内置SAW传感器的高压电缆接头温度在线监测

针对高压单芯交联电缆密封接头内部在线测温应用场景,该文设计了一种内置式无源无线声表面波传感器及其读取器。着重介绍了实现传感器响应信号高灵敏检测的射频电路设计细节。将高压电缆铜线芯变成传感器接收天线的一部分,由于电缆线芯与读取天线的耦合作用,增强了响应信号。读取器采用高增益偶极子天线和自适应发射功率调节,提供足够强的激励信号;通过有效抑制或阻隔沿“路”或“场”传播的高频干扰,提高了信噪比和接收灵敏度。110 kV电缆试验结果表明,在接近实际运行条件下,所研制的样机不仅通信效果良好,且测温数据能准确反映电缆密封接头内部温度变化。     

基于SAW的电缆接头内部测温天线研究

由于声表面波(SAW)测温技术因具有无源无线的特点而备受研究人员的广泛关注。该技术可应用在电缆接头内部的温度测量中,但因受电缆接头材料和结构的影响,使SAW测温信号传递受阻,严重影响了温度信号的检测。该文基于DWG-630A型电缆接头的结构和材料,设计了一款可用于电缆接头内部测温的天线。通过其理论分析、仿真及试验验证,证明该设计切实可行。结果表明,穿过电缆接头可传递SAW温度信号,并在工作频段内具有良好的增益和辐射效果。     

声表面波传感器检测电路的研究

针对目前声表面波(SAW)传感器检测电路的缺点,通过对SAW传感器信号的特征分析,设计了一种简单实用的SAW传感器检测电路,降低了硬件成本。该电路利用直接数字频率合成技术产生不同的频率信号,用以激励不同谐振频率的声表面波敏感元件,在间歇收发周期从SAW传感器输出信号中提取出反映被测量的频率信号,通过对该频率的测量得到被测物理量的变化。通过对SAW传感器的温度实验,获得了传感器的温度-频率特性,在较低频率(20MHz)时检测灵敏度可达1.36kHz/℃,具有较好的一致性;在较高频率(75MHz)时检测灵敏度可达2.03kHz/℃,存在一定偏差。     

基于磁性线圈和SAW谐振器的温测系统设计

利用2个带磁芯的磁性线圈天线和1个声表面波(SAW)谐振式传感器,开发了无线、无芯片地下传感器系统.首先,SAW由磁性天线的250 MHz交流电沿压电基片生成,其中,磁性线圈天线采用铜线圈绕制的大直径Ni0.8 Fe0.2核心,利用传感器的叉指换能器,将通过传感器上的反射条返回的SAW能量转换为磁通量;然后,通过磁性天...     

谐振型SAW无线无源传感器的测试系统研究

采用一种低成本、高效率的电路系统实现对谐振型无线无源声表面波(SAW)传感器的测试。该电路利用直接数字频率合成(DDS)技术产生不同频率的射频信号用以激励SAW传感器。在接收端采用功率探测器检测回波信号的包络,通过包络的变化得到待测物理化学参量的变化。该测试系统产生的激励信号功率最高可达10dBm,测试时间约为0.5s,与矢网测试结果相比,其测试相对误差仅为0.002 4%。实验结果表明,该系统能够稳定、可靠地实现谐振型SAW传感器的快速检测。     

基于SAW谐振器无源无线传感器编码方法研究

为简化声表面波(SAW)传感器的编码过程,提出了一种基于SAW谐振器的编码方法,通过多个不同中心谐振频率的SAW谐振器分别连接不同的负载阻抗进行传感器的编码。设计了传感器的具体结构,建立了传感器的等效电路模型,利用ADS仿真软件对中心谐振频率分别为868MHz和915MHz的2个SAW谐振器组成的传感器进行仿真,结果表明,SAW谐振器外接1pF与4pF的阻抗,其谐振频率差可达200³00kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75300kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75⁴0.2kHz,因此,SAW谐振器外接不同阻抗时谐振频率的差异明显,基于SAW谐振器与外接阻抗的传感器编码方法是可行的。     

弯折线偶极子天线谐振特性的研究

本文研究了由矩形弯折线构成的偶极子天线的谐振特性,分析了弯折线偶极子天线的弯折次数、矩形弯折的高度以及弯折角度等参数对天线谐振特性的影响。结果表明,弯折线偶极子天线的参数改变对天线谐振特性有较强的调节作用,适当的改变天线的参数可以获得较好的天线尺寸缩减特性,适合RFID标签天线的应用。     

基于SAW无线测温系统的PIFA天线设计

为实现声表面波(SAW)无线测温系统的最佳接收与传播特性,设计了一种高增益的平面倒F天线（PIFA）。基于倒F天线的原理,通过改变馈点位置和天线的尺寸,实现了在433 MHz附近的陷波特性。仿真显示,天线在427~440 MHz频段内的电压驻波比(VSWR)小于1.5。在433.7 MHz附近输入反射系数S11为-26.6 dB,且电压驻波比接近于1,具有良好的增益和匹配特性。该天线不仅结构简单,便于制作,还具有良好方向性和辐射特性。测试结果与仿真结果吻合,符合无线测温系统与SAW传感器的通信要求。     

基于加载寄生带的双频天线设计

文中提出了一种双频印刷天线设计方法,覆盖2.4 GHz和5.2 GHz频段。该天线通过在偶极子天线振臂旁平行放置寄生单元,降低天线在高频段的输入阻抗(通常输入阻抗远大于50Ω),从而实现良好的阻抗匹配,在主谐振频段外产生新的寄生谐振频点,达到双频段工作的目的。为了验证所提出的天线设计方案,建立了仿真模型,并加工了天线实物。通过仿真分析和实测发现,改变寄生金属单元的位置和尺寸只影响高频段谐振频点,几乎不影响低频段谐振频点,而偶极子天线尺寸的改变只影响低频段谐振频点,不影响高频段谐振频点。文中设计的天线具有双频段相互独立特性,因此天线的两个谐振频段可根据需求独立设计。     

印刷带状偶极子天线与经典三维柱状偶极子天线的等效理论研究

相对于传统的柱状偶极子,印制偶极子天线更适合应用于现代通讯系统.本文通过引入边缘场效应,对传统的基于感应电动势法的柱状电偶极子辐射阻抗公式进行修正,并在此基础上将其推广至印制偶极子天线中.此外,本文还采用合成渐进法,基于物理概念,推导出平面偶极子天线的谐振频率及谐振频率处辐射电阻的两个计算机辅助计算公式.数值计算及验证表明,两个公式的精度均在2%以内,可以用于指导工程设计.     

用于生物医疗的共面波导馈电双频植入式天线

设计了一款用于生物医疗的微小紧凑型共面波导馈电双频植入式天线。该天线工作于工业、科学和医疗(Industrial Scientific Medical, ISM)低频段(433~434.8 MHz)及无线医疗遥测服务(Wireless Medical Telemetry Service, WMTS)频段(1.395~1.40 GHz),尺寸仅为10 mm×10 mm×1.27 mm。天线采用共面波导馈电结构,易于和其它结构集成,采用高介电常数介质基板和折合蜿蜒类偶极子结构使天线尺寸得以有效缩小。在满足SAR(Specific Absorption Rate,比吸收率)值标准的前提下,采用U形接地板,以获得较高的增益,在两个频段内谐振频率处的最高增益分别为-32.23 dBi和-20.63 dBi,提升了天线性能。最后,基于仿真结果制作天线实物并进行了测试,实测数据与仿真结果吻合较好。研究成果可为植入式天线研制与应用提供重要参考。     

基于FeGa薄膜的声表面波电流传感器设计

采用磁致伸缩薄膜FeGa作为敏感材料,优化设计了一种新型高灵敏声表面波(SAW)电流传感器。以中心频率150 MHz的延迟线型SAW器件作为传感元,利用射频(RF)磁控溅射法在其表面SAW传播路径上沉积FeGa磁性薄膜,由此构建SAW电流传感器件。将研制的传感器件接入由放大器及混频器组成的振荡电路中,通过与未镀膜参考器件进行差分,其输出信号用作传感信号。在电磁场作用下,FeGa薄膜产生的磁致伸缩效应引起SAW传播速度的改变,最终以相应的差分振荡频率偏移来评估施加的电流值。为进一步提升传感器性能,通过控制不同的溅射功率及退火热处理等制备工艺来确定优化的制备条件。实验结果表明,当FeGa薄膜厚度为500 nm,溅射功率为100 W,退火热处理温度为300℃时,所研制的电流传感器线性度及重复性良好,灵敏度较高(24.67 kHz/A)。     

一种新型高频率稳定度的SAW振荡器

作为声表面波(SAW)气体传感器的关键元件,SAW振荡器的频率稳定度直接影响到传感器的灵敏度和检测下限。因此,提高SAW振荡器的频率稳定度是传感器研究的关键。该文在ST石英基片上研制了一种具有低插入损耗(10 dB内)、单一模式控制的SAW双延迟线及振荡器,其频率稳定度达0.1×10-6量级,同时还分析了作为频控元件的延迟线品质因数及振荡电路温度对振荡器频率稳定度的影响。     

一种水平全向平面偶极子阵列天线

基于偶极子组阵结构,设计了一种具有水平全向辐射方向图和水平极化特性的平面天线。该天线由3只偶极子天线组成,每只振子弯折30°并上下交错印刷在PCB板的表面上,构成正六边形环,环的直径为0.45λ0(λ0为中心频率处的自由空间波长)。3只偶极子天线均采用SMA接头直接顶馈,从而省略了偶极子天线的馈电巴伦。通过优化偶极子天线振子长度和间距等结构参数,以及控制馈电相位,实现水平全向辐射。设计和加工制作了一只工作频率为2.45 GHz的天线样品,测试与仿真结果吻合良好,其|S11|≤10 dB的相对阻抗带宽为12.94%(2.367~2.684 GHz),水平全向增益约为1.42 dBi,不圆度小于±0.7 dB。     

频率可调太赫兹微结构光电导天线

太赫兹波低频段辐射计在地球大气和分子探测中的需求不断增加。在微波电开口谐振环等效电路模型及其谐振特性仿真设计的基础上,将微波谐振结构和传统带状线偶极子光电导天线结合,提出了新型微结构光电导天线,具有频率调节灵敏度高、谐振特性明显的优点。加工了不同尺寸的新型光电导天线和常规的带状线偶极子光电导天线实物,并进行了实验对比研究。两种类型的太赫兹辐射频谱明显不同,新型光电导天线由于微结构电开口谐振环的双频谐振特性出现了两个谐振峰,3 dB相对带宽约为50%,得到了窄带特性;而传统光电导天线只有单峰,3 dB相对带宽为93.07%,显然为宽谱特性。对于新型光电导天线的仿真和实测吻合较好,调节微结构天线的谐振环臂长可以获得较大的峰值频率移动相对值,从而也验证了理论模型、谐振单元仿真结果的有效性。     

基片集成波导式高温压力传感器的制备与测试北大核心

提出了一种新的无线无源高温压力传感器结构,该传感器的结构主要由含有内置空腔的基片集成圆波导（SICW）谐振器和集成于波导上金属面的缝隙天线两部分组成。共面波导天线（CPW）发出的频率电磁信号通过缝隙天线耦合到传感器内部,并经由缝隙天线反馈到共面波导天线。当外部压力作用于传感器的空腔上表面时,传感器的有效介电常数发生变化,从而导致传感器的谐振频率发生变化。传感器的试样通过高温共烧陶瓷（HTCC）微组装工艺与丝网印刷技术相结合进行制备。实验过程中,共面波导天线与网络分析仪进行连接,通过网络分析仪对天线的S11参数进行测试,进而可以从频率曲线中对传感器的谐振频率进行提取。通过对制备的传感器进行不同温度下的压力测试,发现提出的压力传感器在800℃高温下仍然可以正常工作,在800℃时传感器的测试灵敏度为0.124 5 MHz/kPa。     

基于声表面波技术的高压开关柜温度监测系统

高压开关柜温度监测系统是保障开关柜可靠运行的重要部分,该文论述了基于声表面波(SAW)的温度监测技术,提出了一种基于SAW技术的测温系统,给出传感器的压电材料、设计结构和阅读器的结构图。目前该系统已在110kV以上变电站应用,运行稳定、效果良好。     

用于植入式连续血糖监测系统的双宽频天线设计

为提高植入式连续血糖监测系统的数据传输能力并增加续航时间,设计了一种用于植入式连续血糖监测装置的双宽频天线。辐射单元和地板的材质采用多层石墨烯薄膜,辐射单元通过内外枝节在辐射单元表面弯折从而延长有效电流路径、降低植入式天线的谐振频率、减小天线尺寸。在地板中间增加一个H 形槽可以调节辐射单元与地板之间的能量耦合,在频段内增加谐振点,产生多频特性。详细分析了辐射贴片枝节宽度、H 形槽接地板、天线表面镀不同生物相容材料、石墨烯材料厚度、植入深度等对天线性能的影响。结果表明,设计的天线具有双频、宽带性能,体积为9 mm×9 mm×0.635 mm,ISM 频段带宽覆盖为831~1015 MHz,WMTS频段带宽覆盖1.37~1.58 GHz,辐射效率和增益特性良好,对植入式连续血糖监测系统既能进行无线能量传输,又能进行数据的遥测遥控。     

用SAW延迟线振荡器探测微量化学气体

证明了SAW延迟线振荡器的谐振频率对淀积在延迟线表面上的有机薄膜很敏感。理论指出SAW器件对质量负载的灵敏度取决于谐振频率的平方。用谐振频率为31,51和112MHz涂有严格控制成分及厚度的有机膜的器件对这个关系进行了实验研究。若器件用上合适的吸附性涂层,可将SAW振荡器的质量灵敏度用于制造非常灵敏的化学传感器。从工作频率为290MHz的SAW延迟线振荡器(是迄今所报道过的最高频率的SAW化学传感器)得到的结果表明,要对浓度大体低于1×10~(-4)(以体积计)的有机气体进行快速探测是容易办到的。     

基于分形结构的纸基RFID标签天线研究

在低质基材上研究只有分形结构的RFID标签天线尺寸缩减特性。在偶极子天线加载分支线特性的研究基础上,提出基于Manderlbrot和“分形树”结构的RFID标签天线设计。通过矩量法仿真,给出了两种分形结构标签天线的谐振频率、反射系数及方向图。并制作了纸质基材的3阶分形树结构RFID标签天线实物。仿真和测试结果表明,“分形树”标签天线结构简单,具有较好的尺寸缩减特性。