SAW滤波器功率容量研究

为了提高声表面波(SAW)滤波器的使用寿命和设计效率,有必要研究谐振单元对滤波器功率耐受力的影响。首先通过FEM有限元软件搭建由Al电极、42°Y-X LiTaO_(3)压电材料薄膜和SiO_(2)/Poly-Si/Si衬底构成的谐振器模型,并分析IDT、声孔径、半周期对其阻抗的影响。同时,提出了一种谐振器功率测试方法,该方法可以计算出谐振器的各个频点下加载功率随输入功率的变化。为了验证功率测试方法的可靠性,对采用3030C封装的B41(2515~2675 MHz)滤波器进行功率测试,结果显示在输入功率为23 dBm时,滤波器被烧毁,与仿真数据一致。最后结合电容公式和仿真数据证实了谐振器的面积变化会改变滤波器的电容比,进而影响滤波器的散热,因此可以通过改变SAW滤波器各支路串并联结构以及各谐振器叉指对数、孔径、半周期,来提高滤波器功率耐受性。

基于软件无线电方案无线无源SAW温度阅读器设计

目前谐振型声表面波(SAW)阅读器射频电路大多采取分立器件设计,针对系统整体工作频段受限,硬件设计繁琐的问题,该文提出了一种软件无线电方案。软件无线电系统主体由ZYNQ和AD9361组成,射频收发端口添加LNA、PA进行信号功率放大,使用射频开关隔离收发。通过发射步进频率5 kHz、带宽1 MHz扫频信号,并对回波进行频谱分析求取最大值,最终得到谐振频率。针对SAW传感器回波持续时间较短而导致FFT计算分辨率的不足,使用重复采集增加数据长度,将阅读器的分辨率提高到468.75 Hz。实验结果表明,该阅读器能够正确探测传感器温度变化。

高频低温漂TC-SAW滤波器的设计

该文设计了一款温度补偿型声表面波(TC-SAW)滤波器,建立了弹性材料及压电材料温度方程,对滤波器的温度场进行仿真分析。通过在压电材料(128°YX-LiNbO3)上沉积SiO2作为温度补偿层,降低了滤波器的频率温度系数。为了解决在沉积SiO2温度补偿层后,谐振器的反谐振频率处出现杂散响应,通过增加电极厚度,降低了谐振器杂散响应对滤波器性能的影响。采用四阶级联提高滤波器的带外抑制。仿真结果表明,设计的TC-SAW滤波器中心频率为2497 MHz,频率温度系数为-9.89×10^(-6)/℃,-30~85℃工作温度范围内的带内最大插损为1.95 dB,带外抑制大于30 dB,-3 dB损耗带宽大于97 MHz。

改进型3IDT-LCR结构的低损耗小矩形系数SAW滤波器

通过理论仿真,该文研制了一种改进型的3IDT-LCR结构,并基于该结构在42°Y-X LiTaO_(3)压电基片上研制出一种低损耗、小矩形系数的SAW滤波器。滤波器标称频率为253.75 MHz,实测插入损耗1.05 dB,低端带外抑制接近80 dB,高端带外抑制接近65 dB,-1 dB带宽10.52 MHz,-3 dB带宽12.54 MHz,-40 dB带宽16.68 MHz,矩形系数1.33。实测结果表明,该改进型3IDT-LCR结构的SAW滤波器具备低插入损耗、小矩形系数和高带外抑制的特点。

Middle range wireless power transfer systems with multiple resonators

The equivalent two-port network model of a middle range wireless power transfer(WPT) system was presented based on strongly coupled multiple resonators. The key parameters of the WPT system include self-inductance, resistance, parasitic capacitance, mutual inductance and S-parameters of coils & resonators were analyzed. The impedance matching method was used to optimize load power and transmission efficiency of the multi-resonator WPT system, and the impedance matching method was realized through adjusting the distances between the coils and resonators. Experiments show that the impedance matching method can effectively improve load power and transmission efficiency for middle range wireless power transfer systems with multiple resonators, at distances up to 3 times the coil radius with efficiency more than 70% and load power also close to 3.5 W.

基于谐振型SAW传感器的呼吸检测系统设计

人呼吸中VOCs的种类及含量与人的身体状况有关,对其的检测可用于疾病的诊断。本研究利用谐振型声表面波传感器,开发出一套可用于对人呼吸中VOCs进行检测的系统。本文首先介绍了该系统的组成及原理,并对系统的关键环节进行了测试。在此基础上,系统对多组测试样本进行了实验,实验结果初步表明,本系统可对×10-9(ppb)级的VOCs测试样本进行直接检测,已经具备对人呼吸中VOCs的检测条件。

谐振型SAW无线无源传感器的测试系统研究

采用一种低成本、高效率的电路系统实现对谐振型无线无源声表面波(SAW)传感器的测试。该电路利用直接数字频率合成(DDS)技术产生不同频率的射频信号用以激励SAW传感器。在接收端采用功率探测器检测回波信号的包络,通过包络的变化得到待测物理化学参量的变化。该测试系统产生的激励信号功率最高可达10dBm,测试时间约为0.5s,与矢网测试结果相比,其测试相对误差仅为0.002 4%。实验结果表明,该系统能够稳定、可靠地实现谐振型SAW传感器的快速检测。

谐振式SAW压力传感器敏感元件研究与设计

量程和温度特性是传感器的两个主要指标,SAW压力传感器的量程由基片材料的结构尺寸决定,温度效应一般采用双端对谐振器来消除,目前关于两个谐振器的位置确定还没有一个确定的方法。通过力学分析得出了圆形石英膜片的半径、厚度、和最大载荷的关系;对石英圆形膜片的应力应变关系进行了有限元数值计算,得出了正负应力在圆形石英膜片的分界点,为设计SAW谐振式压力传感器的物理结构和合理的安排谐振器的位置提供了依据。

具有片上电感的改进型梯形声表面波滤波器

针对小体积声表面波(SAW)滤波器性能受封装影响较大的问题,提出了一种新型SAW梯形滤波器电路拓扑结构。通过分析滤波器高频受封装影响造成的远端抑制上翘的现象,从电路结构出发,改变版图设计,实现了片上电感。采用传统梯形滤波器结构和利用纵向耦合双模谐振器型滤波器(DMS)特殊接地结构相结合的电路拓扑结构,有助于提高带外抑制和设计灵活性。在标准的42°Y-X钽酸锂(LiTaO_(3))基板上制作滤波器,通过仿真分析得到中心频率2580 MHz、带宽50 MHz、插入损耗小于2.5 dB的高阶梯形射频SAW滤波器的最优拓扑结构。测试结果表明,通过改变电路拓扑结构关键参数和引入新的传输零点,可改善在高频段内的带外抑制特性。

无线通信用SAW滤波器的分析与设计

针对声表面波滤波器基本理论及其频域传输函数,应用电网络分析与综合理论作出等效电路,并对梯型结构声表面波滤波器中单端对谐振器的特性进行了分析。根据理论分析设计出单端对谐振器,运用该结构设计了无线通信系统中移动电话用声表面波滤波器,并给出了设计结果。

编码式谐振SAW无源无线温度传感阵列系统

提出了一种新型编码式谐振声表面波无源无线温度传感系统。该传感系统采用间歇正弦脉冲串信号作为无线激励信号 ,而经谐振式声表面波器件延迟后的反射波是一瞬时变化的振荡波形 ,该反射信号的频率与声表面波器件固有频率相关。温度改变 ,其反射信号的频率也发生变化。该传感阵列系统利用不同延迟线构成编码器 ,可实现大规模的传感器构造。该方法不仅有谐振式无源无线传感器距离远的优点 ,而且 ,还具有延迟型大规模编码的优点。

面向电网应用的SAW温度传感器设计

针对谐振型声表面波(SAW)传感器,研究了3种不同窗函数加权对SAW传感器谐振响应副瓣抑制的影响,仿真结果表明,凯瑟尔窗在旁瓣抑制上性能最优,阻带最小衰减达-120.2dB。同时制备了以LST切型石英为基片材料,凯瑟尔窗为加权函数的SAW温度传感器。测试和应用试验表明,所设计的传感器性能具有良好的一致性、温度频率特性和旁瓣抑制能力,能较好满足面向电网温度状态监测的应用。

以Li_2B_4O_7为基片150MHzSAWF的设计与研制

介绍了以Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７为基片，１５０ＭＨｚ声表面波窄带滤波器的设计与制作。在设计中采用了波导耦合谐振器的结构形式，按新研究的光刻腐蚀方法［１］，成功地制作出了１５０ＭＨｚ的窄带滤波器。验证了波导耦合谐振滤波的理论．证实了Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７确实是较好的声表面波基片材料。

无源无线SAW传感信号检测原理与实现

介绍了无源无线声表面波谐振器的虚拟仪器遥测系统 ,给出了仪器系统的硬件框图、传感信号的模型假设以及传感信号的检测、估计算法 ,并通过实验数据验证了该算法运用的正确性。仪器系统是采用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW构建的 ,它提供了强大的仪器控制、数据采集、信号处理功能 ,并能生成可独立运行的可执行程序 ,为仪器的实用化、商品化提供了保证。

MEMS-SAW陀螺仪研究

采用耦合模(COM)理论对声表面波(SAW)谐振器进行数字模拟,并采用梅森(Mason)正交场模型对陀螺仪和传感器进行模拟设计,最后对SAW谐振器和SAW传感器进行实验评价。这种陀螺仪具有额外的能力,可以作为无线陀螺仪和集成在SAW加速度传感器上。

基于DSP的SAW温度检测系统的设计

介绍了基于谐振器型声表面波（SAW）传感器的温度检测系统的工作原理及组成结构,详细说明了系统中读写器设计过程中的关键技术,重点说明了读写器中射频前端电路的设计,包括锁相环（PLL）频率合成器模块、发射电路和接收电路的硬件设计,同时给出了数字信号处理（DSP）基带主控模块的设计框图和工作流程。对传感器在0~100℃的环境下测试数据进行了详细分析,测量温度的精度可达±1℃,在良好电磁环境下,最大测温距离可达5m。

基于DDC的SAW回波信号频率提取方法

SAW测量中,所要处理的回波信号具有瞬时、中频、窄带的特点,传统的FFT频谱分析法的频率分辨力受信号采样长度的制约,无法满足SAW测量的精度要求。基于SAW谐振器工作原理及信号特点,采用数字下变频技术降低回波信号频率,并以曲线拟合的方法提取信号频率;通过对比不同的谐振频率提取方法的处理结果,进一步验证了该方法的有效性。

考虑封装的SAW谐振式传感器仿真研究

针对小体积射频声表面波(SAW)传感器性能受封装影响大的问题,该文提出了耦合模(COM)模型与三维电磁分析结合的仿真方法。利用COM模型计算出芯片的单端口S参数;使用三维电磁场仿真软件HFSS对表面贴装的陶瓷封装结构进行建模,仿真计算出封装的S参数;对芯片及封装结构S参数在电路仿真软件ADS中进行结合,得出考虑封装的SAW谐振式传感器仿真结果。实验制作了工作在428.5 MHz的SAW单端谐振传感器,采用该文所述方法仿真的理论结果与实验测量结果更接近,验证了上述方法的可行性。

一种基于奇异值分解的SAW传感器频率估计算法

在声表面波(SAW)谐振式无线传感器的频率估计中,该文提出了一种奇异值分解(SVD)与快速傅里叶变换(FFT)相结合的频率估计算法。首先采用重复采样的方法对无线SAW谐振器回波信号进行提取,然后在FFT之前利用SVD法去除回波信号中的白噪声,最后通过高斯曲线拟合法对FFT算出的频率进行校正。运用该算法得到的频率均方误差为1.53×103,而直接用FFT算法均方误差为2.38×10~3,均方误差减小了55%。可见,利用该SVD与FFT相结合的频率估计算法在准确度、稳定性方面都有很大改善,且该算法操作简单,易于实现。

Terfenol-D/SAW谐振器/Terfenol-D复合磁传感器

设计了一种由超磁致伸缩材料Terfenol-D和SAW谐振器构成的复合磁传感器,在磁场作用下,Terfenol-D沿长度方向伸缩,并将应力应变传递至SAW谐振器,使其产生应变,造成谐振频率改变,通过测量SAW谐振器谐振频率的变化来测量磁场强度。分析了该磁传感器的传感原理,建立了该复合磁传感器的静态模型,对弹性敏感元件进行了受力分析,根据压磁方程和受力平衡得到该磁传感器的静态特性。实验结果表明:该复合磁传感器灵敏度可达341.6Hz/Oe,较Terfenol-D/SAW谐振器结构灵敏度提高了3倍;测量谐振频率的分辨率为1Hz,SAW谐振器频率稳定度为0.1×10-6时,该磁传感器对磁场的分辨率为10-6T。