Acoustic field and energy characteristics of the slot mode in the structure “delay line — vacuum gap — resonating plate”

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents the results of a theoretical study of a structure including a delay line based on a Y–X cut lithium niobate plate with two interdigital transducers for excitation and reception of an acoustic wave with shear-horizontal polarization in the frequency range of 1.5–2.2 MHz. The plate thickness was 0.35 mm. A resonant Y–X-140° cut lithium niobate plate was located above the delay line between the transducers with a certain gap. The simulation was performed using the finite element method. When an RF voltage was applied to the input transducer, pronounced peaks of resonant absorption associated with the excitation of a slot acoustic mode were observed on the frequency dependence of total losses. The velocity of the slot mode was calculated and mechanical and electric fields in the delay line and in the resonator were found for the first time. It is shown that at resonant frequencies, the energy of the acoustic wave is pumped from the delay line to the resonator. In this case, a standing SH0 wave appears in the resonator, which contains more than 66% of the acoustic energy of the system, which leads to the suppression of the traveling wave at the output of the delay line. This conclusion is also confirmed by the distribution of the amplitude of the transverse-horizontal component of the mechanical displacement in the delay line and in the resonator at resonant frequencies and between them.

About the authors

A. A. Teplykh

Federal State Budgetary Institution of Science Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences

Saratov Branch Saratov, Russia

B. D. Zaitsev

Federal State Budgetary Institution of Science Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences

Email: zai-boris@yandex.ru
Saratov Branch Saratov, Russia

A. P. Semyonov

Federal State Budgetary Institution of Science Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences

Saratov Branch Saratov, Russia

I. A. Borodina

Federal State Budgetary Institution of Science Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences

Saratov Branch Saratov, Russia

References

  1. Гуляев Ю.В., Плесский В.П. Щелевые акустические волны в пьезоэлектрических материалах // Акуст. журн. 1977. Т. 23. № 3. С. 716–720.
  2. Балакирев М.К., Горчаков А.В. Связанные поверхностные волны в пьезоэлектриках // ФГТ. 1977. Т. 19. № 2. С. 613–615.
  3. Балакирев М.К., Гилинский И.А. Волны в пьезокристаллах. Новосибирск: Наука, Сибирское Отделение, 1982. 239 с.
  4. Балакирев М.К., Богданов С.В., Горчаков А.В., Чакушин А.Э. Экспериментальное исследование щелевых волн в LiJO3 // ФГТ. 1979. Т. 21. № 8. С. 2508–2510.
  5. Балакирев М.К., Горчаков А.В. Просачивание упругой волны через зазор между пьезоэлектриками // ФГТ. 1977. Т. 19. № 2. С. 571–572.
  6. Балакирев М.К., Богданов С.В., Горчаков А.В. Туннелирование ультразвуковой волны через щель между кристаллами йодата лития // ФГТ. 1978. Т. 20. № 2. С. 588–590.
  7. Пятаков П.А. Щелевые акустические волны на границе двух пьезоэлектрических кристаллов, разделенных слоем жидкости // Акуст. журн. 2001. Т. 47. № 6. С. 836–842.
  8. Двоешерстов М.Ю.,Чередник В.Н., Петров С.Г., Чириманов А.П. Численный анализ свойств щелевых электроакустических волн // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 6. С. 776–782.
  9. Dvoesherstov M.Yu., Cherednick V.I., Bhattacharjee K. Plate and Gap Acoustic Waves for Highly Sensitive Gas and Liquid Sensors / Proc. of the IEEE Int. Ultrasonics Symposium, 24–27 August 2004. Canada, Montreal. P. 1553–1556.
  10. Гуляев Ю.В., Марышев С.Н., Шевяхов Н.С. Электрозвуковая волна в зазоре пьезоэлектрической пары с относительным продольным перемещением // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32. № 20. С. 18–26.
  11. Вилков Е.А., Марышев С.Н., Шевяхов Н.С. Электрозвуковые волны щелевого типа в составной структуре относительно перемещающихся пьезоэлектриков // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011. Т. 14. № 2. С. 84–92.
  12. Вилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А., Темная О.С., Калябин Д.В., Никитов С.А. Электрозвуковые волны в РТ-симметричной структуре пьезоэлектриков вблизи особой точки // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48. № 24. С. 38–42.
  13. Зайцев Б.Д., Бородина И.А., Теплых А.А., Семёнов А.П. Регулируемая акустическая линия задержки как фазовращатель // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 4. С. 26–32.
  14. Borodina I.A., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Teplykh A.A. Acoustic waves in a structure containing two piezoelectric plates separated by an air (Vacuum) gap // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2013. V. 60. № 12. P. 2677–2681.
  15. Зайцев Б.Д., Бородина И.А., Теплых А.А., Семёнов А.П. Исследование щелевой моды в структуре, включающей линию задержки и резонирующую пьезоэлектрическую пластину // РЭНСИТ: Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2024. Т. 16. № 4. С. 449–456. doi: 10.17725/rensti.2024.16.449
  16. Borodina I.A., Zaitsev B.D., Teplykh A.A. The influence of viscous and conducting liquid on characteristics of slot acoustic wave // Ultrasonics. 2018. V. 82. P. 39–43.
  17. Borodina I.A., Zaitsev B.D., Burygin G.L., Guliy O.I. Sensor based on the slot acoustic wave for the non-contact analysis of the bacterial cells – Antibody binding in the conducting suspensions // Sensors and Actuators B: Chemical. 2018. V. 268. P. 217–222.
  18. Зайцев Б.Д., Кузнецов И.Е. Акустические волны в тонких пьезоэлектрических пластинах. М.: Радиотехника, 2018. 239 с.
  19. Zaitsev B.D., Teplykh A.A., Kuznetsova I.E. The peculiarities of energy characteristics of acoustic waves in piezoelectric materials and structures // Trans. Ultrason. Ferroel. Freq. Contr. 2007. V. 54. No 3. P. 605–611.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).