Zasada powierzchniowych fal akustycznych (SAW) opiera się na interakcji między sygnałami elektrycznymi i wibracjami mechanicznymi w podłożu piezoelektrycznym. Kiedy przemienny sygnał elektryczny jest przykładany do międzypalcowych elektrod metalowych na powierzchni materiału piezoelektrycznego, takiego jak kwarc lub niobian litu, powoduje to powstanie wibracji mechanicznych, znanych jako powierzchniowa fala akustyczna. Fale te rozchodzą się po powierzchni podłoża, przemieszczając się z prędkością dźwięku i oddziałując ze strukturą materiału. Długość fali i częstotliwość pił zależą od właściwości podłoża i konstrukcji wzoru elektrody.
Powierzchniowe fale akustyczne (SAW) znajdują różnorodne zastosowania w różnych dziedzinach ze względu na swoje unikalne właściwości i możliwości. W telekomunikacji urządzenia SAW stosowane są jako filtry i linie opóźniające do przetwarzania sygnałów w telefonach komórkowych i systemach komunikacji bezprzewodowej. Stosowane są również w czujnikach do wykrywania parametrów fizycznych, takich jak ciśnienie, temperatura i odkształcenie, z dużą czułością i niezawodnością. Dodatkowo technologia SAW znajduje zastosowanie w czujnikach fal akustycznych, mikroprzepływach i urządzeniach biomedycznych do chemii analitycznej i diagnostyki medycznej.
Teoria fal akustycznych obejmuje badanie wibracji mechanicznych rozchodzących się w ośrodku, takim jak powietrze, woda lub materiały stałe, takie jak fale ciśnienia i przemieszczenia. Fale akustyczne dzieli się na podstawie zakresu częstotliwości: infradźwięki (poniżej 20 Hz), dźwięki słyszalne (20 Hz do 20 kHz) i ultradźwięki (powyżej 20 kHz). Teoria opisuje, w jaki sposób fale akustyczne są generowane, rozchodzą się i wchodzą w interakcję z różnymi ośrodkami, wpływając na ich zachowanie i zastosowania w różnych dziedzinach, w tym w fizyce, inżynierii i medycynie.
Powierzchniowe fale akustyczne (SAW) mają kilka kluczowych cech, które czynią je odpowiednimi do określonych zastosowań. Rozprzestrzeniają się po powierzchni podłoża, umożliwiając sprawną interakcję ze środowiskami zewnętrznymi i umożliwiając miniaturyzację urządzeń. Piły charakteryzują się dużymi prędkościami i częstotliwościami, zapewniając możliwość szybkiego przetwarzania sygnałów w urządzeniach elektronicznych. Charakteryzują się również niskimi stratami energii i mogą osiągnąć wysoką czułość i rozdzielczość w zastosowaniach czujnikowych. Cechy te sprawiają, że piły nadają się do stosowania w telekomunikacji, czujnikach i innych zaawansowanych zastosowaniach technologicznych.
Filtr powierzchniowych fal akustycznych (SAW) działa na zasadzie selektywnego przepuszczania lub odbijania określonych częstotliwości fal akustycznych rozchodzących się wzdłuż podłoża piezoelektrycznego. Filtr składa się z metalowych elektrod ułożonych naprzemiennie na powierzchni podłoża. Gdy sygnał elektryczny zostanie przyłożony do elektrod wejściowych, generuje on powierzchniową falę akustyczną, która rozprzestrzenia się wzdłuż podłoża. Fala akustyczna oddziałuje ze strukturą elektrody, tworząc obszary konstruktywnych i destrukcyjnych zakłóceń, skutecznie odfiltrowując niepożądane częstotliwości. Dostosowując konstrukcję elektrody i właściwości podłoża, filtry SAW mogą osiągnąć wysoką selektywność, niskie tłumienie wtrąceniowe i precyzyjną charakterystykę częstotliwościową, co czyni je idealnymi do stosowania w telekomunikacji, przetwarzaniu sygnałów i systemach czujników, gdzie niezbędna jest precyzyjna kontrola częstotliwości.