Das Prinzip der akustischen Oberflächenwellen (SAWs) basiert auf der Wechselwirkung zwischen elektrischen Signalen und mechanischen Schwingungen in einem piezoelektrischen Substrat. Wenn ein elektrisches Wechselsignal an ineinandergreifende Metallelektroden auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Materials wie Quarz oder Lithiumniobat angelegt wird, erzeugt es eine mechanische Schwingung, die als akustische Oberflächenwelle bekannt ist. Diese Wellen breiten sich mit Schallgeschwindigkeit entlang der Oberfläche des Substrats aus und interagieren mit der Struktur des Materials. Wellenlänge und Frequenz der Sägen hängen von den Eigenschaften des Substrats und der Gestaltung des Elektrodenmusters ab.
Oberflächenakustische Wellen (SAWs) finden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Fähigkeiten vielfältige Anwendungen in verschiedenen Bereichen. In der Telekommunikation werden SAW-Geräte als Filter und Verzögerungsleitungen für die Signalverarbeitung in Mobiltelefonen und drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet. Sie werden auch in Sensoren eingesetzt, um physikalische Parameter wie Druck, Temperatur und Dehnung mit hoher Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit zu erfassen. Darüber hinaus wird die SAW-Technologie in akustischen Wellensensoren, Mikrofluidik und biomedizinischen Geräten für die analytische Chemie und medizinische Diagnostik eingesetzt.
Die Theorie akustischer Wellen umfasst die Untersuchung mechanischer Schwingungen, die sich durch ein Medium wie Luft, Wasser oder feste Materialien ausbreiten, beispielsweise Druck- und Verschiebungswellen. Akustische Wellen werden anhand ihres Frequenzbereichs klassifiziert: Infraschall (unter 20 Hz), hörbarer Schall (20 Hz bis 20 kHz) und Ultraschall (über 20 kHz). Die Theorie beschreibt, wie akustische Wellen erzeugt werden, sich ausbreiten und mit verschiedenen Medien interagieren und deren Verhalten und Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie Physik, Ingenieurwesen und Medizin beeinflussen.
Oberflächenakustische Wellen (SAWs) weisen mehrere Schlüsseleigenschaften auf, die sie für bestimmte Anwendungen geeignet machen. Sie breiten sich entlang der Oberfläche eines Substrats aus und ermöglichen so eine effiziente Interaktion mit externen Umgebungen und eine Miniaturisierung von Geräten. Die Sägen verfügen über hohe Geschwindigkeiten und Frequenzen und ermöglichen so eine schnelle Signalverarbeitung in elektronischen Geräten. Sie haben außerdem einen geringen Energieverlust und können in Sensoranwendungen eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung erreichen. Diese Eigenschaften machen die Sägen vorteilhaft für den Einsatz in der Telekommunikation, Sensorik und anderen fortschrittlichen Technologieanwendungen.
Ein Oberflächenwellenfilter (SAW) basiert auf dem Prinzip der selektiven Übertragung oder Reflexion bestimmter Frequenzen von akustischen Wellen, die sich entlang eines piezoelektrischen Substrats ausbreiten. Der Filter besteht aus Metallelektroden, die auf der Oberfläche des Substrats ineinandergreifen. Wenn ein elektrisches Signal an die Eingangselektroden angelegt wird, erzeugt es eine akustische Oberflächenwelle, die sich entlang des Substrats ausbreitet. Die akustische Welle interagiert mit der Elektrodenstruktur, um Bereiche konstruktiver und destruktiver Interferenz zu erzeugen und unerwünschte Frequenzen effektiv herauszufiltern. Durch die Anpassung des Elektrodendesigns und der Substrateigenschaften können SAW-Filter eine hohe Selektivität, geringe Einfügungsdämpfung und einen präzisen Frequenzgang erreichen, was sie ideal für den Einsatz in Telekommunikations-, Signalverarbeitungs- und Sensorsystemen macht, bei denen eine präzise Frequenzsteuerung unerlässlich ist.