留得青山在,不怕没柴烧:什么叫做耦合模理论

耦合模理论是用来分析光纤中的模式变换问题的理论。
耦合模理论因其能正确、全面反映声表面波在压电材料上的传播特性，成为声表面波研究工作者的研究热点，在国际核心期刊上每年都有相当数量的耦合模理论研究成果发表，
自从1976年Suzuki、Haus等人将耦合模(COM)理论从光纤和微波应用中引入到声表面波领域后，该理论一直是国际核心期刊或会议中研究讨论的重要内容 由于均匀结构的叉指换能器的耦台模方程具有解析解，经过级联可获得整个不均匀结构的器件的P矩阵，因此80年代后期耦合模理论已成功地推广至分析Rayleigh波形式的单波导的反射阵、换能器以及多波导的耦合反射阵、单相单向换能器、纵向耦合谐振器和横向耦合谐振器、低插损滤波器的分析和设计中。在这期间，Wright口 和Abbott口 分别给出了耦台模参数随空间位置变化且包含传播损耗和带电极电阻形式的耦合模方程。与分析声表面波器件的等效电路模型和P矩阵模型相比．它们均考虑了SAW 器件的二阶效应，且拥有相同的数学基础，并统一于一阶耦合模微分方程中。
而COM模型在计算时间、模型参数确定等方面具有较明显的优势。90年代后，COM理论被应用于STW、LSAW、SH—SAW 等形式的滤波器分析和设计中。理论上，耦合模方程中的传播、反射、换能强度、换能相位和叉指电容等参数取决于额率、基片材料、电极材料和特定的换能器(反射栅)的尺寸，如：金属化率、金属化厚度和孔径长度。在上述器件中，SAW 的频率随着波速变化而产生所谓的频散现象，因此，此时耦合模方程与描述Rayleigh波的方程形式不同，主要表现在耦合系数(反射系数)要引入反射体波的影响 。
由于COM 理论是唯象的．仿真结果是否能够与实际相符取决于耦合模参数，因此cOM 参数的获取也是理论的重要研究内容之一 虽然所有的参数都可由实验获得，但完全依靠实验不但成本和时间耗费巨大，而且在实验中不可避免地受器件制作、测量过程中的噪声干扰而得到不合理的结果。因此研究从理论角度确定耦合模参数的方法是非常必要压电与声光的。最初采用摄动理论、表面阻抗法或分析物理机理获取参数Cz3．但不能以较高的精度包括所有物理效应，尤其是现代的RF滤波器金属化厚度有时超过波长的2O ，因此金属化的影响不能再简单地视为摄动．Datta—Hunsingr型边界条件不能精确描述叉指一基片表面的应力分布。而采用有艰元、Green函数、边界元或几种方法相结合可解决该问题，这种算法得到日本学者的推崇“] 尤其是随着个人计算机的速度和内存的提高，网格选取和计算时间不再是制约有限元法实用化的主要问题。最近．芬兰的Koskela利用谐波导纳法D (Harmonic Admittance)结合有限元法较好地提取了耦合模参数。
目前，利用耦合模理论分析的器件包括SAW谐振器以及单向、谐振式、横向耦合、阻抗元、陷波等类型的滤波器等．但较少用于ID-Tag器件的分析和设计