复合双压电层FBAR的建模与仿真

在复合单压电层薄膜体声波谐振器(FBAR)的基础上,提出了一种新型的复合双压电层FBAR,它可以大大提高压电材料选择的灵活性。通过建模得到该结构的输入阻抗解析表达式,据此进行了仿真分析。仿真结果表明,基模谐振频率随双压电层结构中的较高声速压电膜的厚度所占比率的增加而加速增大,而相对带宽随较高机电耦合系数的压电膜的厚度与较低机电耦合系数的压电膜的厚度比的增加逐渐增加,并且复合双压电层FBAR出现了单压电层时所没有的模式。     

压电相体积分数对1-3 型压电复合材料的性能影响

采用有限元软件仿真研究了不同的压电相体积分数对1-3 型压电复合材料性能的影响, 并进行了实验验证。结果表明: 当压电相体积分数按照47% 、52% 、68% 、74% 、100% 变化时, 串联谐振频率和并联谐振频率均随压电相体积分数增大而增大; 机电耦合系数在压电相体积分数为52% 时获得最优值0.698; 复合材料的频率常数、密度、纵波声速和声阻抗均随着压电相体积分数的增大而增大。有限元仿真与实验结果较为一致。该材料有望用于制备高性能的无损检测用超声换能器。     

新型多模谐振器的陷波超宽带小型化滤波器

该文提出了一种新型多模谐振器的小型化陷波超宽带滤波器。该新型多模谐振器在超宽带通带范围内有6个谐振模式,通过并联平行耦合馈线耦合到输入和输出端口,其中3个谐振模式是由高阻抗短截线加载扇形低阻抗截面产生,而剩余的谐振模式是通过在高阻抗线上加载开路枝节和在扇形低阻抗截面刻蚀圆形槽形成。同时,为了避免无线局域网(WLAN)频段和国际电信联盟(ITU)频段对超宽带系统的干扰,在扇形面加载开路短截线,引入中心频率为5.48 GHz和8.3 GHz的陷波。最后,设计制作了一种超宽带陷波滤波器,实测与仿真结果基本吻合。     

具有提高Q值退耦结构的MEMS谐振器研究

为了提高MEMS谐振器的品质因数（Q值）,该文设计一个微型的具有能量退耦作用的外框作为支撑结构。所设计的AlN压电谐振器工作在30 MHz横向振动模态,其Q值可以达到4.3×104,对应的f·Q乘积为1.29×1012。谐振器频率与外框的机械谐振频率比值约10:1,减小了谐振器到基底的能量耦合,从而降低能量损耗并提高谐振器Q值。通过理论和有限元分析并对谐振器的频率响应进行建模,两种方法的模型结果一致,说明了具有能量退耦外框的谐振器能降低锚点造成的能量损耗,从而有效地提高横向振动模态AlN压电谐振器的Q值。     

一种圆波导TE01模HPM滤波器

设计了一种基于环形波导耦合结构的圆波导TE₀₁模高功率微波(High-Power Microwave, HPM)滤波器，主要由圆波导半波长谐振器以及半径更大的圆波导耦合窗组成。根据耦合谐振理论得出目标TE₀₁模滤波器的外部Q值以及谐振腔之间的耦合系数，再根据波导结构尺寸和谐振频率、耦合系数、外部Q值三者之间的映射关系得到滤波器尺寸初值，仿真优化确定最终滤波器尺寸，有效提高了圆波导高次模滤波器的设计速度。设计了一款工作频率在9.4～9.7 GHz的TE₀₁模滤波器，并进行数值模拟实验，结果表明，采用164 mm直径圆波导实现的TE₀₁模圆波导HPM滤波器具有3.56 GW的功率容量。     

压电复合圆盘水声换能器弯曲振动理论与参数

为使小尺寸压电复合圆盘水声换能器具有良好的低频响应性能,采用能量法对三叠片压电圆盘复合振子水声换能器的振动特性进行研究,给出了弯曲圆盘水声换能器的基本参量表达式,得出了在简支边界条件下,等厚三叠片所构成的压电圆盘具有最大等效机电耦合系数。通过实际结构水声换能器实验,结果表明:采用不同的金属基板,发现在有效机电耦合系数上,锰黄铜的性能要稍微优于铝合金和钛合金。在谐振频率方面,其实测值与理论计算值相差不大,采用能量法进行近似理论分析比较切合实际,为此类压电水声换能器的设计和实际应用提供了参数设计计算方法。     

基于S参数的谐振器耦合系数计算法

准确计算谐振器间的耦合系数,有助于设计出具有特定频率响应的滤波器,使滤波器的结构布局更加优化。根据耦合谐振器网络模型,利用S参数传输系数幅度曲线和相位曲线上六个特殊点对应的谐振频率计算谐振器间的耦合系数,并在耦合系数的计算中去除了馈线对结果的影响。以发卡微带谐振器为例,给出了使用S参数计算谐振器间耦合系数的具体方法;对间距不同的两个谐振器间耦合系数进行了计算,并与采用在对称面上加电壁、磁壁方法的计算结果进行比较,表明该方法的正确性。     

高温超导薄膜微波表面电阻测试方法的改进

介绍了一种12 GHz附近的高温超导薄膜微波表面电阻Rs测试系统。该系统采用低损耗高介电常数的蓝宝石,构成工作在TE011+δ谐振模式的介质谐振器,在77 K时,利用测量介质谐振器的Q值得到单片高温超导薄膜的微波表面电阻Rs。分析了其耦合装置对校准物理模型的影响,通过改进耦合装置可提高系统测试的准确度。该系统与前三代测试系统进行比较,其测试准确度有明显地提高。     

基于zig-zag假设的压电阻尼层合结构机电耦合建模与分析

基于zig-zag板壳假设和哈密顿原理建立了压电阻尼层合结构的机电耦合动力学有限元模型,实现了结构自然频率和损耗系数的准确计算。有限元模型采用八节点的七自由度(degrees of freedom, DOFs)四边形单元,且考虑阻尼层的复弹性模量。通过对文献算例的计算与仿真,验证建立的有限元模型的正确性。研究了材料增强角度、阻尼层厚度和结构曲率对压电阻尼层合结构频率和损耗系数的影响,为压电阻尼层合结构的减振及结构优化提供参考。     

基于氮化铝单晶的声表面波压力传感器的特性研究

采用了声表面波(SAW)理论以及SAW谐振器的结构和工作原理,设计了一种基于声表面波(SAW)谐振式压力传感器。采用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics 对氮化铝单晶声表面波谐振器进行建模和仿真,提出符合声表面波振型的对称模态和反对称模态。计算出氮化铝单晶的相速度为5795.17m/s。讨论了氮化铝基底厚度对此压力传感器的相速度的影响。讨论了氮化铝金属化率对传感器的相速度的影响。最后通过附加0～1 000 kg/m2的质量块模拟不同压力下的传感器的频率响应,结果证明压力大小的变化与谐振频率之间具有良好的负相关线性关系。通过拟合得出线性表达式。     

石英晶体谐振器探测沉积膜层的特性

本文介绍压电石英晶体谐振器探测沉积膜厚度及速率的工作原理。根据石英晶体和沉积膜层的切变弹性声阻抗理论,并利用在界面处的输入阻抗概念,导出了沉积一种材料膜层时复合系统的谐振频率变化与沉积层材料声阻抗和质量之间的理论关系式,进而导出了沉积多种材料膜层系时的理论关系式。这些关系式是使用石英谐振器精确探测沉积膜层的科学依据。     

压电阀电-机械转换器结构设计分析

为提高现有喷嘴挡板型电液伺服阀的静、动态性能,采用双压电晶片及铍青铜制作出喷嘴挡板式压电阀的电-机械转换器.针对压电层和金属层的宽度、长度和厚度等结构参数对电-机械转换器静、动态性能的影响进行了理论、仿真及实验研究.结果表明：宽度对静、动态性能没有影响,输出位移同长度的平方成正比.长度增大时,幅频宽和基频减小;金属层厚度或压电层厚度增大时,输出位移减小,幅频宽和基频增大.最后对电-机械转换器的振型进行了仿真分析,结果表明满足设计要求.     

Electromechanical coupling of 2-2 piezo-composite material

A dynamic mode) for 2-2 piezo-composite material was developed,in which the acoustic plane waves propagating along the interface were solved and their dispersion curves were obtained.By taking the resonator thickness as half a wavelength or its odd fold,the resonant frequencies of the composite transducers are in agreement with the dispersion curves.From the dynamic model the piezoelectric coupling coefficients for the thickness vibration of the composite could be obtained as a function of the composite thickness as well as the volume fraction of the ceramic phase.The results show that when the thickness vibration mode is decoupled with the lateral periodical vibration mode,the piezoelectric coupling reaches its maximum.This condition gives a maximum frequency bandwidth and a greatest piezoelectric coupling coefficient for the composite material.     

Design and optimization of the piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer with an AlN thin film

Because existing ultrasonic transducers mostly use PZT and ZnO materials as piezoelectric thin films, while the PZT contains lead and ZnO has the problem of contaminating CMOS manufacturing, a piezoelectric ultrasonic micromechanical transducer with circular bi-laminate bending vibration which uses the aluminium nitride as the piezoelectric layer is designed. The working principle of the transducer is analyzed, the finite element model is established, and the finite element simulation is carried out for the size parameters of the transducer. It is found that the resonant frequency of the transducer is proportional to the thickness of each layer and inversely proportional to the square of the radius of the transducer; when the radius of the upper electrode is about 65% of the radius of the transducer, the resonant amplitude of the transducer is the largest; when the thickness ratio of the silicon and the aluminum nitride of the piezoelectric layer is about 0.6, the resonant amplitude is also the largest. The optimized transducer is simulated and compared with the original model. The results show that the working frequency in air is 9.21MHz, the electromechanical coupling coefficient increases from 21.44% to 27.16% in air and from 3.55% to 11.93% in water. These conclusions provide basic data for the research on the medical imaging probe.     

厚度剪切压电陶瓷振子

对厚度剪切压电陶瓷振子的振动状态进行了分析并得到其等效电路。推导了振子的谐振频率、反谐振频率,以及等效电路参数与振子尺寸、振子材料的介电、压电、弹性常数之间的关系式。最后讨论了振子的一些特性和制作。     

横场长度伸缩压电陶瓷振子

本文对典型的横场长度伸缩压电陶瓷振子的振动状态进行了分析并得到其等效电路。推导了振子的谐振频率、反谐振频率、等效电路参数与振子材料的介电常数、压电常数、弹性常数之间的关系式。最后讨论了振子的某些特性。     

不同因素对铁磁性薄膜中表面自旋波频率的影响

为了了解铁磁性薄膜中表面自旋波的物理性质,采用量子格林函数方法研究了铁磁性薄膜中表面自旋波的频率,分析了温度、外磁场、表面交换耦合、表面各向异性、薄膜厚度和波矢对表面自旋波频率的影响.结果表明,声学和光学表面自旋波的频率随温度的升高而减小.随着外磁场、表面交换耦合、表面各向异性和波矢的增加,声学和光学表面自旋波的频率随之增加.随着原子层数的减小,声学和光学表面自旋波频率增大.但当薄膜的原子层数大于5时,薄膜厚度对声学和光学表面自旋波频率的影响很小.