孔结构对水平振动谐振器空气阻尼的比较分析

基于SOI工艺的水平振动梳状硅微谐振器的品质因数Q值在真空封装下能达到105量级以上。但是在常压下,由于受到空气阻尼的影响,其Q值往往降至102量级甚至更小。增加谐振器质量可以提高Q值,但是会增大谐振器面积使绝缘层难以释放。由此提出了一种减小空气阻尼来提高水平振动谐振器Q值的方法,通过设计一系列不同形状的开孔硅微谐振器并比较其实验数据,得到最优的释放孔结构以减小谐振器所受的空气阻尼从而得到更高的Q值。该研究对水平振动谐振器结构设计有一定意义。     

薄膜体声波谐振器(FBAR)谐振特性的模拟分析*

主要利用Mason等效电路模型对加入介质声损耗的薄膜体声波谐振器输入阻抗公式进行了推导,并利用该结果对薄膜体声波谐振器的谐振特性进行了模拟分析,分别就不同压电层材料和厚度以及不同电极材料和厚度对薄膜体声波谐振器谐振特性的影响进行了详细分析.结果表明,薄膜体声波谐振器谐振频率主要由压电材料和厚度决定但电极的影响也是很大的.在制作高频FBAR器件(5GHz以上)时,采用氮化铝作压电材料比用氧化锌作压电材料更合适.     

K波段单片硅MEMS谐振器

介绍了基片集成波导技术和ICP深刻蚀微机械通孔阵列的硅基MEMS谐振器,通孔阵列和地平面形成不辐射介质波导,采用CPW电流探针与谐振腔进行信号耦合,在单层硅片上实现了平面电路与三维硅填充谐振腔的信号传输,得到低成本高性能可与平面电路集成的MEMS谐振器.谐振器工作于主模TE101模式,在片测试的Q值大于180,谐振频率21 GHz,与仿真结果吻合,芯片尺寸为4.7 mm×4.6 mm×0.5 mm.     

薄膜体声波谐振器的结构参数优化分析

建立了微型薄膜体声波谐振器的等效电路模型,研究其整体频率响应特性.提出的等效电路模型考虑了氧化锌压电薄膜两端电极和作为支撑层的氮化硅薄膜对谐振器整体性能的影响,将它们作为传输线引入到等效电路当中.运用PSPICE软件研究了谐振器各结构层的尺寸参数对谐振器谐振频率、品质因数和有效机电耦合系数的影响,并讨论了使用不同材料的电极,谐振器品质因数的变化情况.基于以上分析,对谐振器的结构参数进行优化,获得薄膜体声波谐振器性能的提高.     

基于ADS下FBAR的设计与仿真

现代无线通信技术推进了高频元件的相关发展,微纳技术的迅速发展和新型功能材料的出现以及压电薄膜制备技术的日益成熟使高性能频率控制器件的微型化成为可能。本文主要通过对FBAR的结构以及原理做介绍,设计出一款上下0.3 um厚的钼材料电极,1 um ALN压电薄膜和2.5 um的二氧化硅衬底的空气隙型薄膜体声波谐振器,采用MBVD模型对其进行理论推导,并在ADS软件下搭建电路仿真,得到S参数曲线,进而算出有效机电耦合系数为3.65%、串、并联谐振因子分别为1579.33和555.02,有效机电耦合系数与品质因数Q值得乘积最高可以达到57.65。数据表明该FBAR性能较好,其带宽较大,插入损耗较低,达到了FBAR设计的标准。     

微谐振器的单端口静电激励—电容检测方法研究

提出了一种基于频域分离法的单端口静电激励—电容检测方案,解决了同频激励的双端口谐振器的耦合干扰问题,同时,采用单一电极简化了结构,既方便加工,又使检测电容的有效面积达到最大。通过对输出电流谐波组成成分的分析,选择了倍频激励方式;设计了谐振器的单端口静电激励—电容检测系统样机。实验结果表明:该系统样机可以成功获取谐振器的开环特性曲线和谐振频率、Q值等参数,为下一步实现单端口谐振器的闭环打下了基础。     

超高频体模式MEMS谐振器及其传感系统平台技术研究

针对体模式MEMS谐振器激励和响应信号的特点,设计集成了激励信号产生和微弱信号检测的传感测量系统。系统通过对谐振器的扫频激励和检测响应信号,可以准确测量谐振器的谐振频率和Q值特性。为了有效测量谐振器产生的高频微弱位移电流信号,系统设计使用频谱搬移的测量方法。该方法通过把包含在高频信号中的有效信息搬移到低频端进行信号处理,可以提高信号抗噪声的能力,实现对微安量级的高频电流放大检测。     

杯形陀螺压电片粘结胶层对谐振子振动特性的影响规律研究

针对杯形陀螺上压电陶瓷的粘胶问题,本文建立了基底一胶层一压电片层压板有限元模型,通过Ansys软件对模型进行仿真和分析,并对分析结果进行实验验证.重点研究了粘胶层厚度、材料特性、以及胶层中有缺陷等因素对谐振子的Q值、输出增益、频率裂解的影响.结果表明:粘胶层对谐振子的谐振频率影响不大,减小胶层厚度、保证胶层弹性模量在一...     

谐振式微机械加速度计设计的关键技术

谐振式微机械加速度计直接输出频率信号,具有稳定性好、精度高的特点.分析了谐振式微机械加速度计的工作机理,建立了第一级敏感结构、杠杆机构和第二级敏感结构的数学模型,指出了实现高灵敏度加速度测量的关键技术在于支撑梁、质量块、谐振器和杠杆机构的设计.提出了一种谐振式微机械加速度计结构,进行了结构的优化设计和仿真计算,得出的性能指标:谐振频率98 858 Hz,Q值673.9,灵敏度24.52 Hz/gn.     

基于超支化聚合物的声表面波化学毒剂传感器

基于声表面波（SAW）技术的化学毒剂传感器在检测下限、响应速度以及减小温度、湿度交叉敏感等方面还需进一步提高。提出了在SAW双端口谐振器上涂敷超支化聚合物的方法提高传感器的检测下限和灵敏度。通过建立Van Dyke模型,分析了敏感膜对SAW化学毒剂传感器Q值、插入损耗以及电路阻抗匹配的影响。利用谐振器代替延迟线,确保了器件具有插入损耗、高Q值的特点。实验证实,在谐振器的中心栅结构上涂覆聚合物可以减小粘弹性聚合物对谐振器插损、Q值以及输入输出阻抗的影响。对设计的化学毒剂传感器进行了沙林毒剂检测实验,采用315MHz的SAW谐振器结合超支化聚合物膜,检测沙林气体浓度为5．0mg／m^3。实验表明：这种传感器的灵敏度可达到600Hz／mg／m^3,响应时间为50s,恢复时间约为60s。     

磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振磁电效应

采用磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种低阻尼的谐振式磁电敏感单元。石英音叉工作在弯曲振动模式,音叉叉指结合区域(底部)产生的应力/应变方向相反、弯矩相互抵消,实际为解耦区域。将底部与磁致伸缩材料粘接复合设计谐振式磁电敏感单元的Q值主要取决于音叉谐振器自身的高Q值,磁致伸缩材料的高磁机阻尼被隔离。动态磁场作用下,磁-机-电转换过程可看作一个受迫振动过程,当激励磁场频率接近于音叉谐振频率时,输出电信号最大。实验结果表明:磁电敏感单元Q值高达5 034;谐振磁电电流系数达到799.2 nA/Oe;在接近谐振频率32.774 kHz信号激励下,磁电电流系数相对偏置磁场变化的灵敏度达到5 (nA/Oe)/Oe。     

用于气体检测的声表面波振荡电路设计

分析了声表面波(SAW)谐振器的性能和特点,对基于双端谐振型声表面波器件进行了振荡电路设计,采用RP1308、B433及Q284三种型号的声表面波谐振器进行了电路调试.测试结果表明,该电路能在固定频率起振,且频率跳变能够控制在30 Hz以下.本电路能够应用于多种不同谐振频率的双端谐振型声表面波气体传感器,具有广泛的应用前景.     

新型水泥基压电传感器的基本性能研究

开发一种可用于土木工程监测的水泥基压电传感器。该传感器是采用特制的封装材料将压电陶瓷片粘结在两个水泥立方体间而制成的。通过频率扫描及幅值扫描两种加载制度对传感器的频率独立性、线性度等基本性能进行测试,并通过复杂荷载、随机荷载及方波荷载对该传感器的性能进行进一步验证。试验结果表明本文提出的水泥基压电传感器在土木工程结构的自振频率范围内具有很好的频率独立性,同时在传感器输出幅值和输入荷载幅值间存在高度的线性关系,能够准确反映各种复杂荷载。由此可知,本文开发的水泥基压电传感器适用于土木工程结构的性能监测。     

Ka波段硅基MEMS滤波器

滤波器是微波毫米波电路中的一个重要部件,本文介绍了采用基片集成波导技术和ICP深刻蚀微机械通孔阵列的硅基MEMS滤波器.设计制作了MEMS滤波器的核心部件谐振器,测试结果显示该谐振器无载Q值大于180,频率误差控制在2%以内.以此为基础采用理论计算与实验设计相结合的方法设计了一个Ka波段硅基MEMS滤波器.滤波器中心频率为30.3 GHz,插入损耗1.5 dB,相对带宽5%.芯片尺寸为10.0 mm×2.8 mm×0.4 mm.     

E型双通带可重构带通滤波器

由于通信领域对于多频带可调谐滤波器的要求,基于E型谐振器加载变容二极管设计了紧凑型频率可重构带通滤波器,并通过电磁仿真软件HFSS13.0进行验证。采用奇偶模分析法分析了E型双模谐振器特性,通过改变加载电容的外加偏压值控制偶模谐振长度,第一通带可调范围达到18.2%(1.60~1.92 GHz),通过调整馈线长度和缝隙控制外部Q值同时保证绝对带宽恒定为60 MHz,第二通带(2.25 GHz)保持不变,其加工实物测量结果与仿真结果相对吻合。     

一种磁性薄膜/石英音叉复合磁传感器研究

针对磁电层复合式磁传感器Q值低的问题,提出一种磁性薄膜与石英音叉复合的磁传感器结构,通过测量音叉谐振频率变化量或Q值变化量达到检测静磁场的目的。采用有限元方法对磁性薄膜的位置进行了分析,发现薄膜复合于音叉侧臂顶部有最灵敏的磁场探测能力,并进行了实验验证。实验结果表明:测量Q值变化量比测量谐振频率变化量更优,最大灵敏度为119.471/mT,测量Q值分辨率为1,石英音叉Q值稳定度为20×10-6时,该磁传感器结构对磁场的分辨率为10-6T,敏感结构在零偏置磁场时Q值达2000左右。     

基于硅微梳齿型谐振器的MEMS动态测试研究

在利用激光多普勒对硅微梳齿型谐振器多阶振动频率进行提取的基础上,结合频闪显微干涉测试技术对其谐振频率及其振幅进行了动态测试,并根据测试结果推导了谐振器的动态应力值.实验测试结果及应力推导结果与ANSYS的仿真结果相符合.     

基于路径映射的埋入式压电陶瓷辐射声能特性研究

将压电陶瓷埋入混凝土构成压电埋入式机敏模块能够实现对混凝土结构在线健康监测。为了提高检测的准确性,本文基于路径映射技术对压电陶瓷辐射超声波在混凝土中传输时的声能特性进行研究。研究表明：随着激励频率增大,压电陶瓷辐射声波能量衰减速度减慢,且当激励频率为79 kHz时,更为适合进行压电埋入式超声无损检测实验。随着超声波传播距离增大,扩散范围越广,声压下降速度和声能衰减速率呈非线性变化。在同一激励频率下,不同路径上的最大声压值和最小声压值分别对应不同的位置：当映射路径的半径小于0.08 m时,最大声压值在厚度方向,最小声压值对应的角度在54到58.5之间;当路径的半径大于0.08 m时,最大声压值对应的角度由于厚度方向与径向方向波的部分重叠而偏离轴向处,而最小声压值对应的角度在45°到61°之间。     

微谐振器结构性能的有限元分析

微谐振器是试飞测试系统的重要组成部件,微谐振器的性能影响到试飞测试系统的精确度.为了提高微谐振器的性能,在传统结构的基础上,提出改变微谐振器中折叠梁、驱动梳齿等结构的尺寸来改善其性能.运用有限元法对不同结构尺寸下的微谐振器进行模态、品质因子分析.仿真结果表明,横向微谐振器的一阶模态频率的大小很大程度上受到折叠梁尺寸的影响;静电梳齿的尺寸设计中,梳齿的宽度是影响驱动力和品质的一个关键因素.仿真结果表明,对提高微谐振器的性能具有一定的指导意义.     

基于CRLH—TL及CSRR的带通滤波器

首次提出一种复合左右手传输线零阶谐振器及互补谐振环的新型带通滤波器.设计方法利用左右手复合传输线的独有特性,即零阶谐振器中心频率与谐振器长度无关,能在特定非零频率上得到无限波长的特点,来构造环形滤波器,并且地板蚀刻了长方形互补谐振环结构.设计过程中使用了AnsoftHFSS软件进行全波仿真,经过多次仿真,通过调节参数大小优化设计,最终结果得到中心频率为1.85GHz、带宽为0.1GHz的新型带通滤波器.在达到同样效果的前提下,减小尺寸,单个谐振器与传统相比体积减少了近80%,长方形CSBR还提高了传输特性.上述结构的实现对于左手材料在微波器件中的发展有一定的促进作用,进一步扩大了左手材料的应用范围.