基于微机械圆盘谐振器的振荡器

基于微机械谐振器的硅振荡器是微波通信系统中的关键器件。制作了工作于径向体声学振动模态的微机械谐振器,通过分析微机械谐振器的电参数,并以此谐振器为基础进行振荡器的设计。针对圆盘形微机械谐振器工作过程中阻抗较大的问题,通过多级放大来补偿信号经过谐振器时引起的衰减和相位变化。振荡器包括两部分放大电路,基本振荡回路的多级放大保证振荡器正常起振,输出多级放大保证振荡器的输出达到一定的功率。所设计的振荡器阻抗44kΩ,振荡频率143.33MHz,为大阻抗条件下振荡器的设计提供一定的参考。     

电容式z轴微机械陀螺的噪声抑制

将z轴微机械陀螺两个模态的机械噪声效应等效为各自在单位噪声力作用下的振动,根据陀螺的工作原理得到两个噪声力作用下陀螺敏感模态的机械输出噪声。建立了包含运放和电路板非理想因素在内的接口电路的噪声模型。结合机械噪声模型和接口电路模型噪声,建立了包括结构参数和电路最小检测电容量在内的陀螺的噪声等效输入角速度模型,为陀螺的设计优化提供了参考。分析了结构参数对陀螺等效输入角速度噪声影响,并采用两个参数不同的电容式z轴微机械陀螺进行了实验。结果表明,通过结构参数的调整,将电容式z轴微机械陀螺的输出噪声从414μV/Hz降低至235μV/Hz。     

介质谐振器与微带线之间的耦合和计算机辅助分析

本文结合关于介质谐振器与微带线之间耦合的等效集总参数分析、S参量分析和作者过去所作的有关电磁场分析,形成了一个系统。实验表明,本文关于耦合的计算精度较高。本文还对光控介质谐振器振荡器以及金属盒子的尺寸进行了探讨。     

基于SOI的径向体声学振动圆盘形微机械谐振器

本文报道了一种应用于射频领域的径向体声学振动模态的圆盘形微机械谐振器。谐振圆盘由SOI硅片制备,以金电镀层制作环绕电极。圆盘半径20um,厚4.5um,通过位于中心的锚点支撑,以金-金热压键合固定在另一个硅片上形成三维悬空结构。圆盘和环绕金电极之间的间隙为100nm。对制作的谐振器真空封装后进行测试,谐振频率为143MHz,品质因数为5600。     

空气阻尼对微谐振器品质因子及其传输函数的影响

振动方向平行于衬底的梳状微谐振器的品质因子在高真空下可以高达10⁵以上.常压下,受空气阻尼影响,品质因子跌落到10²左右甚至更小.为了设计时能对谐振器的品质因子有一个较为精确的估计,本文首先利用纳维尔-斯托克斯近似方法和库特近似方法对常压下的横向振动谐振器的阻尼功耗进行了估算.同时谐振器作为电路元件,阻尼等效于电路中的电阻,直接影响器件的传输函数,因此本文又建立了该种谐振器的集总参数网络,研究了阻尼对传输函数影响。其结果对横向振动微谐振器的设计有一定意义.     

基于显微激光多普勒的纳结构振动特性测试

为了分析NEMS典型器件静电激励纳米梁谐振器的振动特性,建立了测试中的关键模型静电激励纳米梁谐振器的等效电学模型、纳米梁谐振器的等效机械模型,以及静电激励纳梁谐振器在受激状态下受到的静电力与静电激励的相互关系模型.利用基于显微激光多普勒纳结构离面振动测试系统,对静电激励纳米梁谐振器的离面振动特性进行了测试,试结果验证了建模的正确性,同时对NENS加工工艺进行了评价和表征.     

微机械陀螺仪的新进展及发展趋势

微机械陀螺仪是陀螺技术和微电子机械系统(MEMS)技术结合产生的新一代惯性器件。根据其工作原理和采用材料的不同,微机械陀螺可分为硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺等。该文介绍了微机械陀螺仪的主要参数指标和应用,对硅基微机械振动陀螺(Si-MVGs)、微机械压电振动陀螺(PVGs)和悬浮转子式微机械陀螺的最新研究进展作了综合性报道,讨论了微机械陀螺未来的发展趋势。     

用Cauer网络综合技术提取PBG等效电路模型

本文从全波场分析结果出发,提取了PBG单元结构的集总等效有耗电路模型。对每个PBG单元采用时域有限差分（FDTD）方法进行全波分析,然后用Cauer部分分式展开形式和网络综合技术,由全波分析结果提取等效有损电路模型参数,并将提取获得的PBG单元等儿电路模型嵌入HP－ADS软件对整个PBG结构进行SPICE分析,得到的散射参量和全波分析结果比较基本一致,证明了该模型的准确性。这种模型可以嵌入电路分析和设计软件中,用来对应用了PBG结构的无源和有源电路进行优化与设计。     

用于气体传感的电容式微机械超声阵列设计

电容式微机械超声阵列(CMUT)是微机电系统(MEMS)气体传感器的常用结构之一。为了在尽可能降低功耗的前提下,提高气体传感器的灵敏度,对电容式微机械超声阵列尺寸进行优化。首先基于一阶集总电机械振动模型进行理论分析,发现其灵敏度与塌陷电压成正相关,并主要受振膜厚度、电极间距和电极半径影响,以此为依据设计符合要求的参数。然后使用COMSOL多物理场仿真软件,综合结构特点、空气阻尼、外接电路、弹性软化等因素的影响,提出一种更接近实际的有限元模型。将理论分析结果代入,对尺寸参数进行进一步优化,得到塌陷电压11.3 V,灵敏度-3.253×1017 Hz/kg,共振频率4.858 MHz,品质因数121.45的电容式微机械超声阵列。     

集总参数电路与磁路、热路的关联性教学

本文采用类比和关联方法,拓展电路中集总参数思想。通过将磁路、热路中相应的物理量与电路中的电流、电势、电阻进行类比和关联,帮助学生理解集总参数模型思想,掌握各物理量的涵义。通过对具体用电设备电动机的简单建模分析,促使学生将集总参数模型在其它电、磁、热的分析中能够融会贯通,应用电路理论所学知识,建立合理的物理模型及分析解决问题。     

强惯性冲击下影响MEMS圆盘谐振器可靠性的因素分析

Increasing the bias voltage is a method of reducing the motional resistance of the capacitive disk res- onator to match the impedance of the RF circuit. But there are few reports on the study of reliable working range of bias voltage under the shock and vibration environment. Therefore, the reliability of disk resonator under the step and pulse acceleration impact respectively is systematically analyzed in this paper. By the expression of the biggest inertial acceleration the disk can bear under the reliable condition, the maximal reliable range curves of the disk resonator under the dynamic impact environment are obtained. According to the actual sizes of disk in the literature, it can be seen that when a step shock of 13000g is supplied, the reliability range is reduced to 75% compared with the original state. For the pulse shock, the reliability range is related to the pulse amplitude and time width. Research of this paper can provide the basis for the selection of bias voltage of disk resonator under the inertial shock.     

Characteristics of a novel biaxial capacitive MEMS accelerometer

A novel MEMS accelerometer with grid strip capacitors is developed.The mechanical and electrical noise can be reduced greatly for the novel structure design.ANSOFT-Maxwell software was used to analyze the fringing electric field of the grid strip structure and its effects on the designed accelerometer.The effects of the width,thickness and overlapping width of the grid strip on the sensing capacitance are analyzed by using the ANSOFT-Maxwell software.The results show that the parameters have little effect on the characteristics of the presented accelerometer.The designed accelerometer was fabricated based on deep RIE and silicon-glass bonding processes.The preliminary tested sensitivities are 0.53 pF/g and 0.49 pF/g in the x and y axis directions,respectively.A resonator with grid strip structure was also fabricated whose tested quality factor is 514 in air,which proves that the grid strip structure can reduce mechanical noise.     

毫米级氟化钙盘腔的加工与测试

回音壁模式(Whispering Gallery Mode,WGM)的光学谐振腔作为光学研究的重要工具具有广泛的应用前景。以超纯单晶氟化钙为材料加工了直径为5 mm,厚度为1 mm的CaF2盘型腔,并用化学机械抛光法对其进行了光学抛光,得到了粗糙度为纳米级别的CaF2盘型腔。搭建盘腔与锥形光纤的耦合测试平台测试所加工盘型腔的光学性能,测得在波长为1 550 nm时所加工的盘型腔的品质因数为2.1106。对CaF2盘型腔损耗机制进行了理论分析,提出了提高CaF2盘型腔品质因数的方法。     

Synthesis of wide-band planar circulators using narrow couplingangles and undersized disk resonators

Circulators using radial/lumped-element resonators with narrow coupling angles that result in gyrator circuits that are as good as, if not better than, those obtained with the classic approach are presented. The form of the lumped element variable is not unique and can be realized by making use of the fringing capacitance at the interface between a dielectric resonator and a substrate with a higher relative dielectric constant than that of the resonator. The topology requires the adjustment of electromagnetic, electrostatic, and network conditions with common parameters, so that a solution that relies on fringing effects only is not generally ensured. The synthesis of octave-band circulators using two quarter-wave-long impedance transformers is reported. A 1-2-GHz circulator based on one such solution with an insertion loss of no more than 0.35 dB between any two ports and typical return loss of 20 dB is described     

基于集总电阻的S波段小型化超材料吸波器

提出了一种基于集总电阻的S波段小型化超材料吸波器(Metamaterial Absorber,简称MMA)结构, 并进行了理论分析和仿真验证。设计的MMA 基本单元结构由加载了集总元件的电谐振器、中间隔离层和金属背板组成。利用S 参数反演算法求出等效阻抗,结果表明集总电阻的加入使该MMA 在较宽频带范围内有较好的阻抗匹配特性。根据等效电路理论,分析了MMA谐振吸收频率与其单元结构几何参数之间的关系。通过MMA 单元结构表面电流和能流分布分析了其吸波机制。不同模式下的极化角和斜入射角吸收率表明:该MMA具有极化不敏感和宽入射角特性。进一步研究MMA 结构-参数对其吸波性能的影响,通过单元结构几何参数和集总参数的调节获得最优的MMA模型。最终,通过MMA基本单元结构的进一步优化设计,使其在1.9～6.0GHz 范围内吸收率达到90%以上,对应的相对带宽达到101.9%。该设计有望在电磁能量捕获及隐身领域拥有潜在应用价值。     

开环位置激励半球谐振陀螺仪工作原理与误差分析

为了研究半球谐振陀螺仪的工作原理,首先推导了谐振子上振动波腹方位角的表达式,然后建立了振动位移和速度的状态方程,进而求出了状态方程的精确解析解,给出了在角速率输入和存在密度分布不均匀缺陷时的波腹方位角的稳态解和角速率解算误差.最后在开环位置激励下,给出了为保证半球谐振陀螺角速率估计精度的密度四次谐波的取值范围.     

W波段圆形槽波导径向盘的位置对阻抗的影响

应用时域有限差分法（FDTD）计算圆形槽波导中径向盘结构的输入阻抗。用了一种简单方法近似圆形槽波导的曲线金属边界。完全匹配层（PML）应用于圆形槽波导的开放边界。细网格计算所以关注的径向盘中的场值。用离散波动方程更新粗细网格边界上的切向电场分量。最后,由电压和电流的傅立叶变换的比值得到随径向盘位置变化的输入阻抗。     

A new equivalent circuit for piezoelectric ceramic disk resonators

A new equivalent circuit is considered for piezoelectric ceramic radial mode disk resonators. The new circuit has been obtained by connecting a resistance element in series with a commonly used equivalent circuit, so that it is usable for a better simulation of the frequency characteristics of the resonator impedance.