声表面波标签的小型化天线设计与测试

声表面波标签具有无源无线等优点,但现有标签天线尺寸较大,限制了其在很多场合的应用。通过弯折偶极子天线臂的方式以实现声表面波标签天线的小型化,采用HFSS软件对小型化天线的尺寸参数进行了扫描分析和优化设计,实际测试了天线性能和相应的系统识别距离,并采用ADS软件对标签芯片和标签天线进行了阻抗匹配。小型化天线尺寸仅28 mm×34 mm,远小于原有天线的尺寸,且系统识别距离可达3.2 m,满足大多数场合的应用要求。     

一种小型WLAN双频天线的设计

为了适应无线局域网(WLAN)通信技术的要求,需要设计一种能够同时在高、低两个频段工作的小型天线,并且在工作频段内具有全向辐射性能.针对上述问题,设计了一副小型化WLAN双频天线.天线的辐射结构是由两个矩形贴片和一个倒锥形贴片组合形成,通过在天线辐射贴片中间加载一个圆环缝隙,从而实现了双频效果.和常规的双频微带贴片天线相比,天线的尺寸可以大大减小.仿真和实测结果表明,改进的天线单元达到了设计要求,验证了设计方法的有效性和可行性,具有十分良好的应用潜质.     

应用于WSN的小型化微带天线的研究

基于目前对WSN(无线传感器网络)的需求,本文设计了一种工作在2.4GHz的小型化的矩形开槽微带贴片天线,由于采用了曲流技术,该天线比一般微带天线要小,当工作在2.4GHz时,其导波波长为70mm,天线尺寸为29mm×29mm,长宽均为导波波长的0.4倍。仿真与测试结果表明,实验结果与仿真结果基本吻合。天线的-10dB带宽为24MHz(2.38GHz-2.404GHz),天线的辐射特性较好,在-10dB带宽内,辐射增益均大于0dBi,而且在中心频率2.4GHz处达到最大值6dBi。     

基于谐振型无源SAW传感器的制造系统 热监测通信特性实验研究

为研究声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)传感器在制造系统中的通信特性,基于SAW技术,应用单端口谐振器,构建了制造系统中常见的两种情形,金属环境和旋转结构的温度测量装置。首先,分析了谐振型无源SAW传感器的温度测量原理,使用功率指标表示信号强度,以接收功率的对数来表达;其次,使用CST NWS仿真软件进行了金属板对无线信号通信特性影响的仿真实验,基于上述仿真模型在实际环境中使用金属板来验证仿真结果;最后,使用模拟主轴进行了旋转条件下的传输特性实验。实验结果表明,为保持SAW传感器的测量和数据传输性能,在制造系统中SAW传感器的最佳位置应考虑天线角度、方向、主轴转速、金属板位置和质询器天线与SAW传感器天线间隔距离等因素。研究结果将指导制造系统监测中SAW传感器的应用,并提供SAW传感器性能优化的理论依据。     

时域加窗技术改进无源无线SAW传感器测试研究

无源无线声表面波(SAW)传感器能工作在十分恶劣的环境中监控温度、应变、扭矩等因素的变化.利用无线测试传感器的群时延特性能方便地获得SAW传感器的谐振频率.但在一些复杂的环境中无线测试时会遇到环境反射的问题,此时测试的群时延曲线会产生畸变,不利于提取SAW传感器的谐振频率.利用测试群时延特性的方法搭建了测试系统,对测试结果使用了时域加窗技术.结果表明:时域加窗技术能够有效抑制环境反射对群时延的影响,这对于提高无源无线SAW传感器实际应用中的信噪比具有重要的意义.     

配电变压器油温油位一体化无源无线监测系统

针对配电变压器油位和油温监测方法(或手段)缺乏这一现状,提出了基于声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)无源无线传感技术的配电变压器油位和油温一体化监测方法。系统通过SAW传感技术的无源无线特性保证了传感器安装后设备免维护以及足够的电气安全。为保证传感器温度监测工作的可靠性,设计了差动结构传感器,并采用有限元/边界元方法优化了传感器温度敏感特性;创新地性采用磁控开关切换天线连接,以低成本实现了变压器油位状态的少油报警监视;通过设计新型环形平面倒F抗金属天线,实现了温度监测传感器和变压器原有油位计的一体化设计;实现了基于声表面波技术的配电变压器油温、油位在线监测系统。通过实验室以及现场实际测试,证实该系统能够实时、准确地测量变压器油顶层温度变化以及油位、温升和温升速率等监测量。     

基于高温烧结氧化铝陶瓷的无线无源温度传感器

通过高温烧结技术获得了总体尺寸为28 mm×28 mm×0.47 mm的氧化铝陶瓷基板,结合厚膜技术在该基板上印刷无源LC串联谐振电路,设计并制备了一种基于氧化铝陶瓷的无线无源温度传感器。在18℃~300℃的温度范围内实现了传感器的无线测试,测试结果表明该温度传感器呈现出了良好的线性特征,线性范围大且非线性误差小,其谐振频率对温度的灵敏度约为2.75 kHz/℃,可应用于高温恶劣环境下的温度检测。     

基于双层平面螺旋电感的无线柔性压力传感器结构设计

新型柔性传感器在电子皮肤、智能纺织、柔性机器人等领域得到了广泛的研究。目前多数传感器需要连接刚性的采集电路,这限制了设备柔软性、舒适性和轻盈度的提升。提出了一种基于双层平面螺旋电感的柔性无线无源压力传感器。该传感包含三层柔性层:双层平面螺旋电感(天线层)、高磁导率铁氧体膜和弹性织物层。其中,双层平面螺旋电感层包括两个旋转方向相反的平面线圈,形成具有大电感量、大电容量的LC谐振器。外界压力载荷改变传感器的谐振频率,进而被外界接收线圈无线检测。通过研究四种双层螺旋电感天线层的结构设计,传感器的灵敏度最大可达到0.11 MHz/k Pa,检测距离达到18 mm。这种基于双层平面螺旋电感的柔性无线无源压力传感器打破了有线电气连接的限制,可在下一代医疗系统、智能机器人等领域中发挥巨大的应用潜能。     

基于延迟线理论的新型无源声表面波传感器研究

基于声表面波的延迟线理论,设计出一款新型的无线无源SAW温度和压力混合传感器.该传感器中温度对信号的影响掺杂在检测压力变化的信号中,通过引入权重因子,把压力信号从温度和压力共同影响的混合信号中分离出来,从而达到温度和压力同时检测的目的.此设计充分利用了IDT的转换能量,减少了信号之间的干扰,并对IDT及反射器进行优化设计,提高了传感器的灵敏度.此传感器具有无线无源等特点,适合在复杂环境下工作.     

一种小型化平面倒置F型三频天线的设计

随着无线通信技术的发展,各种通信终端对天线的小型化和多频化提出了很高的要求;在这种形势下设计了一种小型化的平面倒置F型三频天线(PIFA);天线采取同轴馈电,辐射贴片开两个L型槽的方法,可在WLAN2.4/5GHz以及将来的WiMax3.5GHz 3个频段工作;应用ANSOFT公司的HFSS10.0(high frequency structure simulator)三维仿真软件,对天线尺寸进行设计和优化,最终得出一种小型化的平面倒置F型三频天线(PIFA),同时也验证了天线小型化和多频化方法的可行性;该天线满足新一代无线通信技术对天线频段和带宽的要求,并适合某些工程应用。     

无源声表面波谐振器的无线温度传感系统

介绍了一种基于声表面波谐振器的无源无线温度传感系统。作为传感器的谐振器受到正弦脉冲串的无线激励。因激励信号的中心频率不同于谐振器的谐振频率，所以回波信号是一调幅信号，其包络的主频就是谐振器的谐振频率和激励信号中心频率的差频。给出了传感系统的电路设计以及信号处理方法。实验数据和器件的温度系数吻合。     

基于SAW器件的微间隙压力监测传感器

声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)器件能进行无源无线通信,为微间隙等特殊环境下物理量的测量提供了新的解决思路.研究设计了一种基于声表面波延迟线的接触应力传感器.围绕微间隙环境,研究了声表面波器件的结构类型,并确定压力监测的技术方案;根据设计原理,设计一种新型声表面波传感器,并利用有限元分析法对压电基片进行应力仿真;将设计出的传感器进行实验测试并提出温度补偿.通过对声表面波传感器设计的探究,验证了利用声表面波传感器实现微间隙压力监测的可行性.     

基于极化和复用的SAW传感器阵列

针对谐振型声表面波(SAW)温度传感器难以灵活构建较大规模传感器阵列的问题,结合天线技术,基于极化和复用的思想,通过频分、时分、空间角度分集和极化,研究实现较大规模的SAW传感器阵列的方法。并通过实际测试,实验结果表明:在略微增加发射天线数目的代价下,阵列规模迅速增大,阵列中的传感器元能得到有效辨识。实验结果验证了设计方法的可行性。     

无线无源声表面波传感器研究进展

声表面波（SAW）传感器是一种无线无源传感器,在无源传感、适应恶劣环境等许多方面具有普通传感器不能实现的优点.阐述了声表面波器件的原理和结构特点,并对射频信号收发、信息处理等关键技术进行详细论述,综述了近些年国内外的相关研究现状,并进行了总结与展望.     

High-resolution high-voltage sensor based on SAW

A surface acoustic wave (SAW)-based high-voltage sensor is described. The sensor consists of a SAW oscillator fabricated on a 10 mm × 10 mm 128° rotated Y-cut, X-propagating LiNbO₃ substrate. The voltage is applied to electrodes on the substrate, and the resulting electric field changes the propagation time of the SAW. The propagation time is directly related to the output frequency of the SAW oscillator. The high-voltage sensor offers a small-sized high-voltage measurement device with several attractive features: a high resolution (better than 0.2 V up to 2.4 kV, better than 0.4 V for higher voltages), a large range (−10 to +10 kV), a high input impedance (> 10¹³ ω) and a low input capacitance (< 10 pF). The sensitivity amounts to 16 Hz V⁻¹.     

基于WIFI的无线声表面波传感器信号采集系统

将声表面波传感器与信号无线保真(WIFI)技术相结合,提出了一种基于WIFI的无线声表面波传感器信号采集系统.该系统由声表面波传感器、信号调理电路、处理器、WIFI模块和无线接收终端组成.声表面波传感器混频后的信号经过信号调理电路后,转换为处理器可计频的低频方波信号,并通过WIFI模块将采集到的信号无线发送到接收终端.通过一个输出信号范围在100 kHz~350 kHz声表面波传感器信号采集系统的实现,对该系统的结构、性能进行了验证和测试.实验结果表明,该系统可以实现测试范围内信号的采集、发送和无线接收,系统输入信号与无线接收终端接收信号之间的平均绝对误差为0.843 kHz,最大相对误差为0.51%,无障碍环境有效采集范围约为100 m,有障碍环境有效采集范围约为50 m.     

声表面波温度传感器的信号检测方法与实现

声表面波温度传感器的传感信号是在外界无线射频信号激励下输出的瞬态衰减信号,当传感器的谐振频率与激励信号频率相同时,传感器输出的传感信号功率最大。根据传感信号的特性提出了在给定频率范围内进行频域扫描的信号检测方法,依据该方法实现了用于信号检测的读写器的软硬件设计,分析了该读写器的性能,并将其应用于工程实践中。     

Highly sensitive mass sensor using film bulk acoustic resonator

Film bulk acoustic resonators (FBAR) have recently been adopted as alternatives to surface acoustic wave (SAW) in high frequency devices, due to their inherent advantages, such as low insertion loss, high power handling capability and small size. FBAR device can also be one of the standard components as mass sensor applications. FBAR sensors have high sensitivity, good linearity, low hysteresis and wide adaptability. In this study, a highly sensitive mass sensor using film bulk acoustic resonator was developed. The device structure of FBAR is simulated and designed by the Mason model, and fabricated using micro electromechanical systems (MEMS) processes. The fabricated FBAR sensor exhibits a resonant frequency of 2442.188 MHz, measured using an HP8720 network analyzer and a CASCADE probe station. Experimental results indicate that the mass loading effects agree with the simulated ones. Results of this study demonstrate that the sensitivity of the device can be achieved as high as 3654 Hz cm²/ng.     

导电聚合物薄膜声表面波传感器敏感特性研究

利用旋涂方法在声表面波(SAW)器件的延迟通道上制备了酞菁铜(CuPC)掺杂的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)敏感薄膜,并对制备的薄膜用四探针法和扫描电子显微镜(SEM)进行了测试和表征。结果表明:薄膜中的CuPC颗粒均匀分散在聚合物薄膜中,其粒径尺寸约为20 nm,薄膜的电导率在10-6Ω-1.cm-1量级。根据提出的理论模型,计算出由于敏感膜的质量变化与电导率的变化导致了中心频率的漂移,该漂移值的理论计算结果与实验验证结果相符。