压电谐振器等效电路参数的测量

压电谐振器是测量压电材料性能的基本元件。该文基于微波网络理论和压电谐振器的特性,提出了一种利用网络分析仪和电容测试仪测量压电谐振器等效电路参数的方法,并推导出等效电路参数与谐振频率、反谐振频率和插入损耗的关系式。制作了3种压电谐振器样品,用网络分析仪和电容测试仪测量了这3种样品的性能参数,计算出压电谐振器的等效电路参数。最后用微波仿真软件仿真的等效电路传输曲线与实测曲线吻合,从而验证了该方法的有效性。与传统方法相比,该方法具有快速、简单的优点。

基于兰姆波压电谐振器的高频低相噪MEMS振荡器仿真研究

发达的现代通信设备对时钟源器件提出了更高的要求,在保障频率信号稳定的同时还需要器件具备可集成、微型化等特点,微机电系统(MEMS)振荡器因其具备这些优势,已逐渐替代传统振荡器,成为电子设备中信号源的常用元器件。该文设计了一种MEMS振荡器并对其进行仿真测试,该振荡器的核心选频器件由Lamb波压电谐振器组成,在应用于振荡电路前,对设计的MEMS谐振器进行了仿真测试,并提出两种优化其寄生模态的方法,所得谐振器的品质因数(Q)为1357.5,串联谐振频率为70.384 MHz。将优化后谐振器应用于振荡电路后,对振荡器输出信号和相位噪声进行测试,结果表明,MEMS振荡器的输出载波频率为70.58 MHz,相位噪声为-64.299 dBc/Hz@1 Hz及-144.209 dBc/Hz@10 kHz。

超薄硅衬底氮化铝Lamb波压电谐振器

针对Lamb波压电声波传感器高品质因数(Q值)、低检测极限(LOD)和易集成的性能要求,本文基于SOI(Siliconon-insulator)硅片,通过底层硅(Handling layer)干法刻蚀和中间层(Boxing layer)自截止的方法实现2μm超薄均一的硅衬底结构,然后沉积2μm厚具备高C轴择优取向的氮化铝(AlN)压电薄膜。传感器薄膜区域外设置双端增强反射栅结构用于提高Q值,从而有效降低器件的检测极限,并通过微量水分测试验证性能。该谐振器零阶反对称模式(A0)和零阶对称模式(S0)的谐振状态的实测结果和COMSOL二维模型仿真结果一致,所制作的Lamb波谐振器A0模式的主峰Q值为703,S0模式的主峰Q值为403。微量水分测试S0模式的检测极限优于A0模式,最低检测极限值为0.06%RH。结果表明,氮化铝超薄硅衬底Lamb波压电谐振器能够实现微量水分等高精度检测。

压电谐振器的分谐频振动与混沌行为

压电谐振器的分谐频振动与混沌行为张宇徐从元姜文华杜功焕（南京大学声学研究所，近代声学国家重点实验室南京·２１００９３）１引言最近我们应用激光探针技术［１］成功地观测了压电谐振器的分谐频振动和混沌行为。本文中，我们主要从理论上对共振态下的谐振器的非线性...

压电谐振器振动不均匀性的研究

压电谐振器振动不均匀性的研究徐从元毛一葳姜文华（南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京·２１００９３）１引言对压电谐振器已有过许多研究［１］，已经知道，某些晶体谐振器能工作在不同的振动模式。一般认为，通过仔细设计谐振器的形状可避免不同模式之间的...

压电谐振器特殊模态振动特性研究

针对压电谐振器振动特性分析的应用需求,构建了一种小型化、廉价的矢量分析系统。系统采用STM32控制4路DDS芯片产生驱动信号和矢量解析正交信号。通过向DDS芯片写频率控制字,对压电谐振器进行扫频驱动。同时采用STM32内置ADC,采样并计算获取各频率点压电谐振器输出信号的幅值和相位。通过提取压电谐振器两个特殊振动模态下的共振频率、品质因数(Q值)、输出信号相位等振动特性参数,获得驱动信号对这些参数的影响规律,系统分析了驱动信号对压电谐振器振动特性的影响,为压电谐振器的驱动、信号检测提供了有效的技术途径,实验结果为压电谐振器振动特性分析提供了依据。

提高压电谐振器工作频率的新途径

从分布式压电源声激发原理出发,分析了具有不同空间畴结构和激发方式的声激发问题;提出和证明了用上述晶体激发高频体声波的可能性,并导出用上述晶体做成高频、高转换效率的压电换能器的输入阻抗或导纳的解析表式,这种换能器工艺比较简单。

压电谐振器数字化闭环驱动电路

为使微机电系统(MEMS)压电谐振器工作在谐振频率点并使其输出信号幅值稳定,该文采用基于现场可编程门阵列(FPGA)数字化的双闭环控制算法来实现共振频率跟踪和稳幅激励,数字化双闭环控制算法包含锁相闭环算法和稳幅闭环算法;采用模数转换器(ADC)对压电谐振器输出信号采样,使用两路正交信号对被采样信号的相位和幅值解调;采用数字锁相环技术实现了压电谐振器谐振频率的跟踪激励。为减小压电谐振器在谐振处输出信号幅值的波动,采用数字稳幅技术实现了压电谐振器输出信号幅值的稳定控制。实验结果表明,电路能将驱动信号和输出信号相位差锁定在93.89°~95.95°,输出信号的幅值稳定在496~504 mV,达到了很好的谐振频率跟踪和稳幅效果。

方体压电谐振器共振频率电调谐技术

受环境因素的影响,压电谐振器的共振频率会发生漂移。调谐技术因采用特定的手段主动调节共振频率而得到广泛应用,但传统附加质量块、激光烧蚀等机械调谐技术费时费力,灵活性不好。针对方体压电谐振器该文提出了一种激励信号幅值调谐和直流调谐的电调谐方法,可精密调节谐振器的共振频率。设计了一种基于ZYNQ系列主控芯片的数字化测控电路,实现了振子扫频激励、输出信号的幅值相位检测,为激励信号幅值调谐和直流调谐提供了实验硬件平台。实验结果表明,激励信号幅值调谐的共振频率变化范围为347.850~348.000 kHz,直流调谐的调节范围为347.720~347.820 kHz。该技术为压电谐振器共振频率精密调节提供可靠的理论与实践途径。

压电晶体谐振器非线性厚度拉伸振动研究

基于压电理论的三维运动方程和边界条件,能够精确得到描述压电晶体板的振动。由于压电特性、各向异性及非线性,方程非常复杂,解析求解几乎不可能。考虑压电谐振器晶体板的结构特点,以一维无限大压电晶体板为研究对象,分析压电晶体谐振器非线性厚度拉伸振动。针对边界短路的非线性厚度拉伸振动,通过伽辽金法求解微分方程,得到振动振幅、晶体材料高阶弹性常数与非线性频率漂移之间的关系。并且利用解耦方法,通过振动幅值建立恒定电流与频率漂移之间的联系。

压电式微固体模态谐振器电荷放大器负载效应的研究

文中采用串联电阻的方法,解决了传统的阻抗分析仪很难满足共振激励需求的问题,研究一种具有特殊电压激励方式的压电式微固体模态谐振器等效电路。通过绘制压电谐振器的导纳圆图,分析并获得压电谐振器在共振频率附近的等效电路参数。通过比较有无电荷放大器作为负载接入压电谐振器的实验结果,发现带有电荷放大器的压电谐振器等效电路的谐振频率从346.119 k Hz降低至344.979 k Hz。得出结论:如果电荷放大器作用于压电谐振器负载端,应该关注它对谐振频率的影响。

基于氮化铝薄膜的二维模态谐振器双模结构设计与仿真

基于氮化铝(aluminum nitride,AlN)压电薄膜的二维模态谐振器(two-dimensional-mode resonators,2DMR)由于其较高的有效机电耦合系数k^(2)_(eff)及其与集成电路工艺兼容等优势,引起了业内广泛的关注。然而,传统的2DMR只研究单谐振模态,难以满足多模无线通信系统的需求。针对该问题,提出一种应用于5G new radio(5GNR)频段为2.6~3.4 GHz的二维模态(2DM)双模谐振器,通过合理设计电极宽度和电极周期,使得2个模态的品质因数Q和k^(2)_(eff)相当,实现了S1模态和高阶S1模态的有效激励。通过有限元方法研究分析了压电材料厚度及梳齿电极结构对2DMR双模谐振频率和k^(2)_(eff)的影响,S1模态谐振频率主要受压电材料厚度影响,高阶S1模态谐振频率在受压电材料厚度影响的同时还易受金属电极宽度影响。基于Al N压电薄膜中d_(33)和d_(31)压电系数的共同作用,所设计的2DMR中2个模态的k^(2)_(eff)分别达到3.1%和3.6%。随后,基于S1模态和高阶S1模态谐振处无杂散和高机电耦合性能,设计了含有50Ω阻抗匹配网络的双频带通滤波器,通过增加阶数提高器件的带外抑制。滤波器的2个传输频带相邻,无带内波纹且陡峭滚降,中心频率分别位于2.852和3.082 GHz,插入损耗分别为2.0和1.9 dB,分数带宽分别为29和39 MHz。研究结果说明了这种2DMR双模结构设计在射频前端极具应用潜力。

环形氮化铝压电MEMS谐振器的支撑结构设计研究

基于有限元仿真研究了方环和圆环形谐振器的静态位移点,并分析了支撑轴位置对谐振器性能的影响,提出了优化设计方案:对于方环形谐振器,在对角处设置双端侧向支撑以降低其锚点损耗;对于圆环形谐振器,采用单端侧向支撑以及三端底部支撑相结合的器件结构,在保证电学信号引出的同时,提升器件的品质因数Q。针对所设计的器件结构特征,设计了一种基于七步光刻工艺的微纳制程,并成功实现器件的高成品率制备。测试结果表明:前者的Q值和机电耦合系数k_(eff)^(2)分别为1707.4和0.98%,后者的Q值和k_(eff)^(2)分别为1844.7和1.58%。相比于四端支撑环形谐振器,优化设计的支撑结构使得器件Q值得到大幅提升。此外,还分析研究了不同表面电极材料对环形谐振器的性能影响。

片式压电陶瓷谐振器的研制

世界组装技术的新发展,要求元器件片式化,本课题就是研制片式压电陶瓷谐振器。是在插脚式配方的基础上,用Mg、Ca等离子取代Pb,并掺入Ce、Mn等杂质,以提高居里温度。采用气流粉碎法、热压烧结、厚度切变模及叠层封装结构,以利于稳定性和片式化。最终研制出频率精度高、温度特性好的片式压电陶瓷谐振器。

肝癌细胞黏附的压电石英谐振器实验研究

肿瘤细胞与细胞外基质(ECM)的粘附特性与肿瘤的侵袭转移密切相关,利用压电石英谐振器(QCR)实时监测HepG2肝癌细胞与ECM的黏附过程,得到频率变化(Δf)和耗散因子变化(ΔD)的响应曲线。结果表明,HepG2细胞在QCR表面经黏附、延展等行为,与ECM相互作用,此作用引起谐振晶体表面质量和粘弹性发生相应变化,Δf=(740±10)Hz,与此同时,ΔD≤5×10-5,可以认为未引起耗散因子变化,说明ECM具有刚性特征。

支撑轴宽度对兰姆波谐振器性能的影响

传统AlN压电薄膜的兰姆(Lamb)波谐振器为了减少声能侧向泄露,将支撑轴结构设置较窄导致器件机械稳定性不佳。本文研究分析了Lamb波谐振器的支撑轴结构宽度对器件性能的影响,对不同支撑轴结构宽度进行了有限元仿真,并采用AlN-MEMS工艺制备了工作频率在141 MHz的谐振器样品。测试结果显示,随着支撑轴结构的宽度从20μm增加到180μm,谐振器的有效机电耦合系数K^(2)_(e)从1.7%上升到2.2%,品质因数Q值从621下降到558,声能泄露较少,性能系数FOM值基本不变,表明采用宽支撑轴结构的Lamb波谐振器能兼具优良的机械稳定性及电学性能。

高频压电陶瓷谐振器的研制

介绍了试制高频压电陶瓷谐振器的方法。通过采用能陷振动模式 ,优化预烧及烧结温度和保温时间 ,并进行改性物质掺杂 ,制作出机械品质因数高、频率温度特性良好的高频压电陶瓷谐振器。

具有提高Q值退耦结构的MEMS谐振器研究

为了提高MEMS谐振器的品质因数(Q值),该文设计一个微型的具有能量退耦作用的外框作为支撑结构。所设计的Al N压电谐振器工作在30 MHz横向振动模态,其Q值可以达到4.3×10~4,对应的f·Q乘积为1.29×10^(12)。谐振器频率与外框的机械谐振频率比值约10:1,减小了谐振器到基底的能量耦合,从而降低能量损耗并提高谐振器Q值。通过理论和有限元分析并对谐振器的频率响应进行建模,两种方法的模型结果一致,说明了具有能量退耦外框的谐振器能降低锚点造成的能量损耗,从而有效地提高横向振动模态Al N压电谐振器的Q值。

片式高频压电陶瓷谐振器及其应用

简要介绍高频压电陶瓷谐振器的发展和应用，着重介绍2MHz-12MHz片式高频压电陶瓷谐振器制造技术。

片式高频压电陶瓷谐振器及其应用

简要介绍高频压电陶瓷谐振器的发展和应用,着重介绍2MHz～12MHz片式高频压电陶瓷谐振器制造技术.