مقدمه ای بر مدل سازی تشدید کننده پیزوالکتریک BAW
اگر از تلفن همراه، جیپیاس، بلوتوث یا وایفای استفاده میکنید، به احتمال زیاد همه آنها دارای رزوناتورهای BAW هستند که در داخل آنها کار میکنند. همه تجهیزات الکترونیکی بی سیم از فیلترهای RF برای کمک به محدود کردن محدوده فرکانسی که باید در آن کار کنند استفاده می کنند. با وجود هزاران دستگاهی که در فرکانسهای رادیویی فشرده کار میکنند، طراحی فیلترهایی که میتوانند تداخل فرکانسهای ناخواسته را کاهش دهند، نسبت سیگنال به نویز را افزایش داده و تلفات ورودی را کاهش دهند، اهمیت فزایندهای پیدا میکند. انجام این کار ممکن است منجر به قطع تماس های کمتر در تلفن های همراه و شارژ کمتر دستگاه های الکترونیکی دستی شود. بیایید نگاهی بیندازیم که چگونه میتوانید یک تشدیدگر BAW پیزوالکتریک را با استفاده از نرمافزار شبیهسازی مدلسازی کنید.
ویژگی های پاسخ فرکانس یک فیلتر باند گذر معمولی
تنظیم صحنه برای بهبود طراحی دستگاه الکترونیکی
به منظور ترکیب تمام کیفیت های مورد نظر تجهیزات الکترونیکی و طراحی فیلتر باند باریک Q بالا ، باید فراتر از استفاده از مدارهای RLC سنتی فکر کنیم. اینجاست که تشدیدگرهای موج صوتی سطحی (SAW) و موج آکوستیک حجیم (BAW) به تصویر میرسند. در حالی که به نظر می رسد فیلترهای SAW بر بازار برنامه های کاربردی فرکانس پایین (زیر 1.5 گیگاهرتز) حکمرانی می کنند، فیلترهای BAW در فرکانس های بالاتر از 2 گیگاهرتز تا 16 گیگاهرتز کارآمدتر می شوند. اگرچه تشدید کنندههای BAW عمدتاً برای ساخت فیلترهای RF و دوبلکسرهایی که در دستگاههای الکترونیکی بیسیم استفاده میشوند، استفاده میشوند، اما میتوان از آنها برای انواع حسگرها، از جمله حسگرهای گاز شیمیایی و حسگرهای زیستی برای تشخیص سرطان استفاده کرد .
تشدید کننده BAW چیست؟
تشدید کننده BAW یک دستگاه الکترومکانیکی است که در آن یک موج صوتی ایستاده توسط یک سیگنال الکتریکی در قسمت عمده یک ماده پیزوالکتریک تولید می شود. در ساده ترین پیکربندی، یک دستگاه از یک ماده پیزوالکتریک (معمولاً کوارتز، AlN یا ZnO) تشکیل شده است که بین دو الکترود فلزی قرار گرفته است. فرکانس طبیعی مواد و ضخامت به عنوان پارامترهای طراحی برای به دست آوردن فرکانس کاری مورد نظر استفاده می شود. طرح های پیچیده تر از توپولوژی نردبانی یا شبکه ای برای کنترل بهتر فرکانس های عملیاتی استفاده می کنند.
نمایش شماتیک از عملکرد یک تشدید کننده BAW.
دو پیکربندی محبوب برای رزوناتورهای BAW وجود دارد:
- تشدید کننده موج آکوستیک حجیم لایه نازک (TFBAR یا FBAR)
- تشدید کننده محکم نصب شده (SMR)
نمایش شماتیک از طرح های مختلف BAW. ضخامت نشان داده شده به مقیاس نیست.
FBAR ها معمولاً در یکی از این دو پیکربندی طراحی می شوند: پشتیبانی از لبه یا ترکیبی (به شکل FBAR در بالا مراجعه کنید). در یک سازه با تکیه گاه لبه، بستر به طور کامل در قسمت پشتی حک می شود، در حالی که در یک پیکربندی کامپوزیت، ماده دی الکتریک دیگری در زیر ساختار اصلی قرار می گیرد تا به عنوان یک لایه نگهدارنده عمل کند. در یک SMR، لایههای اضافی زیر ساختار اصلی قرار میگیرند تا به عنوان بازتابنده براگ عمل کنند و پشتیبانی ساختاری را فراهم کنند. بازتابنده های براگ نشت موج صوتی را از ساختار حجیم به حداقل می رساند.
به منظور طراحی یک تشدید کننده BAW، در نظر گرفتن جفت الکترومکانیکی که به دلیل اثرات هندسی و برهمکنش چندفیزیکی ایجاد می شود، بسیار مهم است. یک شبیه سازی با وضوح بالا از تشدید کننده احتمالاً می تواند به ما کمک کند تا به سؤالات زیر پاسخ دهیم:
- چه ضخامت و خواص مواد لایه های مختلف به من کمک می کند فرکانس رزونانس مورد نظر را بدست بیاورم؟
- چقدر استرس در قسمت های مختلف دستگاه ایجاد می شود؟ آیا فراتر از سطح عملیاتی مطلوب خواهد بود؟
- میرایی مواد و از دست دادن لنگر چگونه بر پهنای باند فیلتر تأثیر می گذارد؟
- چگونه امپدانس و ضریب Q به عنوان تابعی از فرکانس هایی که انتظار دارم دستگاه با آن مواجه شود، تغییر می کند؟
اینجاست که COMSOL Multiphysics و ماژول MEMS مفید هستند.
مدل سازی یک تشدید کننده BAW در COMSOL Multiphysics
ماژول MEMS یک رابط فیزیک از پیش تعریف شده برای مدل سازی دستگاه های پیزوالکتریک ، مانند تشدید کننده BAW ارائه می دهد. این امر کار با هندسه های چندلایه را که شامل مواد پیزوالکتریک و غیر پیزوالکتریک می شود بسیار آسان می کند. این مواد می توانند همسانگرد یا ناهمسانگرد باشند و ممکن است هم میرایی ساختاری و هم تلفات دی الکتریک را نشان دهند.
در بسیاری از طرح های BAW، سازه های نگهدارنده نیز وجود دارد که لنگر دستگاه را تشکیل می دهند. تلفات ناشی از چنین ساختارهایی (از دست دادن لنگر) را می توان به طور موثر با COMSOL با استفاده از لایه های کاملاً منطبق (یا PML) مدل سازی کرد. هنگامی که شبیه سازی را با اطلاعات مناسب در مورد خواص مواد و فیزیک تنظیم کردید، می توانید یک تحلیل فرکانس ویژه را حل کنید تا ابتدا حالت های تشدید در اطراف مقدار هدف مورد نظر خود را شناسایی کنید، و سپس تجزیه و تحلیل پاسخ فرکانسی دقیق را در محدوده فرکانس های کاری مورد نظر انجام دهید. . برای اطلاعات دقیق تر در مورد نحوه مدل سازی تشدید کننده BAW، مدل آموزشی ما را در مورد تشدید کننده کامپوزیت فیلم نازک BAW بررسی کنید .
تصویری از شبیه سازی یک تشدید کننده پیزوالکتریک BAW.
منابع اضافی
- آموزش ما در مورد مدل سازی مبدل پیزوالکتریک کامپوزیت نقطه شروع خوبی برای شما علاقه مند به مدل سازی دستگاه های SAW و BAW است.
- آموزش مدل نوسان ساز کوارتز حالت برشی ضخامت برای یادگیری نحوه تنظیم رزونانس یک نوسان ساز پیزوالکتریک با استفاده از خازن شنت عالی است .
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید