射频SAW器件非线性信号的测量及产生机制分析

射频前端的高度集成和高能量密度使声表面波(SAW)器件的非线性问题愈发严重。该文搭建了射频SAW器件非线性信号的测量系统,对SAW谐振器的二次谐波(H2)和三次谐波(H3)信号进行了准确测量。分析测量结果,讨论了非线性谐波信号的产生机制,并通过非线性有限元(FEM)模型仿真结果与测量结果拟合对比,验证了介电非线性和声应变的非线性效应对谐波产生的影响,为进一步研究非线性抑制方法,设计高线性度SAW器件提供了重要支撑。     

超大带宽高频XBAR谐振器研究

随着第五代移动通信(5G)时代的到来,高频、大带宽的谐振器成为通信行业的迫切需求。该文设计制备了一款可实现高频超大带宽的横向激发体声波谐振器(XBAR)。该谐振器A1模式的谐振频率为5.81 GHz,机电耦合系数可达39.6%,Q-3 dB为248;A3模式的谐振频率高达17.04 GHz,机电耦合系数为7.0%。该谐振器A1和A3模式的频率温度漂移系数(TCF)分别为-72.6×10^-6/℃和-38.5×10^-6/℃。此外,该文还提出了一种新型叉指电极(IDT)结构,该结构可以抑制寄生模式,提升谐振器性能。     

声表面波器件中非同步区域体波散射的抑制

用有限元/边界元法(FEM/BEM)研究了表面波器件中非同步区域中体波散射引起的损耗。以典型的hiccup单端对谐振器作参考结构,用结构参数缓慢变化的间隙取代其中间的自由间隙。研究发现,改变间隙参数可在保持谐振频率不变的同时,提高谐振器的品质因数值。对分布间隙和风琴间隙两种间隙结构进行对比,结果表明,前者优于后者。将传统DMS滤波器中的金属化间隙以分布间隙取代,可找到一个优化的分布间隙结构,使插损提高0.3 dB。     

沥青混凝土面板低温疲劳破坏的实验研究

我国北方地区的土石坝和水池的防渗沥青混凝土面板,常出现低温裂缝。因此,对沥青混凝土在低温条件下的温度应力疲劳进行实验研究很有必要.本项研究研制了适用于沥青混凝土低温低周大变形的弯曲疲劳试验机,进行了沥青混凝土在不同低温下的疲劳破坏性能试验。对试验结果用粘弹性理论和推广的应变区分法(SRP)和应变能区分法(SEP)进行了分析,首次得出了沥青混凝土的疲劳寿命与弯曲应力、应变和应变能的关系,并试用于实际工程的予测.     

周期栅格中的场与COM参量提取

从耦合模式模型(COM)方程出发,得到周期短路栅格与开路栅格中场分布的解析表达式,利用给出COM参量,研究了场分布的特征,通过对解析表达式和典型频率的场分布图形的研究,找到与场分布有关的一些特征量,并将这些特征量与COM参量通过一定的解析关系联系起来.在用其他方法得到了周期栅格中的场分布时,可拟合场分布包含的这些特征量从而得出对应的COM参量.该文给出了一种从场分布提取随频率变化的COM参量的方法.     

高Q值横向激发体声波谐振器的设计与制备

随着5G移动通信时代的发展,射频前端(RF front-ends)的滤波和信号处理迫切需要高频大带宽的声学谐振器。横向激发体声波谐振器(XBAR)具有超高的工作频率和超大的机电耦合系数(k²),但其品质因数(Q)值不高,阻碍了其在射频前端中的应用。该文提出了一种基于ZY切铌酸锂(LiNbO₃)的XBAR谐振器,通过有限元(FEM)仿真对谐振器进行了优化设计,并在微机电系统(MEMS)工艺下对谐振器进行加工。该文所制备的横向激发体声波谐振器A₁模式的谐振频率为4.72 GHz,k²=26.9%,Q_{3 dB}为384,温度频率漂移系数为-60.5×10^-6/℃。A₃模式的谐振频率为13.5 GHz,k²=4.4%。     

声表面波纵向耦合谐振滤波器通带特性研究

在理论方面,作者应用COM理论分析研究了纵向耦合谐振滤波器通带波纹大小和耦合换能器与输入/输出换能器间距离的关系。在工艺上,作者采用剥离工艺制作了相应的纵向耦合谐振滤波器,并给出了所设计的纵向耦合谐振滤波器频率响应的测试结果。实验测得样品滤波器中心频率为895 MHz,1 dB带宽40.5 MHz,阻带抑制达到47 dB,插入损耗3.8 dB,通带波纹小于0.9 dB。实验与理论分析比较一致。     

基于薄膜IPD工艺的N77频段多零点带通滤波器设计

针对微波滤波器对高性能和低成本的应用需求,将薄膜集成无源器件(Integrated Passive Device, IPD)工艺与印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)工艺相结合,设计了一款含有三个传输零点的宽带集总带通滤波器。为提升器件Q值,降低带内损耗并缩小器件尺寸,将滤波器谐振回路的电感以三维电感的形式设置于金属层较厚的PCB基板中,而其他电路结构则被集成在高阻硅基片上,通过倒装焊植球的方式(Flip-Chip Ball Grid Array, FBGA)将高阻硅基芯片键合到基板上。为验证理论的有效性,加工制备了一款N77频段的带通滤波器,其不包括外部管脚的整体尺寸为2.2 mm×3.0 mm, 1 dB带宽为918 MHz,带测试板的实测插损为-2.58 dB。测试结果与预期的仿真结果达成一致。     

基于有限长FEM/BEM提取COM参量

介绍了一种理论提取耦合模式模型(COM)参量的方法。利用有限长有限法/边界元法(FEM/BEM)计算声表面波同步单端对谐振器的导纳曲线,根据导纳曲线与表面波色散特性相关的特征量,通过解析计算、单变量拟合、再次单变量拟合及两变量拟合4个步骤依次提取出全部COM参量。与传统方法相比,该方法简单、稳定、可靠。根据得到的COM参量对一种混合结构的滤波器进行了模拟,与直接使用FEM/BEM得到的结果符合较好,验证了所提取的COM参量的准确性。     

基于FEM/BEM方法的表面声场体波模式数值研究

采用有限元/边界元法(FEM/BEM),分析了有限长叉指换能器在半无限大压电晶体128°YX-LiNbO3中激发的表面波和体波在晶体表面上的分布情况。通过对频域内表面声场的分析,得到了表面上三个位移场分量含有的声波模式,对相应时域内各场分量的体波脉冲振幅进行处理,详细分析了各个模式的体波脉冲振幅随时间的分布关系。结果表明,除Rayleigh型表面波外,各场分量中还包含不同成分和比例的体波模式;在场分量1和场分量3中占主要成分的准纵波,以及在场分量2中占主要成分的准慢切变波,在表面上其传播损耗以指数衰减。