叉指换能器—此博文包含图片—声表面波的激励结构

叉指换能器（IDT）是在压电基片上淀积一层金属薄膜，在用光刻法得到一列交叉的电极制成。当交变的电场加载一列交叉的电极上，通过逆压电效应，在压电基片上产生声表面波。

图1 叉指换能器示意图

IDT有制作简单、声电转换效率高、工作效率高、能消除寄生模式、性能优越等特点。

IDT的结构参数有：指条对数N、孔径W和周期节长L。均匀的IDT结构如下图2所示：

图2 均匀IDT结构

周期节长为M，指条宽度为M/4，指条间隔也为M/4。
当换能器两端加上高频电压时，相邻指条间就有电位差，在压电基片的表面和表面附近空间形成高频电场，在指条下面的压电基片内部也形成高频电场。在高频电场的作用下，使基片表面层内产生声表面波。

IDT工作原理举例说明——石英基片上的叉指换能器

在石英基片上作SAW多采用yx切型和ST切型，以yx切型为例说明：

石英晶体的逆压电效应数学表达式：

力的作用示意图如下：

由于第三个电场没有实质作用，因此直接设为0. 从上式可以看出，在E1作用下可以产生S1，在E2的作用下可以产生S6。由应变位移关系可知，S1与基片表面层出现的，以u为质点位移、x方向传播的声纵波有关系；S6与基片表面层内出现的，以v为质点位移、x方向传播的声横波有关。如果基片为自由表面，IDT就可以在基片表面层激励出声表面波。

叉指换能器特性：

1、叉指换能器的频率特性呈现sinx/x形式

2、叉指换能器激励声表面波的强度，与周期节点数N的平方成正比

3、IDT指条间距决定了换能器的工作频率，频率越高，指条间间隔越小，周期节长度M越短

4、叉指换能器的频率特性与叉指换能器指条的几何结构有密切的关系。

IDT几何形状与脉冲响应的关系

对于上图中的均匀周期叉指换能器，当一个窄脉冲加载在换能器上时，每一个指条对都同时加上了脉冲信号，激励声表面波。在声同步频率附近，假设每一对指条上激励的声波都是正弦信号，由于相邻指对间的电场是反相的，激励的声波也是反相的。没对指条激励的声波传播到接收点所走的距离，由指条所在的位置决定，第一对指条比第二对指条多走d，第二对比第三对多走d，时间延迟t。每对指条的声孔径W相同，激励的声波信号强度也相等，所以整个叉指换能器所激励的声波信号为一等幅的正弦振荡信号。

IDT的脉冲响应周期与指条的空间周期是相等的，且一一对应。每个周期所激励的声波强度与对应的孔径成正比，脉冲响应的包络必然与指条重叠规律完全一样。因此，IDT的脉冲响应与其空间几何形状有密切的关系。一次可以得出下图所示的IDT与对应的SAW：

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