基于声子晶体的兰姆波谐振器品质因数改善机制研究

针对兰姆波谐振器谐振频率在超过6 GHz时传输损耗高的问题,提出了一种基于具有明显带隙的声子晶体(PnC)阵列的锚杆,能有效提高薄膜铌酸锂兰姆波谐振器(LWR)的品质因数(Q),从而降低兰姆波滤波器的插入损耗。通过构建PnC结构有限元仿真模型研究了PnC结构的色散关系,采用PnC延迟线模型设计,研究了PnC阵列的传输特性,并通过建立谐振器性能的对比分析。结果表明,在谐振频率稳定的条件下,与传统均匀梁锚杆谐振器相比,PnC阵列锚杆谐振器的Q值提升了5倍。

微机电系统谐振器原子力显微镜探针设计与检测(英文)

为克服既有原子力显微镜(AFM)悬臂式探针的谐振频率难以超过3.5 MHz,Q值低、成像速度低及在液体中成像效果欠佳等缺点,设计并制作了一种基于微机电系统(MEMS)谐振器的I2形探针,并成功实现了成像实验。为更进一步提高I2形探针的力灵敏度,从结构设计和检测方法入手,对原有探针进行改进。设计了简单有效的电阻差分检测方法,成功去处了输入端与输出端的耦合现象;采用局部离子注入的方法,提高了压阻敏感的传输效率。实验结果显示,在输入信号相同的条件下,改进后探针的输出信号与原有探针相比,输出信号得到了明显提高。计算结果表明,采用新方法制作的探针可使力灵敏度提高10倍以上。

非完全覆盖双层微梁谐振器热弹性阻尼建模

热弹性阻尼是决定微机械谐振器品质因子上限的关键参数之一。以往热弹性阻尼解析解只适用于完全覆盖多层微梁结构。由于制造工艺和实际功能需求,非完全覆盖双层梁为代表的复杂结构形式更普遍。基于傅里叶传热定律,推导出非完全覆盖双层微梁谐振器热弹性阻尼的解析解。同时利用数值方法和实验验证了该解析解的有效性。并分析了镀层厚度、长度和位置对热弹性阻尼的影响。

基于MEMS方块谐振器的10MHz振荡器

方块谐振器的品质因数(Q)很高,但是插入损耗也很大。为了得到低相噪的微机电系统(MEMS)振荡器,需要进一步提高方块谐振器的Q值,降低谐振器的插入损耗。通过支撑梁位置的合理设计可以达到极小的锚点损耗,从而实现非常高的品质因数。采用二阶面切变模态方块谐振器的设计方法,表现出了很多的优越性:Q值更高,动态电阻更小(在间隙为0.25μm时达到82.1?)。基于这种新型谐振器设计出的振荡器实现的相位噪声为:–156 d Bc/Hz@1 k Hz。

基于MEMS谐振器硬件储备池计算的类脑信号处理方法

近年来兴起的人工神经网络由于具有较强的自学习适应性和并行信息处理能力,从而在信号处理领域显示出巨大潜力。储备池计算是一种由递归神经网络衍生而来的类脑神经形态计算范式,对随时间变化的连续信号具有非常好的分类和时序预测能力。本论文提出利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)梁谐振器的非线性响应特征,设计并搭建了两种储备池计算的拓扑架构。此外,面向雷达信号处理中信号预测、图像识别、雷达信号特征分类和提取等应用需求,针对性地选择了NARMA(Nonlinear Auto Regressive Moving Average Equation of Order)预测任务、MNIST(Mixed National Institute of Standards and Technology)-手写数字图像识别、LFM(Linear frequency modulated)脉冲波形识别与特征提取等测试任务对论文所提两种不同储备池计算架构进行试验验证。同时,实验结果也充分展示了基于非线性MEMS谐振器的储备池计算硬件系统在雷达信号预测、分类与特征提取等应用领域中的应用潜力。为复杂电磁环境下,雷达信号处理提供新的有力工具,也为MEMS传感技术与雷达信号处理技术的交叉融合进行积极探索。

I^2形原子力显微镜探针设计优化

针对基于微机电系统(MEMS)技术的I^2形原子力显微镜(AFM)探针与传统悬臂式探针相比,虽然有很多优点,但由于I^2形探针的压阻检测设计未考虑结构应变分布,导致检测灵敏度较悬臂式探针相比尚有一定差距的问题,通过对I^2形探针应变分布的考察,实现了探针结构优化设计。实验结果表明:在相同结构,相同输入前提下,改进后探针的力灵敏度达到28. 9p N/Hz^(1/2),较原有基础上提高10倍。通过进一步对检测电路的优化,力灵敏度有望满足商用需求(小于10p N/Hz^(1/2))。

哥氏耦合系统中的自发对称破缺

耦合系统在临界耦合状态下会出现强弱耦合状态的转变,意味着该处存在着相变现象,而这种相变目前还未被人观测到。首次在耦合系统中的锁相稳态中发现了临界耦合相变,并详细研究了其背后的自发对称破缺效应。以哥氏耦合的微机电谐振器为研究平台,理论分析了锁相稳态中的谐振频率变化规律,并通过实验观测到了谐振频率的自发对称破缺和二阶相变。该结论有望为微机电谐振器的调控提供新思路。