锗酸铋声表面波沟槽栅脉冲压缩滤波器

声表面波沟槽栅脉冲压缩滤波器(RAC器件)是一种优良的色散延迟线.它利用声表面波在沟槽栅阵上的反射,形成色散时延,具有时延长、带宽大、寄生信号小、可以内加权、脉冲压缩性能好等特点.制作在锗酸铋材料上的RAC器件除这些特点外,由于声表面波速度比一般材料约低一倍,因而更适于制作小体积、大时延     

Implementation of GHz SAW filters using quasi-harmonic interdigital transducers

本文利用准谐频设计方法,在常规光刻工艺水平上,成功地实现了GHz级声表面波(SAW)器件。准谐频叉指换能器(QHIDT)的优点为其指条宽与指间隙可以比一般的单指换能器宽,克服了单指换能器内指间的多次反射,并且又较好地解决了普通谐频叉指换能器基频抑制不好的缺点。本文给出了制作在ST石英基片上,工作频率1128MHz的声表面波滤波器的实验结果。     

GaN的声表面波特性研究

采用金属有机物化学气相外延方法在(0001)面蓝宝石上生长了高质量、高阻的未掺杂(0001)面GaN薄膜。为精确测量GaN薄膜材料的声表面波特性，在GaN薄膜表面上沉积了金属叉指换能器，叉指换能器采用等叉指结构，叉指的数目为40对，叉指间距为15μm。采用脉冲法测量了声表面波在自由表面和金属表面上的速度，并通过计算得到了机电耦合系数(κ^2)。所测量的声表面波速度（ν)为5667m／s，机电耦合系数(κ^2)为1．9％。     

换能器加权的均匀槽深沟槽反射栅脉冲压缩滤波器

本文研究了均匀槽深的沟槽反射栅脉冲压缩滤波器的幅度加权新方法——换能器加权。此时,在沟槽反射栅脉冲压缩滤波器中的输入和输出换能器构成一个用于加权目的的横向滤波器。此外,我们也讨论了槽宽加权,它可以作为一种加权辅助方法。 利用上述新方法,研制了两种器件,旁瓣抑制分别达到 31dB和32dB。这是在没有采取金属条相位补偿措施下获得的,此结果还是较满意的。     

利用准谐频叉指换能器实现GHz高频SAW滤波器

本文利用准谐频设计方法,在常规光刻工艺水平上,成功地实现了ＧＨＺ级声表面波（ＳＡＷ）器件,准谐频叉指换能器（ＱＨＩＤＴ）的优点为：其指条宽与指间隙可以比一般的单指换能器宽,克服了单指换能器内指间的多次反射,并且又较好地解决了普通谐频叉指换能器基频抑制不好的缺点,本文给出了制作在ＳＴ石英基片上,工作频率１１２８ＭＨＺ的声表面波滤波器的实验结果。     

用于电流传感的声表面波磁致伸缩效应

利用声表面波(SAW)磁致伸缩效应可以实现一种快速、高灵敏度的电流检测方法,但磁致伸缩薄膜内部矫顽力导致了明显的磁滞误差。磁致伸缩薄膜的栅阵化设计可以减小磁致伸缩时薄膜内部矫顽力,抑制磁滞现象,从而实现高灵敏和低迟滞误差的SAW电流检测。结合有限元和耦合模理论对沉积铁钴(FeCo)薄膜栅阵的声表面波电流传感器中的磁致伸缩效应进行分析,对传感响应进行仿真,确定优化的传感结构参数。为验证理论分析,实验研制了频率为150 MHz的声表面波电流传感器件,并结合差分振荡电路及亥姆霍兹线圈,建立传感器测试系统.实验结果表明,磁致伸缩薄膜的栅阵设计大幅降低了迟滞误差,并显著提升了传感器灵敏度。      

应用于无线传感器的声表面波反射型延迟线的耦合模分析

基于耦合模理论对一种应用于无线传感器的声表面波(SAW)反射型延迟线的性能进行了优化模拟分析。结合混合等效电路模型推导出评价这种器件性能的时域反射系数S₁₁。典型的SAW反射型延迟线包含置于压电基片之上的一个换能器与沿声波传播方向设置的多个反射器。讨论了器件性能的各种结构性影响因素如换能器结构以及反射器类型等,并以此获得优化的器件设计参数。在理论优化分析的基础上,以41°YX LiNbO₃为压电基片,结合铝电极试验制作了采用单向单相换能器(SPUDT)与3个短路栅反射器的440 MHz SAW反射型延迟线器件,并与理论分析结果予以对比与评价分析。      

谐振式检测器谐振腔对声表面波气相色谱仪灵敏度的影响

研究了谐振式检测器谐振腔对声表面波气相色谱仪灵敏度的影响。构建无液膜负载和有液膜负载下压电基片和金属指条结构的三维有限元模型,利用有限元方法提取不同周期结构的耦合模参量,结合P矩阵级联技术,推导出传感器灵敏度随检测器腔体结构改变的变化关系。实验制备了两种三换能器结构的声表面波谐振器,其输入换能器与输出换能器间距离分别为22.25倍波长和1.25倍波长,通过测试甲基膦酸二甲酯气体,验证理论计算结果。结果表明:缩短谐振器的谐振腔长度使器件中心处能量更为集中,有效地提高了声表面波气相色谱仪灵敏度。      

新型声表面波电流传感器*

将声表面波技术的快速响应特点与磁致伸缩薄膜的高磁敏特点相结合,可实现一种快速、高灵敏、稳定可靠的新型电流检测技术。传感器由双通道差分式振荡器与沉积在传感通道器件表面的声传播路径上的磁致伸缩薄膜组成。该文基于分层介质中声传播理论及磁致伸缩效应,对声表面波电流传感机理进行了分析,以实现对传感器结构的优化设计。实验研制了采用铁钴(FeCo)薄膜的声表面波电流传感器,测试结果表明,该传感器具有快速响应和高灵敏特点。为抑制磁致伸缩薄膜自身的剩磁效应所带来的高磁滞误差,采用的有效途径是将沉积的磁致伸缩薄膜进行图形化设计。实验结果表明,采用栅阵化FeCo薄膜结构的传感器表现出更高检测灵敏度、更好线性及更低的磁滞误差。     

由于表面粗糙引起的激光声表面波色散的实验和理论研究

表面粗糙是材料制造过程中必有的副产物, 粗糙表面会引起其中传播的声表面波的速度发生变化. 在利用激光声表面波对材料性质进行评估时, 常用宽带的激光声表面波速度频散特性对材料性质进行反演. 为了研究表面粗糙度是否能作为反演的特征参数之一, 本文建立了激光在表面粗糙样品中激发声表面波、聚偏氟乙烯换能器宽带接收声表面波的实验装置来研究不同粗糙度表面对声表面波速度的影响; 理论上建立了激光在粗糙表面中激发声表面波的计算模型, 利用有限元法得到声表面波的时域特征, 并进一步得到声表面波的速度色散曲线, 理论结果和实验结果能很好地拟合. 这为利用激光声表面波对表面粗糙的评估提供理论和实验依据. 关键词： 表面粗糙 激光声表面波 速度色散 聚偏氟乙烯传感器 有限元法     

利用锥型换能器的宽带低损耗声表面波滤波器设计

分析锥型换能器的基本原则是把换能器沿孔径方向划分成足够多的通道来进行近似,设计制作的关键是加权技术和数据处理技巧。由于SPUDT的特性,把EWC型的SPUDT引入到锥型换能器对制作宽带、低损耗器件是十分有用的;我们在Y128°LN基片上采用一般型和SPUDT型锥型换能器制作了相对带宽约15%的声表面波滤波器,一个换能器采用“块加权”,另一个换能器采用抽指加权。文中给出了两种器件的实验结果,SPUDT型声表面波滤波器的插损仅7.5dB。     

时间延迟型声表面波无源传感器的无线访问

介绍了一种基于无源声表面波（ＳＡＷ）器件的无线传感器．作为敏感器件的 ＳＡＷ器件由作为换能器的 ＩＤ－Ｔａｇ和一组反射栅组成．由访问系统发射出的电磁波通过 ＩＤ－Ｔａｇ在 ＳＡＷ器件上激励起声表面波,此声表面波在器件表面传播,被ＳＡＷ器件本身状态参数调制后,反射回波再通过ＩＤ－Ｔａｇ转变成电磁波向空间发射．因此对访问系统接收到的回波信号进行分析即可得到被测量。即实现了无线传感．由于以ＳＡＷ器件为敏感元件可以研制各种各样的物理量、化学量传感器,这种无线访问传感系统可在各种场合得到应用．     

声表面波脉冲压缩滤波器主副瓣比的提高

声表面波脉冲压缩滤波器是脉冲压缩体制雷达中的关键部件,它由压电基片上刻蚀两列叉指金属电极构成,有单色散和双色散两种结构。滤波器的主瓣电平与旁瓣电平的比(简称主副瓣比)是此类器件的一个关键技术指标。 我们曾对双色散声表面波脉冲压缩滤波器作了一些研究。在此基础上我们进一步提高了主副瓣比。结果如下:     

具有单相单向换能器的水平剪切声表面波压力传感器插入损耗特性

为实现水平剪切声表面波压力传感器低损耗设计,系统研究了均匀叉指换能器(IDT)和单相单向换能器(SPUDT)器件的声波能量损耗性能。在确定最优反射系数的SPUDT结构的基础上,建立3D周期性有限元仿真模型,计算器件表面振动位移和双向输出电压瞬态响应。通过对电压信号进行傅里叶变换获得器件模型的插入损耗,并制备两种不同换能器的声学传感器,测试其频率特性和灵敏度。与均匀IDT相比,基于SPUDT器件插入损耗的仿真和实验结果分别降低了5.2 dB和5.6 dB,SPUDT器件灵敏度约为均匀IDT器件的两倍。结果表明,SPUDT能有效降低SH-SAW压力传感器声波能量的单向损耗,提高检测灵敏度,且构建的3D周期性有限元仿真模型有助于声学传感器的声波损耗分析,实现高精度和小型化的声学测量系统。      

声表面波器件变频快速模拟方法*

声表面波器件的级联有限元模拟方法是从整体结构中分离出若干独立的基本单元,通过基本单元边界矩阵的级联实现有限长器件结构的模拟。在实际设计中,通过优化叉指换能器的指条周期,激发出不同波长的声表面波,调整声表面波器件的谐振频率,这导致级联有限元模拟方法存在频繁的单元建模与数据传输过程。为提高模拟效率,该文提出了一种波长(频率)变化时的级联有限元快速模拟方法。首先分析了不同波长对应单元系统矩阵间的关系,引入参考波长及波长变化因子,建立单元系统矩阵与波长之间的简易函数关系。接着利用参考波长的有限元模型快速计算出不同波长对应的单元系统矩阵,避免了多次单元建模与大量数据传输过程。最后利用边界矩阵的级联计算器件的频域响应,证明了该方法的有效性。     

超小型声表面波谐振器

传统声表面波谐振器中的指条反射阵占据了器件的大部分尺寸。由于剪切横波(SH wave)在材料基片的自由端面反射时不产生模式转换,因此可望利用自由端面来代替SH型声表面波谐振器中的指条反射阵,实现超小型低损耗的新型声表面波谐振器。本文首先用COM理论对新结构的谐振器进行了讨论,并且在实验上实现了120MHz至440MHz的几个单端谐振器(ST36°石英基片),其插入损耗从0.87dB至1.29dB,面积缩小到传统谐振器的50％至25％。     

百MW过模结构太赫兹源特性

采用粒子模拟方法对一种基于过模结构的表面波振荡器相对论太赫兹源进行了研究,模拟得到了频率为0.148 THz的电磁波输出,主要输出模式为TM01模式。该结构的特点是没有反射结构,电磁波会进入二极管区域。研究了电子束电压和二极管区域内电磁场对输出功率和频率的影响以及器件几何结构参数对输出功率的影响。计算结果表明,泄露到二极管区域的电磁波对器件工作状态影响很小,但是二极管参数对器件的输出功率影响很大。     

ZnO/Diamond/Si结构中声表面波传播特性分析

基于递归刚度矩阵方法, 建立了多层结构声表面波表面有效介电常数模型, 计算出了ZnO/Si结构声表面波的相速度频散特性, 与实验结果符合较好, 表明本文所建模型的准确性和有效性. 进一步计算得到了三层结构(ZnO/Diamond/Si)声表面波的相速度和机电耦合系数的频散规律, 获得此结构最优的高波速和高机电耦合系数组合及达到最优组合所需控制的变量, 为高频高性能声表面波器件设计和优化提供了有益参考. 关键词： 声表面波 多层结构 递归刚度矩阵 表面有效介电常数     

双色散声表面波脉冲压缩滤波器的加权修正

本文给出了双色散声表面波脉冲压缩滤波器的一种改进的设计方法.这方法是在利用计算机进行器件性能模拟的基础上,修正指长加权包络,得出简单易行的近似设计公式.按此设计公式设计制作了三种脉冲压缩滤波器,实验结果是主付瓣比最好达到37dB.     

移动通讯用声表面波器件发展近况

本文首先回顾了民用声表面波器件的最新发展概况．随着移动通讯的发展，声表面波器件的最大应用市场将是通讯，而低插损声表面波滤波器成为新的研究高潮．本文因此随后简要介绍了几种主要的低插损结构的研究情况及其在移动通讯中的应用．最后，展望了声表面波器件的发展趋势．