采用基片集成波导技术的毫米波MEMS环行器

设计并制备了一款毫米波的微机电系统(MEMS)环行器。该毫米波MEMS环行器芯片采用高阻硅作为衬底,利用基片集成波导(SIW)技术,基于硅基MEMS工艺,采用低损耗金属化技术,实现了硅通孔金属化的制备。采用三维电磁仿真软件进行模拟,设计了该毫米波MEMS环行器的结构以及SIW与微带线的过渡匹配,并在此基础上优化设计了一套通用的制备毫米波MEMS环行器的工艺流程。并对制备的毫米波MEMS环行器进行了性能测试。结果表明,该环行器的频率范围为24~28 GHz,频带内插入损耗≤0.5 dB,隔离度≥17 dB,尺寸仅为5 mm×5 mm×2.5 mm,能够满足大部分应用需求。

河北冬季一次冷锋降雪云系微物理演变特征综合观测分析研究

利用河北省中南部地区皇寺国家观测站布设的毫米波云雷达、微雨雷达结合飞机等联合观测数据,对2019年2月14日河北中南部地区一次冷锋降雪云系微物理演变特征进行分析,探讨雷达回波与冰雪晶粒子微结构的关系,以便更好地认识该地区自然降雪的宏微观结构特征。研究结果表明:降雪初生阶段表现为双层云结构,中云云顶高约4100 m,云底高约3600 m,低云云顶高约3100 m,云底高约200 m,中间存在一干层,3000 m以下高度粒子增长以凇附过程为主。降雪发展阶段上下两层云相接,雷达回波强度较强的时段地面降水量也较大,该时段降雪过程主要以凝华-聚并增长为主。降雪后期回波强度最大值减小,云顶高降低,3000 m以下高度范围内回波强度、多普勒速度、谱宽随高度降低呈增大趋势;飞机观测结果显示,降雪消散阶段逆温层底部由于水云云层较薄,催化潜力较小,冰雪晶粒子主要位于云的中上部,随着高度降低,冰雪晶粒子在下落过程中增大,与雷达观测结果一致,毫米波云雷达和微雨雷达反射率因子随高度变化与降水粒子有效粒径之间相关系数分别为0.89和0.83,雷达反射率因子主要受冰雪晶等大尺度粒子主导。

120 MeV电子直线加速器在线自动老练系统研制

为保证电子直线加速器的性能和稳定运行,需对高功率微波加速结构进行老练。针对微波系统老练效率低、时间长和实验人员工作强度大等问题,研制了基于EPICS和SNL的在线自动老练系统,系统基于现有控制系统结构开发,提高了老练效率,缩短了约25%的老练时间,同时减少了工作人员操作设备的工作强度,为后续加速器顺利出束并达到设计指标打下良好的基础。

声表面波MEMS器件的设计和制作工艺

为了探索声表面波器件制作工艺,在压电器件工作原理的基础上,通过设计声表面波器件的工作频率、叉指宽度、间隙及对数等器件参数,绘制了掩模板,对制作的声表面波器件进行测试,制作了不同叉指对数、孔径长度、中心距离的电极.实验结果表明:以石英为基底,使用EPG533型光刻胶在前烘温度为105℃,曝光时间为8s,显影时间为50s时获得了较理想电极图形和稳定的实验参数.

340GHz太赫兹返波振荡器

介绍太赫兹返波振荡器的发展,重点对340 GHz返波振荡器的设计、模拟和微细加工等研究工作进行了详细介绍。采用平行流电子枪、均匀永磁聚焦系统和折叠波导慢波结构来实现340 GHz返波振荡器,计算和模拟结果表明,当调谐电压14 kV^16.2 kV,工作电流8 mA时,在337 GHz^347 GHz的频率范围内可得到10 mW输出功率。高频结构加工采用UV LIGA技术,已经加工出高频结构样品,并对真空环境应用做了研究,以保证较小的表面粗糙度,减小高频率情况下的射频损耗。

近太赫兹频段线性注真空器件的研究

介绍了太赫兹频段真空电子器件的研究和开发进展,包括慢波结构理论、设计、模拟及优化,微加工和微组装技术,整管技术等。这些器件包括行波管、返波管、斜注管、止带振荡器及行波管谐波放大器等,高频结构以折叠波导慢波结构为主,在太赫兹返波管中则利用叶片加载波导慢波结构。器件技术包括微机电系统(MEMS)技术,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石生长、金属化和封接技术等。最后给出W波段、G波段以及340 GHz部件和器件所达到的性能。

MEMS毫米波滤波器的设计与制作

开展了一种基于MEMS工艺的毫米波带通滤波器结构设计和工艺实现,该滤波器结构采用高阻硅作为衬底材料的薄膜支撑结构,选用平行耦合滤波器形式,使用HFSS分析软件对该结构进行了模拟仿真。设计了中心频率为35.0GHz、带内损耗为2.2dB、30dB抑制带宽为2.2GHz的MEMS毫米波滤波器。给出了一套能降低毫米波损耗的MEMS毫米波带通滤波器工艺流程方案,并针对该工艺流程方案进行了关键参数的工艺误差仿真,实现了MEMS毫米波滤波器的工艺制作和测试。测试结果表明,获得的毫米波滤波器的测试结果与仿真结果比较接近。

硅基双层SIW结构毫米波MEMS滤波器

基于MEMS工艺设计并制作了一种小型化毫米波滤波器,该滤波器采用硅基双层SIW的结构形式。理论分析计算了滤波器的结构参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率f0为31.2 GHz、插入损耗为1.1 dB、1 dB带宽大于1 GHz、中心频率f0±3 GHz处抑制大于40 dB、芯片尺寸为4.6 mm×3.1 mm×0.8 mm的MEMS毫米波滤波器。给出了一套基于MEMS工艺的双层SIW结构毫米波MEMS滤波器的制作流程,实现了硅基双层SIW结构毫米波MEMS滤波器的工艺制作及测试。测试结果表明,获得的MEMS毫米波滤波器的测试结果与仿真结果基本一致。

基于ANFIS的微波炉温度控制

针对微波炉温度对象的不确定性,提出了用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对微波炉温度进行自适应控制的自适应神经模糊控制器。通过对ANFIS的训练及检验,结果表明,该自适应神经模糊控制器具有较高的控制精度,控制效果较好。

基于声表面波技术实现数字微流体多基片间输运

建立了声表面波实现多基片间输运微流体的新方法。由3个1280YX-LiNbO3压电基片组成,一个基片为接口基片,另两个为工作基片,每个基片光刻一个中心频率为27.5 MHz叉指换能器和一个反射栅。采用微量进样器将待输运的数字微流体进样到工作基片2,调节接口基片使得其与工作基片2位于同一高度,并使其间隙尽可能小,在工作基片2的叉指换能器上施加声同步频率经放大后的RF信号,激发声表面波,驱动数字微流体到达接口基片。再采用类似方法将接口基片中数字微流体输运到工作基片1,完成两个工作基片间的输运。实现了不同工作基片上的数字微流体的混合及化学反应。

薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性

研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(Al N)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿Al N的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下Al N弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到:惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数k Hz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。

压电MEMS兰姆波器件技术的最新进展与展望

兰姆波谐振器(LWR)作为一种新兴的压电微机电系统(MEMS)声学器件,同时具有高工作频率、高机电耦合系数、高品质因数值及低功耗等特点,其制造工艺与集成电路工艺兼容,可在单片晶圆上实现多频率器件。基于LWR的声学滤波器是实现高性能射频前端组件的有效解决方案之一,能够满足未来通信设备多频率及集成化的发展要求,其相关研究已成为微声器件领域的热点。该文简要介绍了兰姆波的基本原理,综述了近年来基于氮化铝(AlN)薄膜和铌酸锂薄膜(LNOI)的压电MEMS兰姆波器件研究取得的最新成果,并讨论了压电MEMS兰姆波器件的发展趋势。

PLC在化工污水处理系统中的应用

采用Control Wave MICRO PLC自动控制系统实现了化工生产污水处理的自动控制功能,对流量、液位等参数实现检测与控制。经污水处理系统处理的污水达到了排放标准。

微波干涉测量技术及其在桥梁变形观测中的应用

将步进频率连续波技术和干涉测量技术相结合而构成的地面微波干涉雷达系统GB-radar,可用于获取高精度、高分辨率的变形信息,以实现对地面目标的静动态高精度监测。本文介绍了基于该技术的IBIS-S系统在桥梁变形观测中的应用,分析了测量误差,通过实例验证了地面微波干涉雷达技术可以精细地测量桥梁挠度的动态变化,精度高,可以真实地反映结构物的动力特性。

基于微动敏感床垫式睡眠监测系统的心率检测

在睡眠监测系统中,心率检测是实现其功能的重要参数之一。本文针对新一代微动敏感床垫式睡眠监测系统提出了一种直接从床垫上获取心率的算法。该算法首先对床垫系统所得信号预处理,即滤波和体动判别,然后利用信息融合筛选最优信号来判断心跳特征点。和脉搏波心率对比结果表明,本算法所得床垫心率可以正确反映被测者平静状态下的心动周期和整晚心率变化趋势,为实现无负荷睡眠监测打下基础。

行波式压电微电机的等效电路特性

本文通过对行波式压电微电机原理性的分析，并结合质点运动学基础理论，研究了压电微电机换能理论，建立了电机等效电路。该方法将为深入研究压电微电机的力矩、功率、以及效率提供有力的理论基础。

基于自适应神经模糊推理系统的微波炉温度控制

针对微波炉温度对象的不确定性,作者提出了用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对微波炉温度进行自适应控制的自适应神经模糊控制器。对ANFIS训练及检验的结果表明,该自适应神经模糊控制器具有较高的控制精度,控制效果较好。

铜基空气微同轴工艺技术

铜基空气微同轴传输线是由悬空的中心内导体、将其包围的接地外导体和周期性介质支撑结构组成。与传统的平面微带器件相比,基于微同轴工艺研制的毫米波器件具有宽频带、高隔离度、低损耗、高功率容量等特点,同时又保留了平面微带器件集成度高等优势。系统地研究了铜基空气微同轴结构及制备工艺,并利用该工艺制备了W波段微同轴传输线和功率合成器。样件测试结果显示,基于微同轴技术的射频器件在高频下表现出可以与波导结构制作的器件相比拟的插入损耗和合成效率,在110 GHz处实测的传输线插入损耗≤0.045 dB/mm,功率合成器的一级合成效率(即两路合成)大于92%。该测试结果证明了微同轴结构及工艺的有效性和可靠性。

ZnO/IDT/金刚石结构SAW滤波器的设计和制作

传统材料制备的声表面波(SAW)滤波器的中心频率f大多位于较低的频段(f<500 MHz),但是无线通信频段逐渐向着高频化的方向发展,因此在SAW器件领域中引入高声速材料如金刚石以提高中心频率成为一种必然趋势。基于金刚石材料、采用ZnO/IDT/金刚石新型结构,设计了交错叉指结构和镜像阻抗连接结构的叉指换能器(IDT)参数。通过优化的工艺制备流程,获得了金刚石SAW滤波器样品。最后采用RF探针台对样品进行了性能测试和数据分析。测试结果表明制备的SAW滤波器样品的测试结果与理论值比较符合,交错叉指结构滤波器获得了很低的插损,镜像阻抗连接结构滤波器有效地提高了带外抑制度。样品IDT指宽2μm,SAW滤波器中心频率可达0.775 GHz。

基于MEMS技术的射频移相器

微波与毫米波移相器是通讯和雷达应用上相控阵天线的基本单元,MEMS技术的引入提供了一个在移相器设计中用最小损耗的开关来大量减少移相器插入损耗的方法,该方法可以降低器件的功耗,改善插入损耗、隔离度、频带宽度等性能。相比于GaAs移相器,基于MEMS开关的射频移相器,无论是开关线型、分布式或是反射型,都有很好的RF性能。