第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵，叉指换能器和第一金属反射栅阵之间形成第一间隙，叉指换能器和第二金属反射栅阵之间形成第二间隙；叉指换能器两端汇流条处均连接输出引线；定义声孔径垂直方向为x轴，叉指换能器、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵的上方汇流条在同一直线上，且该直线与x轴的夹角为偏向角，能流角在‑10°～+10°之间，偏向角与能流角不重合，且偏向角与能流角的角度差在‑20°～0°或0°～+20°之间。本发明采用与能流角不同的偏向角进行电极布局来抑制横向模式，无需增加复杂的设计和工艺，且可以保持器件的高Q值，提升声表面波谐振器的性能。

技术领域

本发明属于传感器设计领域，涉及一种横向模式抑制的声表面波谐振器。

背景技术

声表面波传感器因其自身具有独特的无线无源检测能力，在高温、强辐射、密闭等复杂恶劣环境中展现出极大的测量优势，具有广阔的应用前景。为了克服无线传输距离对声表面波传感器信号的影响，实现传感器的温度补偿，敏感元件在设计时常采用不同切型下的多个谐振器差动组合而成。例如，声表面波温度传感器常采用2个谐振器，压力传感器常采用3个谐振器，在应变或扭矩传感器中则采用5个甚至更多的谐振器。因此，声表面波谐振器在无线无源传感器的实现中起着至关重要的作用，其高性能指标决定着整个多谐振器敏感元件的性能，将提升传感器测量精度，增加无线传输距离。

为了提升声表面波谐振器的性能，需要抑制其横向模式杂散峰，减少声波横向能量的泄露，传统的横向模式抑制方法主要有两种：一种是加权换能器，即以主要的横向模的轮廓加权换能器，常用的有余弦、余弦平方、高斯、海明等加权函数，同时为提高谐振器的旁瓣抑制可以对反射栅进行变迹加权或抽指加权，但该方法会导致器件品质因数(Q值)降低。另一种是减小声孔径，但会因增加散射损耗而降低Q值，同时为了保证阻抗匹配需增加换能器数量。最近，公开号为CN 111200417A的中国专利，公开了一种具有横模抑制功能的声表面波换能器及其制备方法，通过开设凹槽使得声表面波换能器的叉指区边缘的声速低于叉指区中心的声速，第一单指区和第二单指区的声速高于叉指区中心的声速，利用声波横向反射特性的变化，有效地抑制其横向模式。相比于传统平面工艺，其实现中增加了复杂的体加工工艺。

由上述分析可以发现，在抑制声表面波谐振器横向模式的同时，仍然面临着谐振器Q值降低，或立体加工工艺复杂等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种横向模式抑制的声表面波谐振器，该谐振器采用与能流角不同的偏向角进行电极布局来抑制横向模式，无需增加复杂的设计和工艺，且可以保持器件的高Q值，提升声表面波谐振器的性能。

本发明解决技术的方案是：

一种横向模式抑制的声表面波谐振器，包括基片、叉指换能器、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵、第一间隙和第二间隙；基片上中心位置处设置有叉指换能器，叉指换能器的一侧设置有第一金属反射栅阵，另一侧设置有第二金属反射栅阵，叉指换能器和第一金属反射栅阵之间形成第一间隙，叉指换能器和第二金属反射栅阵之间形成第二间隙；所述叉指换能器两端汇流条处均连接输出引线；定义声孔径垂直方向为x轴，叉指换能器、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵的上方汇流条在一条直线上，叉指换能器、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵的下方汇流条在另一条直线上，叉指换能器、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵的上方汇流条所在直线与x轴的夹角为偏向角，声波传播群速度方向和相速度方向的夹角为能流角；所述能流角在-10°～+10°之间，偏向角与能流角不重合，且偏向角与能流角的角度差在-20°～0°或0°～+20°之间。

所述叉指换能器不加权。

所述基片为石英基片、LiNbO₃基片、LiTaO₃基片、LGS基片或LGT基片。

所述叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵的材料相同，为Al、Au、Cu、Pt或金属复合材料。