声表面波简介
声表面波器件原理及其应用1
晶体背面打毛或刻沟槽
常用压电晶体的参数－声速
3992 4000
3488 3500 3295 3158 3000 声速
2500
2000 YZ铌酸锂 YZ 铌酸锂 128铌酸锂 128 铌酸锂 112钽酸锂 112 钽酸锂 ST石英 ST 石英
常用压电晶体的参数－机电耦合系数
6.00% 5.40% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00% 1.00% 0.00% YZ铌酸锂 128铌酸锂 112钽酸锂 YZ 铌酸锂 128 铌酸锂 112 钽酸锂 ST石英 ST 石英 0.75% 0.11% 机电 耦合 系数 4.80%
脉冲压缩前 脉冲压缩前的雷达图象
脉冲压缩后 脉冲压缩后的雷达图象
声表压控振荡器
结构：
SAW DL
放大器 移相器 输出
振荡条件：幅度，相位
声表压控振荡器优点
和晶体振荡器相比，有较宽的压控范围，可 达1－3% 和LC振荡器相比，有良好的相位噪声。 基频工作频率高
谢 谢 大 家
调频信号的压缩
沟槽式色散线（RAC器件）
沟槽阵约1万条，槽深几百至几千埃。
色散线的相关技术指标
中心频率 带宽 色散时延 时间带宽积（时带积） 压缩比（35dB）
色散线的应用
雷达，解决距离与分辨率的矛盾，既要看的 远，又要看的清。 高速跳频台的侦察与干扰，每秒500跳。实 时，高频率分辨率（20KHz）
Байду номын сангаас1965年White和Voltmer 年 和 发明叉指换能器 60年代半导体平面 年代半导体平面 工艺的成熟
声表面波学科 理论→技术 产业 理论 技术→产业 技术
声表面波的有效激发
输入叉指换能器 输出叉指换能器
SAW
声表面波传感器
物理传感器 温度传感器 压力传感器 湿度传感器 陀螺仪（角速率）
化学、生物传 感器 无线传感器
气体(化学)传感器 液体(生物)传感器
压力检测 温度检测 电子标签识别
声表面波气体传感器
SAW传感器的基本原理是通过SAW器件表面的质量加 载，引起SAW传播速度发生变化，从而改变SAW振荡器的 振荡频率，以此来实现对气体的监控和测量
声表面波滤波器的研究
表面波的理论研究：由于声表面波有多种类型，在不同压电基片上传
播的声表面波的类型不同、传播特性不同，因此，研究声表面波的有关 理论、传播特性、抑制杂波干扰等也是一个很重要的研究领域。
改善滤波器的性能方面：主要有以改变基片材料、压电薄膜厚度、电
极上覆盖介质层等方式改善频率温度系数、获得合适的机电耦合系数、 提高工作频率和减小插入损耗等方面的研究
声表面波延迟线
延迟线：信号在传输过程中，由于多种因素的影响，总会发生不
同程度的延迟，要求统一处理的信号出现了时间差。为了把这种时 间差纠正过来，就需要将早到达的信号延迟一段时间。延迟线就是 能将电信号延迟一段时间的器件。
SAW延迟线原理
左端的IDT将输入电信号转变成声 信号，通过声媒质表面传播后，由 右端的IDT将声信号还原成电信号 输出。延迟时间τ的大小取决于基 片媒质的声表面波速度v和两换能 器之间的距离l，即τ= l／v。
2005 吉林石化公司爆 炸引起松花江重大污染
1995 东京沙林事件
2001美国遭炭疽袭击
声表面波传感器
SAW传感器优势： 富有竞争力的价格优势——光刻技术，结构相对简单 高灵敏度——声波对表面扰动的快速响应，声波能量集中于基片表面 易于集成化——输出的频率电信号易于与计算机接口组成自适应的实施系统 良好的可靠性与稳定性
声表面波基础知识
• 可以将一个δ脉冲展宽 ，或者将展宽的信号压缩，解决信号探 测的距离与分辨率的矛盾
– 卷积器
• 声表面波非线形效应的很好应用。
• 声表面波的新的应用领域
– 标签
• 与IC 的RFID相比，具有无源，没有功耗，探测距离 远等特点
– 声表马达
• 完全不同于传统的电磁驱动，在极微小的领域运用。
SHOULDER
SAW
多媒体用的中频滤波器 2. 1 伴音滤波器典型特性曲线
以AF389A14Dc为例
一般在晶片的两端还涂有吸声材料，以吸收端面反射的声表面波。
如果改变IDT指条的长度，那么连 接不同汇流条的相邻指条的重叠 长度也发生改变，称为对叉指换 能器的加权。 采用不同的加权方式就能得到不 同的声表面波滤波器的特性。 电视中频滤波器是声表面波滤波 器中最经典，最具特色的滤波器 之一，一般是由一个等指长的宽 带换能器和一个加权换能器组成。 这种滤波器设计的关键是设计加 权换能器，也就是说关键是指条 的重叠区域（包络线以内的部分）
IDT of SHOULDER BF36A8Dc
The outline sketch of two input IDT’s
Compare BF36A8Dc with E X6874D
Frequency response
Group delay
4-2. VF389A1Dc VS K3953D Input IDT of E K3953D
切指加全换能器的特点是加权灵活，精度高，缺点是由于指条长度的不等的， 为了使发射换能器的信号能够都被接收换能器有效接收，接收换能器的指条 长度一般情况下都要大于或等于发射换能器的声孔径，所以，通常情况下， 一个换能器采用切指加权，而另一个换能器采用等指长的宽带换能器（非加 权）。 为了提高滤波器的矩形系数和阻带抑制，需要将两个换能器都进行加权。 多条耦合器能很好地解决这个问题。 多条耦合器是有很多周期排列的金属条组成的，它能将声表面波从一个传输 路径耦合到另一个路径，而其他模式的波不能耦合，所以对体波具有很好的 抑制作用。
声表面波原理
声表面波原理声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）是一种在固体表面传播的机械波，具有许多独特的特性和应用。
声表面波可以在固体表面上沿着微细晶体结构传播，其传播速度和频率范围可通过晶体材料的选择和加工工艺进行调控。
声表面波技术已经在无线通信、传感器、滤波器、延迟线、微波器件等领域得到广泛应用。
声表面波的原理主要基于固体材料的弹性性质和表面结构的特殊性。
当外部施加声激励信号时，固体表面上的晶格结构会发生微小的变形，这种变形会形成一种沿着表面传播的机械波，即声表面波。
声表面波的传播速度取决于材料的弹性模量和密度，而频率范围则取决于晶格结构和加工工艺。
声表面波的特性使其在无线通信领域得到了广泛的应用。
利用声表面波器件可以实现无源无线传感器网络中的无源传感器节点与中心控制器之间的无线通信，同时也可以实现射频信号的滤波和延迟线功能。
声表面波滤波器具有高品质因数和良好的频率选择性，可以用于无线通信系统中的信号调制和解调，以及频谱分析等应用。
另外，声表面波传感器也是声表面波技术的重要应用之一。
声表面波传感器利用声表面波在固体表面上的传播特性，可以实现对压力、温度、湿度、气体浓度等物理量的高灵敏度、高精度检测。
声表面波传感器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，已经在环境监测、医疗诊断、工业控制等领域得到了广泛应用。
此外，声表面波技术还可以用于微波器件中的延迟线和滤波器。
声表面波延迟线可以实现微波信号的相移和延迟，用于无线通信系统中的信号处理和频率合成。
声表面波滤波器则可以实现对微波信号的频率选择性和抑制非期望频率成分，用于无线通信系统中的信号调制和解调。
总的来说，声表面波技术具有许多独特的特性和应用，已经成为无线通信、传感器、滤波器、延迟线、微波器件等领域中的重要技术手段。
随着固体材料和加工工艺的不断进步，声表面波技术将会在更多领域得到广泛应用，并为人类社会的发展带来更多的便利和可能。
声表面波
以伴有电场分布的弹性波形式在压电基底介质中沿表面传播出去。这一表面波传到压电介质的另一 端时，被另一个叉指换能器接收，再转换成电信号。这样，就在同一个压电基底上完成了电-声-电 的转换过程。 在此过程中， 如果对信号进行加工处理,就构成声表面波器件,由此而形成声表面波技术。 声表面波技术的特点是：①声波比电磁波的传播速度要小 5 个数量级；在相同频率下，波长也短 5 个数量级，因而器件体积将大大缩小；②信号的转换和传递是在压电晶体表面进行的，因而采用半 导体平面工艺就可以制做器件。此外，信号的提取，注入和加工处理也很方便。
声表面波
深圳市思在固体半空间表面存在的一种沿表面传播，能量集中于表面附近的弹性波。声表面波又称为表面声 波。 1885 年，英国物理学家 J.W.瑞利从理论上预言，在各向同性均匀固体表面存在声表面波，故 又称为瑞利波。声表面波的传播速度 Vs 满足瑞利方程
压电晶体本身是换能介质，在传播声表面波的压电晶体表面可以制做电声换能器，使电能和声能互 相转换。叉指换能器（图 2[ 叉指换能器结构]）能有效地产生和接收声表面波。这种换能器是在一 仔细取向和抛光的压电晶体表面上沉积两组互相交错分布的、梳状的金属条带(叉指)，每组叉指跟 一个称之为汇流条的金属条相连接。通过汇流条把电信号加在这两组叉指上，就会产生以一对叉指 间隔为周期的电场分布。通过电声耦合，即产生一个弹性应变的分布。它激发固体质点的振动，并
以上内容源自：
式中 V1 和 Vt 分别为固体中纵波和横波的传播速度。对于实际的固体，声表面波的传播速度比横波 速度约慢 10％。这时，表面波的传播是非频散的。它的质点振动位移有两个相位差为 90 的分量： 一个垂直于表面,另一个顺着表面内波的传播方向。 它们的幅度随着深度的加深， 虽不一定是单调的， 但最终将趋向于零（图 1[ 各向同性均匀固体中声表面波]）。由图可见，当深度在几个波长以后， 其幅度就已很小。 在自然现象中，如在地震时，就存在声表面波。在超声技术领域，它最初用作声 延迟线和用于检测表面缺陷等方面。但由于激发和检测表面波比较复杂，其应用受到一定限制。 声 表面波不仅可以在各向同性均匀固体中传播， 而且也可以在不均匀的 （如分层的） 固体介质中传播。 不过，这时它是频散的，并且有多种模式。 在各向异性介质（如晶体）中，也可能存在声表面波，但由于介质的各向异性，其传播特性随表面 的取向和传播方向而不同，而质点振动一般有三个分量。对于均匀的晶体，其传播也是非频散的。 1965 年，人们发现，在具有压电性的晶体上声表面波也可以传播。由于存在压电性，在电声之间存 在耦合。在这种波传播时，不仅有力学质点的振动，而且电场分布也随之传播。这时，在晶体半空 间内电场最终也随深度趋向于零。同时，在界面另一边的真空中，也有电场传播，并随对表面距离 的增加而逐步减小； 如果在压电晶体表面沉积上一层很薄的良导体 （金属膜） 就会使表面电场短路， 从而降低声表面波的速度。前者称为自由表面，后者称为金属化表面。
声表面波标签的特点
声表面波标签的特点声表面波标签（Surface Acoustic Wave Tags，SAW标签）是一种无源无源电子标签，它利用声表面波技术实现数据的传输和存储。
它具有许多独特的特点，使其在各个领域广泛应用。
本文将深入探讨声表面波标签的特点，并分享对其的观点和理解。
一、声表面波标签的基本原理声表面波标签的基本原理是利用声表面波传感器和反射器实现数据的传输。
当读写设备中的射频场与标签中的天线共振时，数据被通过声表面波传感器转化为声表面波信号，并在反射器中反射回来。
读写设备通过解码声表面波信号来获取数据，并实现对标签的读写操作。
二、声表面波标签的特点1. 高安全性：声表面波标签采用接触式读写方式，相比于其他无源电子标签（如RFID标签），其读写距离更短，减少了无意中被非法读取或克隆的风险，提高了数据的安全性。
2. 高可靠性：声表面波标签的数据传输基于声表面波技术，可以克服传统电磁波通信中的多径效应和多径干扰问题，减少信号的丢失和干扰，提高了数据传输的可靠性。
3. 高读取精度：声表面波标签的传感器具有较高的灵敏度，可以实现高精度的数据读取。
这使得声表面波标签在要求读取精度较高的场景中得到广泛应用，如物流追踪、库存管理等。
4. 高适应性：声表面波标签可以工作在不同频率范围内，具有很强的适应性。
由于其无源无源的特点，不需要电池供电，可以在各种环境下工作并且具有较长的使用寿命。
5. 大容量存储：声表面波标签中的反射器可以根据实际需求设计成各种形式，从而提供不同容量的存储空间。
这使得声表面波标签适用于不同规模和需求的应用场景。
三、对声表面波标签的观点和理解声表面波标签作为一种新兴的无源无源电子标签技术，具有广泛的应用前景。
我对于声表面波标签的特点和优势表示认同。
声表面波标签的高安全性对于一些对数据安全性要求较高的场景具有重要意义。
在金融领域和军事领域，声表面波标签可以有效防止敏感信息被非法读取或篡改，提高数据的安全性。
声表面波滤波器技术综述
声表面波滤波器技术综述摘要：目前广泛使用的滤波器作为电子系统中的关键性器件，滤波器的性能直接影响了整个电子系统的性能。
各国的研究工作者致力于提高滤波器的性能和应用范畴。
关键词：声表面波滤波器叉指换能器压电材料1前言目前广泛使用的滤波器作为电子系统中的关键性器件，滤波器的性能直接影响了整个电子系统的性能。
各国的研究工作者致力于提高滤波器的性能和应用范畴。
声表面波(SAW)是英国物理学家 Rayleigh 在对地震波的研究中发现并提出的，是一种沿着固体表面或界面传播的弹性波，存在于一切固体中，包括各向同性和各向异性材料。
SAW器件就是利用SAW理论和技术来实现一些特定功能或进行信号处理的器件，广泛用于广播、电视机、通信和导航等领域。
Jacques Curie和Pierre Curie在1880年~1881年相继发现了压电效应和逆压电效应，为叉指换能器(InterdigitalTransducer，IDT)的发现奠定了材料和理论基础。
20 世纪 60 年代，随着光刻技术的出现和半导体平面工艺水平的发展，SAW 技术在电子领域中的应用研究开始受到重视。
声表面波滤波器是一种利用声表面波效应和谐振特性制成的对频率有选择作用的器件。
2基本原理和基本结构SAW(Surface Acoustic Wave)即声表面波，是一种在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。
某些材料沿一定方向受机械力作用而发生变形(包括压缩和拉伸2种状态)，其内部会产生极化现象，并使材料相对的2个表面产生等量异号电荷。
施加的外力越大，产生的电荷量也越多；当外力消失后，材料又恢复到起始不带电的状态；将这种现象称为正压电效应。
如果给同样的材料施加电场，这些材料将会发生机械形变；外加电场消失后，材料的形变也随之消失；如果对材料施加交变电场，将会发生机械振动；这种现象称作逆压电效应。
将具有正、逆压电效应的材料称作压电材料。
SAW技术解析
4.5 声表面波传感器
声表面波传感器是利用声表面波器件为转换元件， 将感受到的被测量参数转换成可用于输出信号的传感 器。例如，当外界因数（如压力、温度、加速度、气 体、化学和生物环境变化等）对声表面波传播特性产 生影响时，在声表面波器件的各项参数上就可以反映 出来，因此可以利用这种现象制备各种压力、温度、 加速度、流量、化学、生物传感器，用于测量和监控 各种化学和物理参数。
SAW振荡器的优点：
SAW振荡器能够弥补LC振荡器、晶体振荡器各方面之不足，它具有优 良的频率温度性、高纯净频谱和低相位噪声，可靠性高，体积小， 质量轻，电磁兼容性好，工作温度范围宽等特点。
由于其独特的优越性，声表面波振荡器在现代电子 系统和军事装备应用中已成为一种重要的微波频率源。 目前应用于SAW传感器的振荡器大致有两种，一种是延迟 线型振荡器 另外一种是谐振器型振荡器。 延迟线型振荡器由于本身能够提供足够长的延时,设计相 对简单 。一般SAW气体传感器所采用的是延迟线型振荡 器 谐振器型振荡器的频率噪声特性优越于延迟线型的振荡 器，它具有高质量因子、低损耗、高频率稳定度的特点， 被用于液体传感器
4.3声表面波振荡器
振荡器是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方
波）的电子元件
传统振荡器的不足：
随着现代电子技术和军事装备的发展，电子设备中信号处理的工作 频率不断提高，虽然对LC振荡器、晶体振荡器进行多次的频率变换 能得到微波频段的信源，但是： 1、在微波频段的LC型信源存在着严重的温度稳定性问题 2、晶体型振荡器在多次的频率变换导致频谱性能恶化，同时在多次 的频率变换中使用大量的元器件，使信源器件体积大、成本高、可 靠性变差等 3、晶体振荡器难以实现宽的可控频率变化范围和调制频率偏移。
SAWF(声表面滤波器),特点及用途
什么是SAWF(声表面滤波器),特点及用途什么是SAWF(声表面波滤波器)声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应的性质做成的。
所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。
具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。
由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。
声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。
在有线电视系统中实现邻频传输的关键器件。
声表面波滤波器的特点是：（1）频率响应平坦，不平坦度仅为±0.3-±0.5dB，群时延±30-±50ns。
（2）SAWF矩形系数好，带外抑制可达40dB以上。
（3）插入损耗虽高达25-30dB，但可以用放大器补偿电平损失。
声表面波滤波器包括声表面波电视图像中频滤波器、电视伴音滤波器、电视频道残留边带滤波器。
声表面波滤波器的典型技术指标如下表所示。
声表面滤波器封装的分类插件型和贴片型(具体的图片如下图声表面波滤波器的应用及发展1 前言声表面波—SAW（SurfaceAcousticWave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。
SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。
它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。
其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。
2 SAW滤波器的特点SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。
{技术管理套表}声表面波技术
Electronic ID
8.2 声表面波技术的基础知识
1. 什么是声表面波
SAW泛指沿表面或界面传播的各种模式的波
机械波
在表面传播，能量 集中在厚度不超过 1个波长的表层
SAW
SAW的激发
1. 基于压电材料的压电效应与逆压电效应
电能
机械能
电能
2. 波在不连续介质处的反射
Concept: IDT
外加电压 吸声材料
接收端
接地电极 压电基体
SAW的描述 ❖ 声波可以用质点离开平衡位置的位
移来表示，对于压电体，声波的传 播还伴随着电场和电势，因此描述 声波的变量还要有电势，一共四个 量。
2. 声表面波的类型
不同的边界条件和传播介质条件可以激发出不同 模式的声表面波。
在半无限基片上存在的声表面波有瑞利波 (Rayleigh waves)、漏波(Leaky SAW)、广义瑞利波 （Generalized Rayleigh waves）、水平剪切波(SHSAW)、电声波(B-G waves)、兰姆波(Lamb waves) 等。
8.4 声表面波传感器技术
工作原理：
利用外界物 理量（如温度、 压力等）的变化 引起声表面波的 传播特性发生变 化的原理来敏感 被测量。
结构型式
SAW传感器一般采用振荡器电路形式，其中SAW振 荡器是传感器的核心。SAW传感器的基本工作原理就是 利用了SAW振荡器这一频控元件受各种物理、化学和生 物量的作用而引起振荡频率的变化，通过精确测量振荡频 率的变化，从而实现检测上述物理量及化学量变化的目的。
在层状结构的基片存在有乐甫波(Love waves)、 西沙瓦波(Sezawa waves)、斯东莱波（Stoneley waves）等。
声表面波简介
声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。
同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。
声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。
早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。
1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。
但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。
直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。
1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。
1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。
特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。
声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。
所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。
声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。
整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。
声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。
声表面波原理
声表面波原理声表面波是一种沿着固体表面传播的超声波，它具有很强的穿透力和灵敏度，因此在材料的缺陷检测和应力分析中得到了广泛的应用。
声表面波原理是指声表面波在固体表面传播的物理机制，了解声表面波原理对于深入理解声表面波的特性和应用具有重要意义。
声表面波是一种横波，它沿着固体表面传播，其传播速度远远高于体波。
声表面波的传播速度与材料的弹性常数和密度有关，因此可以通过测量声表面波的传播速度来确定材料的力学性质。
声表面波的频率范围通常在MHz级别，因此可以应用于微小缺陷的检测和材料的微观结构分析。
声表面波的产生和接收通常通过压电材料实现。
压电材料具有压电效应，当施加外加电压时，会产生机械振动，从而产生声波。
而当声波传播到压电材料上时，又会产生电信号，从而实现声表面波的接收。
通过合理设计和选择压电材料，可以实现高效的声表面波的产生和接收。
声表面波的传播受到表面结构和材料性质的影响。
表面的粗糙度和涂层等对声表面波的传播会产生影响，因此需要对表面进行适当的处理和准备。
此外，材料的吸收和散射也会对声表面波的传播产生影响，因此需要对材料的声学特性进行充分的了解。
声表面波的应用包括材料的缺陷检测、应力分析、涂层测厚等领域。
在材料的缺陷检测中，声表面波可以检测出微小的裂纹和气泡等缺陷，对于保证材料的质量具有重要意义。
在应力分析中，声表面波可以通过测量不同方向上的传播速度来确定材料的应力状态，为工程结构的设计和安全评估提供重要依据。
在涂层测厚中，声表面波可以通过测量涂层上的声波传播时间来确定涂层的厚度，为涂层工艺的控制提供重要参考。
总的来说，声表面波原理是声表面波传播的物理机制，了解声表面波原理对于深入理解声表面波的特性和应用具有重要意义。
声表面波具有很强的穿透力和灵敏度，因此在材料的缺陷检测和应力分析中得到了广泛的应用。
声表面波的产生和接收通常通过压电材料实现，而其传播受到表面结构和材料性质的影响。
声表面波的应用包括材料的缺陷检测、应力分析、涂层测厚等领域，为工程技术和材料科学的发展提供了重要支持。
SAWF(声表面滤波器),特点及用途
什么是SAWF(声表面滤波器),特点及用途(2009-08-01 10:44:52)转载标签：声表滤波器振荡器晶振杂谈什么是SAWF(声表面波滤波器)声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应的性质做成的。
所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。
具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。
由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。
声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。
在有线电视系统中实现邻频传输的关键器件。
声表面波滤波器的特点是：（1）频率响应平坦，不平坦度仅为±0.3-±0.5dB，群时延±30-±50ns。
（2）SAWF矩形系数好，带外抑制可达40dB以上。
（3）插入损耗虽高达25-30dB，但可以用放大器补偿电平损失。
声表面波滤波器包括声表面波电视图像中频滤波器、电视伴音滤波器、电视频道残留边带滤波器。
声表面波滤波器的典型技术指标如下表所示。
声表面滤波器封装的分类插件型和贴片型(具体的图片如下图声表面波滤波器的应用及发展1 前言声表面波—SAW（SurfaceAcousticWave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。
SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。
它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。
其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。
2 SAW滤波器的特点SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。
SAW
声表面波液体传感器
SAW在生物传感应用上遇到的问题
1、由于生物传感器的研究对象为液体介质，瑞利型表 面波的纵向分量会引起液体的压缩波，能量快速耗散， 不适于生物传感器的应用。
2、液体和基底材料的介电常数相差过大，高频时电场 短路
声表面波延迟线
因为SAW在基片中的传播速度比电磁波慢 5个数量级，所 τ= l／v 以SAW延迟线的体积不及同轴延迟线的千分之一。而且 SAW的能量集 中在基片表面，所以SAW延迟线可以同时实 现多种信号处理功能，应用最多的是滤波和延迟功能结合。
声表面波延迟线是最早实用化且应用最为广泛的一类声表 面波器件。它以结构简单、体积小、温度稳定、一致性好 的特点在雷达、通信等电子系统中完全取代了电缆延迟线， 成为射频、中频段延迟信号的基础器件；同时还大量用在 各类传感器组中；它不仅用于雷达、通信等电子设备中作 为电信号延迟，还可以作为SAW振荡器的关键元件。
面都与石英晶体谐振器相似，它用作滤波器或者信号源中的频 率控制器件，其有用输出是谐振器跟随输入信号的稳态响应 品质因数(Q因数)：谐振电路所储能 量同每周损耗能量之比的一种指标
声表面波谐振器
随着通信技术的发展，对信号源的高频化、高准确度 和高稳定度提出了越来越高的要求，信号源的设计一般 是采用石英晶体谐振器在低频下产生振荡（一般为几兆 赫P几十兆赫），然后采用倍频的办法形成高频信号，这 样作的优点是石英晶体谐振器的频率稳定度高，缺点是 线路复杂，体积大，成本高，同时经过几次倍频之后， 相位噪声变大； 采用声表面波谐振器可以直接在GHZ频带产生振荡而 形成高频信号，无需倍频，这样简化了线路，缩小了体 积，降低了成本，减小了相位噪声，同时提高了可靠性
声表面波振荡器
振荡器（oscillator）是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）
第7章 声表面波传感器
• 声表面波（Surface Acoustic Wave， SAW）是一种在固体浅表面传播的弹 性波，对它的认识起源于英国科学 家瑞利在19世纪末期研究地震波过 程中发现的一种集中于地表面传播 的声波。
• 声表面波存在若干模式，主要包括: • Rayleigh波（瑞利波，声表面波技术 所应用的绝大部分是这种类型的波。 瑞利波有两个性质：一是瑞利波速度 与频率无关，即瑞利波是非色散的； 二是瑞利波速度比横波要慢。）
7.2.1 基本结构
图7-1 IDT结构示意图
7.2.1 声表面波激励
图7-2 叉指电极的瞬态电场分布
7.2.2 基本分析模型
图7-3 SAW坐标系
• ⒈δ函数模型
图7-4 δ 函数模型电场分布
• ⒉脉冲响应模型
图7-5 叉指换能器对
• ⒊等效电路模型
图7-6 叉指换能器1个周期段等效电路模型
图7-22 SAW温度传感器接口电路
7.3.4 SAW无源无线传感器
图7-23 SAW标签结构
图7-24 SAW标签读出原理图
图7-25 脉冲发射、接收示意图
7.2 SAW传感器结构及等效电路
• SAW振荡器通常有延迟线型（DL型） 和谐振器型（R型）两种结构。 • 目前的声表面波器件所用压电基片有压 电单晶、压电陶瓷和压电薄膜。
7.2.1 延迟线型结构
(b)振荡器 （a）延迟线
图7-7 延迟线型振荡器结构
7.2.2 谐振器型结构
（a）谐振器 （b）振荡器
7.3.1 SAW加速度传感器
图7-17 双通道SAW加速度计基本原理图
图7-18 SAW加速度计力学模型
7.3.2 SAW压力传感器
声表面波的应用
声表面波传感器的应用一．声表面波简介声表面波（SAW）技术是声学和电子学相结合而形成的一门新兴边缘学科。
在该技术的基础上,现已经成功地研制出声表面波带通滤波器、振荡器、表面波卷积器和传感器等声表面波器件。
由于声表面波器件具有体积小、可靠性高、一致性好以及设计灵活等优点,所以在雷达、通信等领域的研究得到了广泛的应用。
把声表面波技术应用于传感器技术领域在近十年来得到了很大的发展。
目前, 采用技术来研制力、加速度、温度、湿度、气体及电压等一系列新型传感器的工作逐渐成为传感器研究的一个热点。
二．声表面波传感器工作原理SAW传感器构成的识别系统由一个SAW传感器标签、一个带主动式天线的阅读器和一个信号后处理单元组成。
SAW 标签由传感器天线、压电模式、指换能器和经传感器体外编码的反射区组成。
传感器天线接收由远处阅读器发送来的访问电磁脉冲信号,通过叉指换能器转化为声表面波,遇到反射条后形成回波,回波通过叉指换能器重新转化为电磁波并再次通过天线发射出去。
这些回波信号形成了由晶体表面的反射条的数目和位置决定的脉冲序列,它类似于条形码图案,每个脉冲的时间延迟取决于SAW 传播速度。
信号后处理单元对脉冲延迟变进行估计,实时解调出识别码。
天线接收到询问信号后,由IDT将电信号转换为声波信号,声波信号撞击反射区。
反射区位置不同,个数不同,会产生不同的振幅和不同的相位变化。
三．声表面波传感器的应用（1） LiNb03的声表面波应用声表面波器件(SAW)的基本原理是在压电基体上通过光刻的方法制出由相互交叉的电极(一般为铝电极)组成的叉指电极(叉指换能器)，利用基片的压电效应激发起沿着表面层传播的高频超声波，从而实现滤波、延时、脉冲压缩与扩展、卷积等多种电子学功能。
叉指换能器的基本构造如图，换能器的中心频率f0由声表面波的相速vs和电极的周期λ0确定:fo=vs/λ0，即声表面波器件的中心频率和声波的传播速率成正比，与电极的周期成反比，所以提高器件的中心频率主要在于如何提高声表面波的传播速率和缩短电极周期，又因为光刻技术的限制不可能无限制地缩短电极周期，因此当前制作高频声表面波器件的关键在于选择合适的基体材料和不断提高改进基体的晶体质量和提高压电性能，同时降低传输损耗。
声表面波(SAW)谐振器
声表面波谐振器
声表面波(SAW)谐振器
声表面波滤波器/SAW 声表面波谐振器(surface- acoustic- wave)。
SAW 声表面波元件主要作用原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器（Transducer）将电波的输入讯号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的讯号，以达到过滤不必要的讯号及杂讯，提升收讯品质的目标。
被广泛应用在各种无线通讯系统、电视机、录放影机及全球卫星定位系统接收器上。
主要功用在于把杂讯滤掉，比传统的 LC 滤波器安装更简单、体积更小。
SAW 声表面波元件的制作可分为晶圆清洗、镀金属膜、上光阻、显影、蚀刻、去光阻、切割、封装、等相关步骤，具有可大量生产、损耗低及选择性高，适用于各型手机等特点。
有性能稳定、尺寸小的特点，主要应用于无线设备。
声表滤波器中的FL系列主要应用于蜂窝如移动通讯、接收器等。
FM系列有低损耗性、高强度的排他性以及对外部阻抗的低匹配性。
它可应用于汽车TPMS、远程无键进入(RKE)、安全系统和有源RFID标签。
声表面波器件的用途、生产制作和工艺介绍
常用表面波切型
简称
主面及传播方向
128 °Y-X 128 ° 旋转Y切X向传播
LN
铌酸锂
64 °Y-X LN
Y-Z LN
64° 旋转Y切X向传播 铌酸锂
Y切Z向传播 铌酸锂
碳化硅 100 120 180 240# W28 W1 1000# 2000 W3.
规格号 # # #
4
#
5
粒度尺 160 125 80 63
28- 14- 15.5
8.5
3.5-
寸范围
20 10
2.5
晶片粗 >7 ≥5 ≥3 1-3 糙度
0.5 0.5-0.7 0.150.3
金胜
3--
1.5— 0.8- 0.5 水晶:
5
2.2 1.5 - 0.5-1.0
1.0 其他
0.8-1.5
DQ备 晶片背面粗糙度数值为LN晶片实测典型值。晶片材料不同其
注
加工粗糙度值略有差别。
四.声表面波器件制作工艺流程
1.前工序
镀金属膜
涂胶
曝光
显影
腐蚀
基
片
探针测试
清
洗
涂胶
曝光
显影
镀金属膜
剥离
镀保护膜
后工序
Hale Waihona Puke 湿法工艺①.镀膜铝 晶片
②.涂光刻胶
光刻胶 铝
晶片
③.曝光
光刻胶 铝
UV 光
晶片
④.显影
光刻 胶
铝
晶片
⑤.刻蚀
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声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。
同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。
声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。
早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。
1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。
但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。
直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。
1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。
1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。
特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。
声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。
所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。
声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。
整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。
声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。
在VHF 和UHF 绳段内，电磁波器件的尺寸是与波长相比拟的。
同理，作为电磁器件的声学模拟声表面波器件，它的尺寸也是和信号的声波波长相比拟的。
因此，在同一频段上，声表面波器件的尺寸比相应电磁波器件的尺寸减小了很多，重量也随之大为减轻。
例如，用一公里长的微波传愉线所能得到的延迟，只需用传输路径为1 。
m 的声表面波延迟线即可完成。
这表声表面波技术能实现电子器件的超小型化。
第二，由于声表面波系沿固体表面传播，加上传播速度极慢，这使得时变信号在给定瞬时可以完全呈现在晶体基片表面上。
于是当信号在器件的输入和输出端之间行进时，就容易对信号进行取样和变换。
这就给声表面波器件以极大的灵活性，使它能以非常简单的方式去．完成其它技术难以完成或完成起来过于繁重的各种功能。
比如脉冲信号的压缩和展宽，编码和译码以及信号的相关和卷积。
一个实际例子是1976 年报道的一个长为一英寸的声表面波卷积器，它具有使两个任意模拟信号进行卷积的功能，而它所适应的带宽可达100MHz ，时带宽积可达一万。
这样一个卷积器可以代替由几个快速傅里叶变换（FFT ）链作成的数字卷积器，即实际上可以代替一台专用卷积计算机。
此外，在很多情况下，声表面波器件的性能还远远超过了最好的电磁波器件所能达到的水平。
比如，用声表面波可以作成时间－带宽乘积大于五千的脉冲压缩滤波器，在UHF 频段内可以作成Q 值超过五万的谐振腔，以及可以作成带外抑制达70dB 、频率达1 低Hz 的带通滤波器。
第三，由于声表面波器件是在单晶材料上用半导体平面工艺制作的，所以它具有很好的一致性和重复性，易于大量生产，而且当使用某些单晶材料或复合材料时，声表面波器件具有极高的温度稳定性。
第四，声表面波器件的抗辐射能力强，动态范围很大，可达100dB 。
这是因为它利用的是晶体表面的弹性波而不涉及电子的迁移过程。
SAW滤波器的特点SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。
SAW滤波器的特征和优点，适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。
其不足之处是所需基片材料的价格昂贵，对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。
受基片结晶工艺苛刻和制造精度要求严的影响，日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商垄断了世界SAW滤波器市场。
富士通公司控制了移动电话用小型射频SAW滤波器全球市场40％左右的份额，目前其年产量在1.5亿只以上，最小的产品尺寸已达到2.5mm×2mm，重22mg，集倒装式组件和专利谐振器型滤波器设计于一体，使滤波器性能突破性飞跃。
三洋电器公司是世界最大的视听家电用SAW滤波器制造商之一，为保持其价格上的优势，该公司在我国深圳设有组装厂，年产5000万只。
丰田公司主要生产移动通信用SAW滤波器，可提供30多种标准型产品，均适用于表面安装。
SAW滤波器的应用SAW滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到良好的作用，可以实现任意所需精度的幅频和相频特性的滤波，这是其它滤波器难以完成的。
近年来国外已将SAW滤波器片式化，重量只有0.2g；另外，由于采用了新的晶体材料和最新的精细加工技术，使SAW 器件上使用上限频率提高到2.5GHz～3GHz。
从而促使SAW滤波器在抗EMI领域获得更广泛的应用。
SAW滤波器以极陡的过渡带使CATV的邻频传输得以实现，与隔频传输相比，频谱利用率提高了1倍。
电视接收机如果不采用SAW滤波器，不可能稳定可靠地工作。
事实上，早期SAW滤波器的主要应用领域就是以电视机为代表的视听家电产品，20世纪80年代末，由于电子信息特别是通信产业的高速发展，为SAW 滤波器提供了一个广阔的市场空间，致使其产量和需求呈直线上升趋势。
目前世界SAW滤波器的年产量在6亿只以上，其中移动通信等用小型化RFSAW滤波器就达4.3亿只。
移动通信系统的发射端（TX）和接收端（RS）必须经过滤波器滤波后才能发挥作用，由于其工作频段一般在800MHz～2GHz、带宽为17MHz～30MHz，故要求滤波器具有低插损、高阻带抑制和高镜像衰减、承受大功率、低成本、小型化等特点。
由于工作频段、体积和性能价格比等方面的优势，SAW滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头，这是压电陶瓷滤波器和单片晶体滤波器望尘莫及的。
在无线寻呼系统中，BP机接收到的RF信号需先经滤波再进行放大。
滤波器的电气特性直接影响到接收信号的灵敏度和精确度，早期生产的BP机一般采用LC滤波器，但由于LC滤波器的调试复杂，选择性和稳定性又较差，因此现在逐渐被SAW滤波器所取代。
随着Internet的迅猛发展，全球上网用户愈来愈多，但目前通过电话上网的最大缺点是带宽太窄（几十千赫），下载速度极慢，而CATV网络频率资源丰富，不少商家因此均在开发基于CATV网的宽带多媒体数据广播系统（如VOD等），通过CATV上网可使信息传输速度提高几十倍以上，在这些系统中都要用到高性能的SAW滤波器来解决邻频抑制问题。
可见，SAW滤波器的市场前景十分可观。
声表面波(SarfaceAcoustic Wave简写为SAW)就是在压电固体材料表面产生和传播的声波。
它是由英国物理学家瑞利 l 885年发现的，因此又称为瑞利波。
直到1965年怀特和沃尔默=：人提出了冲}激励和检测SAW 的叉指换能器(英文简写为rD'r)，这一关键技术的突破，为SAW器件的发展奠定了基础。
到目前为止，世界各国已研制成了SAW 滤波罂、脉冲压缩滤波器、延迟线、谐振器、卷积器、放大器和振荡器等不同功能的100多种器件，广泛地用于移动通信、光纤通信和卫星通信等无线电电子技术各个领域，显示出它的强大优势。
SAW 滤波器丰要是由IDT和压电晶体、压电陶瓷等组成，采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计定型的两个IDT的掩膜图案，利用光刻的方法，沉积在基片表面．一个作发射IDT,一个作接收IDT,IDT的特点有：(1)它的频率特性呈的变化规律(2)IDT激发的强度与叉指周期段数目N的l甲方成正比(3)IDT的指条宽度决定了换能器的工作频率，指条愈窄、频率愈高(4)IDT的特性与叉指条的几何结构密切相关，如改变它的叉指数日、声孔径重叠长度(按不同加权函数的规律变化)、指条宽度和隔等，可设计出具有不同频率特性的器件，以适应不同信号处理功能的需要，因而适应性和灵活性强；(5)在小信号下，IDT是线性器件，因而满足互易定理，即IDT作为发射时的特性与作为接收时的特性是相同的SAW 滤波器的特点有：(1)SAW 传播速度快，制作的器件尺寸小、重量轻；(2)设计灵活性天，能实现多种复杂的功能；(3)可选用的频率范围广(10MHz~3GHz)．时间带宽乘积大，可选l 数量级；(4)动态范围可达100分见传输损耗小，其姆个波长的衰减比波导传输的电磁渡小二个数量级；(5)声波是质点振动，不涉及到电子迁移过程，在传辅过程中不受电磁波的影响，所以器件的可靠性高，抗辐射性能好。
SAW滤波器的发展趋势小型片式化SAW滤波器的小型片式化，是移动通信和其他便携式产品提出的基本要求。
为缩小SAW滤波器的体积，通常采取三方面的措施：一是优化设计器件用芯片，使其做得更小；二是改进器件的封装形式，现已由传统的圆形金属壳封装改为方形或长方形扁平金属封装或LCCC（无引线陶瓷芯片载体）表面贴装；三是将不同功能的SAW滤波器封装在一起构成组合型器件以减小PCB面积，如应用于1.9GHzPCS终端60MHz带宽的双频段SAW滤波器以及近来富士通公司开发的双带式（可支持模拟和数字两种模式）便携式手机用SAW滤波器，均装有两个滤波器。
高频、宽带化为适应电子整机高频、宽带化的要求，SAW滤波器也必须提高工作频率和拓展带宽。
研究表明，当压电基材选定之后，SAW滤波器的工作频率则由IDT电极条宽决定，IDT电极条愈窄，频率愈高。
采用0.35μm～0.2μm级的半导体微细加工工艺，可制作出2GHz～3GHz的SAW滤波器。
拓展SAW滤波器的带宽通常从优化设计IDT的电极结构入手。
如将IDT按串联和并联形式连接成梯形若干级联的结构，输入/输出直接实现连接，采用0.4μm以下的微细加工技术，就可制作出用于无线局域网（LAN）的2.5GHz梯形结构谐振式SAW滤波器，带宽达100MHz；在多重模式滤波器中，采用纵向连接的滤波器带宽要比横向耦合型滤波器大一些，因此被广泛用于蜂窝电话和寻呼机的RF滤波，而后者具有陡削的窄带特性，可用于个人数字蜂窝（PDC）和模拟电话的中频（IF）滤波。