高灵敏度声表面波温度传感器设计及制造

针对无线无源声表面波温度传感器灵敏度差的问题,设计制作了一款中心频率为434.8 MHz的谐振式声表面波温度传感器。基于声表面波温度传感器的工作原理,以Y-X切型石英材料为衬底,设计了传感器芯片结构及工艺制备流程,通过圆片级丝网印刷方式涂覆吸声油墨降低旁瓣信号,有效提高了传感器的测试灵敏度和精准度。最后,对封装完的传感器性能进行研究分析,结果表明,通过对温度传感器结构及工艺优化,研制出的中心频率为434.8 MHz的谐振式声表面波温度传感器灵敏度达到 9.18 kHz/℃,非线性度达到0.003% FS,满足温度传感器的应用要求。

基于CIDT的声表面波标签防碰撞编码设计

在分析相关叉指换能器的防碰撞原理基础上,通过相关函数,以编码的自相关、互相关特性为指标,基于伪随机码Gold序列与Walsh序列搜索获得了两组各包含8个序列的相位编码。建立了相关叉指换能器的δ函数模型以仿真其传递函数,对采用两组相位编码的相关叉指换能器的声表面波响应信号进行了分析。研究表明,基于Walsh序列编码的相关叉指换能器具有更好的防碰撞性能,与自相关相比,编码的互相关对防碰撞性能起着更关键的作用。

基于COMSOL的声表面波标签仿真

以有限元法为基础,利用有限元软件COMSOL对声表面波标签进行仿真。声表面波标签的基片材料为铌酸锂压电单晶,叉指换能器与反射栅采用金属铝电极。通过频率特性仿真,提取了标签的谐振频率和反谐振频率,分析了叉指换能器金属电极对谐振频率的影响,获得了标签的幅频特性曲线。通过回波特性仿真,研究了不同反射栅编码对应的回波脉冲,分析了反射栅金属电极对回波脉冲的影响。

声表面波标签的仿真与实验研究

利用有限元软件COMSOL对声表面波标签进行了仿真,并实际制作标签进行了测试。标签的仿真包括特征频率仿真、叉指换能器激发效率仿真、回波特性仿真3个方面。通过网络分析仪对设计制作的3组标签进行了测试,实验结果表明:标签特征频率符合设计要求,叉指换能器孔径增大会提高其激发声表面波的效率,通过对回波脉冲幅值的判别可以实现对标签编码的识别。上述测试结果与仿真分析结果基本一致,表明了仿真研究的正确性。最后还将标签焊接在印刷偶极子天线板上组成标签系统并对该系统进行了无线测试,验证了声表面波标签的可用性。

基于COMSOL的声表面波器件仿真

声表面波器件在通信、传感、射频识别等领域有着广泛的应用.以有限元方法为基础,利用有限元软件COMSOL对声表面波器件进行了仿真.从器件的模型建立入手,按由浅入深的顺序对无电极压电基片、压电基片表面沉积叉指换能器、叉指换能器表面溅射薄膜、薄膜上负载液体的4种结构进行了仿真分析.仿真研究表明:叉指换能器的电极效应会产生正、反特征频率,并且两种频率都随着叉指电极的敷金比与高度增加而向低频偏移;薄膜厚度的增加同样会导致器件频率向低频变化;当器件负载液体用于液体密度检测时,可通过器件频率变化对液体密度的灵敏程度来对薄膜厚度进行优化.其研究结果可以为声表面波器件的设计制作提供依据.

声表面波标签的设计、制作和测试

与IC标签相比,声表面波标签有其独特的优势。在仿真研究的基础上,对声表面波标签进行了设计、制作和测试。标签设计主要体现在压电基片材料选择、叉指换能器设计、反射栅设计3个方面;实际制作了6组结构各不相同的标签并进行了封装;通过网络分析仪对设计制作的标签进行了测试,包括特征频率测试、反射栅编码测试、叉指换能器激发效率测试3个部分。测试结果表明,标签特征频率与设计要求一致;通过对回波脉冲幅值的判别可实现对标签编码的识别;叉指换能器对数增多和孔径增大都会增加其激发效率。

基于声表面波技术实现微流体数字化

微流体的数字化是压电微流控芯片进行微流分析的前提,提出了采用声表面波(SAW)实现微流体数字化的方法。在128°YX-LiNbO3基片上研制了中心频率为27.7 MHz的叉指换能器,在压电基片上方固定一细针,它经由Teflon软管与注射泵相连,注射泵提供恒定流量的微流体到达细针孔端并聚集,当聚集的微流体高度达到细针孔端与压电基片间距时,叉指换能器激发的声表面波驱动微流体实现微流体数字化。提出了计算细针孔端与压电基片间距的方法和微流体实现数字化的条件。以水为实验对象进行数字化实验,结果表明,声表面波作用下能实现微流体数字化,为压电微流控芯片提供了一种新的微流体引入方法。

声表面波相关叉指换能器的半物理仿真

为方便、灵活地研究相关叉指换能器实物的相关性能,提出了一种基于ADS软件的可对声表面波相关叉指换能器性能进行验证的半物理仿真方法。该方法利用实际器件实测的S参数,在ADS中构建其物理抽象模型,并通过虚拟构建激励信号产生电路,利用ADS瞬态仿真功能,研究实际器件在不同激励信号下的响应,由此分析相关叉指换能器的相关性能。将半物理仿真结果分别与MATLAB理论仿真及阅读器实验结果进行对比,验证了该方法的可行性。

声表面波射频识别技术及其发展

声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)是沿物体表面传播的、能量集中于表面附近的一种弹性波。基于SAW技术实现的射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是应用现代电子学、声学、微电子工艺技术和雷达信号处理技术等的新成就,具有纯无源,阅读距离大,制造成本低,可在高温差、强电磁干扰等恶劣环境下工作等特点,可应用于交通运输、工农业生产制造及监测等各个领域。它是基于集成电路芯片RFID的重要技术补充,逐渐受到了业界的广泛关注。文中基于SAW-RFID的工作原理介绍了SAW-RFID的特点及优势,分析讨论了SAW标签的编码方式、发展状况及关键技术问题等。

基于SAW技术的压力传感器设计研究

将声表面波(SAW)传感原理引入无源无线压力传感器设计,以新型材料硅酸镓镧作为压电基片材料,将2个反射栅的相位差作为压力传感器的输出信号,从而部分消除了环境温度变化带来的影响.设计较高的声表器件中心频率(433.92 MHz附近),从而提高了传感器的灵敏度.叉指换能器(IDT)的叉指对数设计既满足抑制旁瓣的要求,又满足声表面波激发能量的要求.对SAW压力传感器件的结构进行理论分析,采用计算机软件进行了建模和仿真.实验结果表明:以新型材料作为基片,以相位差作为输出信号,以433.92 MHz作为中心频率,并选择合适的叉指对数设计的压力传感器具有温度性能好、灵敏度高、测量误差小和压力相位差特性好的优点.

基于延迟线理论的无源声表面波气体传感器

针对单输入、单输出及双输入、双输出换能器构成的声表面波(SAW)气体传感器存在的缺陷,研究一种无线无源、温度可测的气体传感器。基于声表面波的延迟线理论,利用叉指换能器的转换能量原理,对叉指换能器及反射器进行合理布局,并使3个反射器之间互为参考反射器,获得一种新型的声表面波气体传感器。该设计减少了传感器中信号间及环境温度等因素对测量的干扰,提高了传感器的灵敏度和测量准确度。该传感器具有结构简单、无线无源等特点,适合在不宜接触的复杂工程环境下工作。

基于声表面波纸基微流器件研究

研制了压电基片上能实现样品前处理的纸基微流器件。在128°YX-LiNbO3基片上制作了1个叉指换能器和1个反射栅;亲水性纸用来制作微流器件的微通道,浸有指示剂滤纸作为微反应器,一同粘附于透明胶带上,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)贴合于压电基片上。叉指换能器激发的声表面波驱动压电基片上的样品,使其输运到纸基微通道,并在纸基微反应器进行微流分析。在研制的纸基微流器件上实现了NO2-浓度的快速检测。

应用导纳参量分析声表面波滤波器的响应

通过数学推导和图解表明:短路策动点导纳对声表面波滤波器有着对应的物理意义,用传输线模型可对分裂指换能器的特性进行精确的描述和设计。

SAW滤波器的可靠性分析及其测试研究

通过敏感度理论分析、计算机仿真和实验测试对声表面波(SAW)滤波器的可靠性问题进行了研究,其中重点讨论了叉指换能器(IDT)发生氧化腐蚀对SAW滤波器频率特性的影响,最后初步探讨了提高SAW滤波器可靠性的技术途径。

准一维电子通道中声电电流的实验研究

在甚低温(0.236K)下,通过实验研究了叉指换能器的频率特性以及准一维电子通道中不同源漏电流与分裂门负电位的关系,获得了分裂门的钳断电压.经观察表面声波搬运电子通过准一维电子通道的声电电流发现,声电电流可随分裂门负偏压的变化而发生振荡,作者用库仑阻塞理论对这一现象作了解释.

SAW倒相/色散换能器宽带信号产生与处理研究

报道了一种基于声表面波(SAW)技术实现的宽带信号产生与处理器件。器件创新性地采用倒相叉指换能器(PRT)与色散叉指换能器(DIDT)声直耦合结构,实现了器件25%超大相对带宽下的高压缩主副瓣比(35dB)和满足系统使用要求的插入损耗(34dB)等性能指标。

声表面波器件的反射特性及性能

为了准确分析反射型声表面波器件参数对其性能的影响,基于耦合模理论和P矩阵方法建立了器件的耦合模模型,分析得到器件的电反射特性即反射系数S11曲线,并在128°Y-X Li Nb O3压电基片试制了频率为90 MHz的多种参数的器件,分析与测试结果表明:单个叉指换能器器件的S11中心频率为91.26 MHz,幅值为-20.58 d B,与理论分析结果 91.44 MHz和-19.21 d B相近;带有反射栅的器件比单个叉指换能器件在中心频率处S11幅值增大约8.5 d B,谐振峰增多,时域曲线有明显的反射峰信号,验证了反射栅的反射特性;叉指换能器叉指对数减小使器件中心频率处的S11幅值减小,时域中的回波信号更尖锐,信噪比明显增大,表明对数较多的IDT具有较强的反射特性,对回波信号干扰较大,过小的叉指对数对器件声电转换效率影响很大,会使器件性能下降;较大的反射栅指条数对回波信号影响不大,但过小的指条数会降低反射栅反射系数,使得回波信号信噪比减小,纹波增多。

AIN/128°Y-X LiNbO_3层结构的声表面波特性研究

本文对A1N/128°Y-X LiNbO_3层结构的声表面波特性进行了研究。得到此层结构在较小的A1N膜厚时,不但具有延时温度系数(TCD)为零的特性;而且,在零TCD时,有高的机电耦合系数(k)及良好的频响特性。

声表面波延迟线的优化设计

在现代雷达和通信系统中,声表面波延迟线是应用非常广泛的器件,与此同时,对该器件的技术要求也越发严格,以至于常规的声表面波延迟线很难满足。介绍了4种声表面波延迟线的优化设计方法,克服了传统延迟线受器件尺寸和基片材料长度、相对带宽及多路延迟的限制,满足了雷达、通信等电子设备中对电信号的长延迟需求,为声表面波延迟线设计提供了参考。