专利名称：具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能量转换技术，尤其涉及一种具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器。
技术背景从上世纪70年代起，研究工作者就对磁电转换技术进行着不懈的研究；目甜国内外的研 究主要集中在超磁致伸縮和不同的压电材料的复合结构，以及不同的材料、不同层叠数、工 作模式、耦合模式、复合体积比、频率等条件下的磁电转换特性，希望通过材料自身特性提 高磁电转化效率。由于现有材料自身特性的限制，复合材料结构的品质因素低，能量转换过 程中的损耗较高，如果不改变磁-机-电能量转化过程的能量收集和传递方式，很难通过材料 直接复合进一歩大幅度提高磁电效应，并制作出高灵敏、高效率的磁电换能器。此外，高品 质因素和宽频带的矛盾限制了磁电换能器的应用领域。发明内容本发明提出了一种具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器，它由基板、反射栅、IH向 MUDT、反向MUDT、 PUDT组成；正向MUDT和反向MUDT均为多个且iH向MUDT数量 大于反向MUDT数量；其中，反射栅、正向MUDT、 PUDT按"反射栅一正向MUDT阵列一PUDT—反射栅"的 顺序从左至右横向排列在基板上；在正向MUDT之间和/或正向MUDT与PUDT之间的位置间插设置有反向MUDT;从左 至右顺次相邻的正向MUDT和反向MUDT形成MRUDT单元；各个器件间绝缘。MUDT结构为它由两个反射指条和一个超磁致伸縮指条组成，反射指条和超磁致伸縮 指条按"反射指条一超磁致伸缩指条一反射指条"的顺序排列在基板上；其中一个反射指条的 横向宽度大于另一个反射指条的横向宽度；超磁致伸縮指条横向宽度的中心位置形成传输中 心TC，相邻两个MUDT间的TC间距为R;正向MUDT左边的反射指条的横向宽度大于右边的反射指条的横向宽度；反向MUDT 右边的反射指条的横向宽度大于左边的反射指条的横向宽度；两个反射指条的横向宽度分别为3X/8和V8，人为波长；超磁致伸縮指条横向宽度为X/8， X为波长；反射指条和超磁致伸縮指条间间距为人/8;复合磁电阵列换能器两端的反射栅横向宽度为人/4。本发明的有益技术效果是提高单位体积换能器的换能效率，并通过叠加提高换能器输 出，形成宽频带输出。
图1、 MUDT单元结构；图2、 MRUDT单元原理示意图(图中RC为反射中心，即为MUDT中横向宽度较大的 反射指条7的横向中心位置)图3、本发明的具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器结构；具体实施方式
由于现有复合材料结构的品质因素低，能量转换过程中的损耗较高，发明人考虑从如何 提高能量馈集的方向对换能器进行改进。基本原理参见图l，在超磁致伸縮指条6间加入不同宽度反射指条7 (与反射栅2结构 材质相同)，从而构成具有磁-机转化的、部分单向传输特性的叉指换能器单元(Magnetic Unidirectional Inter-digital Transducer,縮写为MUDT),将多个MUDT单元组成单向传输阵列(正向MUDT3)，而在单向传输路径上加入少量几个方向相反单元(反向MUDT4)，组成 谐振型单向传播磁电叉指换能器单元(Magnetic Resonant Unidirectional Inter-digital Transducer, MRUDT)，声表面波在单向传播的同时有部分能量被MRUDT单兀局部反馈， 从而构成部分反馈(如图2所示)；"部分反馈"原理超磁致伸縮指条6横向宽度的中心位置称为传输中心TC，各个MUDT(不论正向、反向)的传输中心TC间距皆为U;超磁致伸縮指条6横向宽度为X/8，人为波 i《反射指条7和超磁致仲縮指条6间间距为^/8,构成谐振型单向传播磁电叉指换能器单元， 使其反馈回来的信号经过多次反射后与传播信号同相，保证在不同传输方向的MUDT组间形 成局部谐振腔，使信号在MRUDT中来回振荡直至衰减完；馈集到的能量经压电单向叉指换 能器(Piezoelectric Unidirectional Inter-digital Transducer ， PUDT)转换后输出。其具体结构为它由基板l、反射栅2、正向MUDT3、反向MUDT4、 PUDT 5组成； 正向MUDT 3和反向MUDT 4均为多个且正向MUDT 3数量大于反向MUDT 4数量；其中， 反射栅2、正向MUDT 3 、 PUDT 5按"反射栅2—正向MUDT 3阵列一PUDT 5—反射栅2"的 顺序从左至右横向排列在基板1上；在正向MUDT3之间禾I]/或IH向MUDT3与PUDT5之间 的位置间插设置有反向MUDT 4;从左至右顺次相邻的IH向MUDT 3和反向MUDT 4形成 MRUDT单元；复合磁电阵列换能器两端的反射栅2横向宽度为入/4，人为波长；各个器件间 绝缘。MUDT结构为它由两个反射指条7和一个超磁致伸縮指条6组成，反射指条7和超磁 致伸缩指条6按"反射指条7—超磁致伸縮指条6—反射指条7"的顺序排列在基板上；其中一 个反射指条7的横向宽度大于另一个反射指条7的横向宽度；超磁致伸缩指条6横向宽度的 中心位覽形成传输中心TC，相邻两个MUDT间的TC间距为l入；正向MUDT 3左边的反射指条7的横向宽度大于右边的反射指条7的横向宽度；反向 MUDT 4右边的反射指条7的横向宽度大于左边的反射指条7的横向宽度；两个反射指条7 的横向宽度分别为3入/8和X/8， X为波长；超磁致伸縮指条6横向宽度为X/8， X为波长；反射指条7和超磁致伸缩指条6间间距为X/8;本发明的复合磁电阵列换能器，不仅能够在高频时得到高效率的磁电转化效率，而且其 输出能够在频带上覆盖更宽的范围。由于仅仅用半导体平面工艺就可以实现本发明的复合磁 电阵列换能器结构，使得整个复合磁电阵列换能器体积可以非常小，这也进一歩减少磁场涡 流，提高了使用的上限频率。由于本发明复合磁电阵列换能器带宽较宽，只需有限的几个这 种微型化磁电转化单元，就能实现在非常宽的频带内超高效磁电能量转化，这也便于采用大 规模集成化生产，构成理想的、微型化、高效率、宽频带高频磁电换能器。
权利要求
1、一种具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器，其特征在于它由基板(1)、反射栅(2)、正向MUDT(3)、反向MUDT(4)、PUDT(5)组成；正向MUDT(3)和反向MUDT(4)均为多个且正向MUDT(3)数量大于反向MUDT(4)数量；其中，反射栅(2)、正向MUDT(3)、PUDT(5)按“反射栅(2)-正向MUDT(3)阵列-PUDT(5)-反射栅(2)”的顺序从左至右横向排列在基板(1)上；在正向MUDT(3)之间和/或正向MUDT(3)与PUDT(5)之间的位置间插设置有反向MUDT(4)；从左至右顺次相邻的正向MUDT(3)和反向MUDT(4)形成MRUDT单元；各个器件间绝缘。
2、 根据权利要求1所述的具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器，其特征在于MUDT 结构为它由两个反射指条(7)和一个超磁致伸縮指条(6)组成，反射指条(7)和超磁致 伸缩指条(6)按"反射指条(7) —超磁致伸縮指条(6) 一反射指条(7)"的顺序排列在基 板上；其中一个反射指条(7)的横向宽度大于另一个反射指条(7)的横向宽度；超磁致伸 縮指条(6)横向宽度的中心位置形成传输中心TC，相邻两个MUDT间的TC间距为R 。
3、 根据权利要求2所述的具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器，其特征在于正向 MUDT (3)左边的反射指条(7)的横向宽度大于右边的反射指条(7)的横向宽度；反向 MUDT (4)右边的反射指条(7)的横向宽度大于左边的反射指条(7)的横向宽度；两个反射指条(7)的横向宽度分别为3W8和W8， X为波长；超磁致伸縮指条(6)横向宽度为X/8，人为波长；反射指条(7)和超磁致伸缩指条(6) 间间距为、/8 。
4、 根据权利要求1所述的具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器，其特征在于复合 磁电阵列换能器两端的反射栅(2)横向宽度为X/4，、为波长。
全文摘要
本发明公开了一种具有展宽频带功能的复合磁电阵列换能器，它由基板、反射栅、正向MUDT、反向MUDT、PUDT组成；正向MUDT和反向MUDT均为多个且正向MUDT数量大于反向MUDT数量；反射栅、正向MUDT、PUDT按“反射栅—正向MUDT阵列—PUDT—反射栅”的顺序从左至右横向排列在基板上；在正向MUDT之间和/或正向MUDT与PUDT之间的位置间插设置有反向MUDT；从左至右顺次相邻的正向MUDT和反向MUDT形成MRUDT单元；各个器件间绝缘。本发明的有益技术效果是提高单位体积换能器的换能效率，并通过叠加提高换能器输出，形成宽频带输出。
文档编号H02N2/00GK101604927SQ20091010432
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者文玉梅, 平 李 申请人:重庆大学