体声波磁电天线辐射性能的解析计算

发布时间：2022-01-22 22:24

　　针对国内外对体声波磁电天线原理的解析计算与设计方法的研究还不成熟,以及现有解析计算方法存在误差的问题,提出了一套相对精确的体声波磁电天线的解析计算方法。利用该解析计算法分别计算了磁电天线中压电层和磁致伸缩层的势能,并求出磁电天线的总势能。由于磁电天线的辐射功率是由磁致伸缩层表面的孔径电场决定,故利用本构方程将孔径电场替换为正弦分布的应力场,对磁电天线的平均辐射功率进行了求解,进而得到归一化的天线辐射品质因数。通过对不同层数结构磁电天线的归一化后势能、平均辐射功率和辐射品质因数等性能参数的比较分析,得到了优选的"压电层-磁致伸缩层-压电层"三层交替堆叠结构,实现了磁电天线辐射性能的最优化多层设计。 

【文章来源】：压电与声光. 2020,42(01)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

磁电效应示意图

磁电天线利用逆磁电效应来发射电磁波。图2为双层磁电天线工作原理。由图可知,在压电相两端加激励电压时,由于压电效应,压电材料会产生动态应变,而动态应变在压电相和压磁相的界面处连续传递,使压磁相产生动态磁通B,同时产生时变的孔径电场E0和H,进而向外部辐射电磁波。实际应用中,按照磁电天线的工作原理,可将其设计为不同功能层(压电层/磁致伸缩层)交替堆叠的磁电天线结构,如三层结构(压电层-磁致伸缩层-压电层)磁电天线、四层结构(压电层-磁致伸缩层-压电层-磁致伸缩层)磁电天线,以此类推。交替层数不同,天线的辐射性能也不同,需要从理论上找出最优解。

以AlN和FeGaB为例[1],FeGaB的柔度系数约为AlN的4倍,即sH=4sD。由胡克定理可知,应变为应力与柔度系数的乘积,n=4。其归一化的势能结果如图3所示。磁电天线的总势能与其层数成正相关,且在2、3层结构之间的增幅最大。3 平均辐射功率

【参考文献】：
期刊论文
[1]薄膜体声波谐振器的研究与仿真[J]. 陈鹏光,王瑞,马琨,陈剑鸣.  压电与声光. 2019(03)

硕士论文
[1]FeCo/PZT层状磁电复合材料的制备与性能研究[D]. 洪贺.南京航空航天大学 2013



本文编号：3603013