摘要:根据椭圆函数响应,采用相对介电常数为 37 的高品质因数微波介质材料,该文设计了一种低损耗、连体式四级介质滤波器。通过1-4谐振器之间使用级联四元组(CQ)电容加载耦合,经优化后滤波器中心频率为1 268 MHz,工作带宽为25 MHz,插入损耗≤2.5 dB,回波损耗≥18 dB,近端带外抑制≥40 dB。根据仿真模型结构参数,优化成型和金属化工艺,制备得到的样品,通过可靠性环境试验表明,该滤波器的性能测试结果与仿真结果吻合良好。

摘要:针对陶瓷介质滤波器装配焊接过程中出现介质胚体开裂的问题,通过对裂纹特征观察和材料物理性质分析,在金属屏蔽罩装接、印制板焊盘设计和回流焊工艺等方面进行改进。对焊接后的器件进行温度和力学等可靠性试验,产品测试合格率为100%,破坏性物理分析(DPA)剖样观察到介质滤波器不存在开裂或微裂纹的失效隐患。结果表明,该焊接工艺能解决陶瓷介质滤波器的焊接裂纹问题,实现了较高的产品可靠性。

摘要: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%。

摘要:该文研究了电极边界阶梯结构对薄膜体声波谐振器(FBAR)杂波的影响。采用有限元仿真法讨论了阶梯结构宽度尺寸对杂波的抑制效果,结合振型分析该结构能抑制声波能量的泄露,提高器件品质因数。为了进一步验证仿真结果,实验制备了FBAR器件。测试结果表明,当该阶梯结构凸起宽度为3 μm,凹陷宽度为1.5 μm时,谐振器杂波被有效抑制,反谐振频率处的品质因数约增大100。

摘要:该文从微波陶瓷材料NP37本身出发,压制标准件,通过对密度、电性能测试及内部切片形态观测验证不同成型压力、烧结设备(气氛炉和隧道炉)、烧结温度工艺下对坯体制作性能及可靠性的影响。研究表明,在成型压力2 000 kg、隧道炉1 160 ℃烧结工艺下,坯体性能及可靠性测试结果最佳。将其用于介质滤波器的坯体制作、介质滤波器坯体的切片、扫描电镜(SEM)测试、热震试验及温度冲击试验,结果验证了此成型烧结工艺可靠性较高。结果表明,通过验证标准件成型烧结工艺指导介质滤波器生产的方法能有效地提高产品可靠性。

摘要:该文介绍了一种新型多功能厘米波频率合成器,利用锁相倍频的方式,首次将直接数字频率合成器(DDS)输出的连续波(步进1 MHz)、常规脉冲、重频抖动、重频参差、双脉冲、捷变频信号、组变信号、二相编码和线性调频等信号搬移至0.8~18 GHz频段,外形尺寸为76 mm×70 mm×10 mm,体积约为传统类似频率综合器项目的1/20,具有工作频带宽、频率高、体积小等优点。

摘要:针对低频声学器件的小型化、大带宽问题,该文基于Y切-铌酸锂压电薄膜激发了反对称A0兰姆波模式,并采用有限元法对A0模式进行了结构设计与理论分析。研究了铌酸锂切型、电极材料、金属化比及膜层厚度变化对声速和机电耦合系数等性能的影响。结果表明,特定结构下,与常规声表面波相比,A0模式兰姆波声速较小,机电耦合系数较大,有利于低频声学滤波器小型化设计。通过研究不同结构对谐振器A0模式兰姆波的横向模态的影响,实现了杂波抑制。

摘要:提出了一种齿状缺陷地低通传输线结构,该低通传输线由多级齿状缺陷地构成,通过调节齿状缺陷地枝节长度,可以有效调节低通和阻带频率范围。利用该齿状缺陷地结构,级联交叉耦合扇形基片集成波导(SIW)滤波器,该文设计了一款高带外抑制的宽阻带滤波器,与传统SIW带通滤波器相比,其矩形系数K_{40 dB}=2,阻带范围大于2倍的中心频率,具有较好的通带和阻带选择特性。测试结果表明,滤波器的中心频率为10.35 GHz,3 dB和40 dB带宽分别为507 MHz和1.05 GHz,插入损耗优于1.47 dB,与仿真结果基本一致。

摘要:采用传统固相反应法制备了Ca_0.5(Na_0.5Bi_0.5)_0.5-3x(Li_0.5Ce_0.5)_3xBi₂TaNb_0.99Mn_0.01O₉(CNBTNM-LC100x)高居里温度(T_C)压电陶瓷。研究了Li、Ce复合离子掺杂对陶瓷结构和电学性质的影响。结果表明,随着Li、Ce掺杂量的增加,CNBTNM-LC100x陶瓷的晶体结构趋于由正交相向四方相转变,压电常数d₃₃逐渐增大,当x＞0.04(x为摩尔分数)时,d₃₃趋于降低。x=0.04时,具有最优的综合电学性能,d₃₃约为15.9 pC/N,600 ℃下直流电阻率ρ约为5.9×10⁵ Ω·cm,介电损耗tan δ(1 MHz)约为7%,T_C约为887 ℃。

摘要:发达的现代通信设备对时钟源器件提出了更高的要求,在保障频率信号稳定的同时还需要器件具备可集成、微型化等特点,微机电系统(MEMS)振荡器因其具备这些优势,已逐渐替代传统振荡器,成为电子设备中信号源的常用元器件。该文设计了一种MEMS振荡器并对其进行仿真测试,该振荡器的核心选频器件由Lamb波压电谐振器组成,在应用于振荡电路前,对设计的MEMS谐振器进行了仿真测试,并提出两种优化其寄生模态的方法,所得谐振器的品质因数(Q)为1 357.5,串联谐振频率为70.384 MHz。将优化后谐振器应用于振荡电路后,对振荡器输出信号和相位噪声进行测试,结果表明,MEMS振荡器的输出载波频率为70.58 MHz,相位噪声为-64.299 dBc/Hz@1 Hz及-144.209 dBc/Hz@10 kHz。

摘要:采用第一性原理计算方法研究了掺杂不同Mg（r(Mg),摩尔比）的ZnO材料的电子结构与压电性能。研究发现，随着r(Mg)的增加，ZnO晶格常数c与a的比值（c/a）减小，材料禁带宽度增大。当r(Mg)=0.3时，其带隙达到最大值（为1.493 eV）。态密度与差分电荷密度计算结果表明，其带隙增大的原因是导带中Zn-3d态向高能端移动。Mg的引入有助于提升ZnO材料的压电性能，其压电系数从本征的1.302 72 C/m²提升至1.355 88 C/m²，压电系数的提高可能来源于四方因子c/a数值减小引起的结构畸变。

摘要:为降低材料杨氏模量温度漂移和热应力对谐振式压力传感器温度漂移的影响,该文设计了一种基于Si-SiO₂复合H形谐振梁和双谐振器结构的低温度敏感度谐振压力传感器。通过有限元仿真软件COMSOL对传感器进行仿真验证。结果表明,在0~350 kPa内传感器灵敏度可达21.146 Hz/kPa,-50~125 ℃内零点温度漂移低至0.2 Hz/℃。与全硅结构相比,灵敏度温度漂移由339×10^-6/℃降低至14.1×10^-6/℃,可适应工作温度范围较高的环境。

摘要:提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀螺的温度灵敏度为0.224 K·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.37%,具有陀螺效应,且灵敏度为1.8 mV·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.06%。该陀螺具有灵敏度高及工艺简单等特点,为后续结构优化提供了理论依据。

摘要:基于超声波润滑机理和挤压膜效应,该文提出了一种新型的压电超声触觉显示分析模型,并进行了理论和实验分析。在高挤压数状态下,推导出挤压力的解析表达式,开展了超声触觉显示分析模型振动特性实验和定性、定量摩擦辨别实验,探究了振动频率和激励电压对摩擦减少的影响,验证了压电超声触觉显示分析模型显著的减摩擦效果,为构建触觉显示剪切力模式提供了理论基础。

摘要:在干涉式光纤陀螺中,当调制信号超出限制并进行2π复位时,调制信号输入的调制量与输入角速度间出现了2π的相位差,这使实际的干涉相位出现左移或右移2π,即跨条纹工作。在光纤陀螺闭环系统中,跨条纹工作产生的误差体现在随机游走系数和非线性度上。该文通过优化调制方案建立跨条纹误差抵消机制,可使跨条纹产生的误差互相抵消,从而提高光纤陀螺的非线性度和随机游走系数。经过仿真和实验表明该方法有效。

摘要:高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压电材料敏感元件的谐振频率、反谐振频率及机电耦合系数的影响,并与传统1-3-2型压电复合材料进行了对比。结果表明,与传统型1-3-2压电复合材料相比,在相同间距条件下,改进型压电材料的机电耦合系数约大0.03。制做的3种不同间距改进型压电材料表明,间距为1 mm的改进型压电材料的机电耦合系数较大,约为0.68。

摘要:针对线性、单一的振动能量俘能器存在工作频带狭窄、只能采集单向振动等问题,该文提出了一种适应货运列车等多向振动应用场景的新型多向振动俘能装置,以增强对环境中振动能量的俘获。该装置结合压电和电磁俘能器,通过螺旋圆柱弹簧和顶端质量有效捕获多向振动,并通过磁力传递振动能量至压电梁。合理设计了弹簧-质量结构,使其在较低的频率范围内可实现多种振动模态,拓宽了俘能器的谐振频带。为了充分利用压电材料,采用了变宽度压电悬臂梁,使应力均匀分布。压电梁自由端的永磁体随着压电梁的振动而产生变化的磁场,在线圈中产生感应电压。通过有限元分析和实验测试,验证了复合式俘能器可以采集多向振动能量,并测试了在z向振动激励下压电、电磁及复合式俘能器的最大输出功率。在频率9.5 Hz、z向振幅2 mm的正弦波激励下,复合式俘能器输出最大功率为3.276 mW。该系统在理论上可为低功耗传感器提供持续电力,为机械能收集与能量转换领域提供技术支持。

摘要:压电材料作为重要的功能材料,广泛应用于社会的各领域,但其弹性常数的偏差会导致应用过程中出现错误的设计,弹性常数的正确表征对压电器件的正确设计尤为重要。与其他测量方法相比,电阻抗谱仅需要阻抗分析仪即可实现测量,通过测量阻抗谱反演获得压电材料的弹性常数。传统电阻抗谱法通过不断修正材料参数,使得测量阻抗谱和计算阻抗谱最大程度吻合,该过程需要多次迭代,计算量大,耗时较长。该文提出采用神经网络建立阻抗谱到弹性常数的正向模型,测量得到阻抗谱后仅需一次正向计算即可得到弹性常数。使用Comsol和Matlab联合仿真建立数据集,引入丢弃法避免模型过拟合,利用Pytorch建立模型,经过训练后,最大谐振频率偏差从初始2.8%降至0.8%。该技术为压电材料弹性常数精密测量提供可靠的理论与实践途径。

摘要:为解决可穿戴设备在复杂应用场景中无线信号响应范围较窄的问题,该文提出了一种柔性三频微带天线,在2.5 GHz、3.5 GHz、5.4 GHz微波频段采用双“T”型+双“L”型表面结构实现天线的谐振,采用聚酰亚胺为基底材料,纳米银为辐射贴片及接地面的导电材料以实现柔性化。使用ANSYS HFSS对天线进行建模并进行仿真分析,使用微滴喷射3D打印工艺对其加工,有效地解决了传统微机电系统(MEMS)加工在柔性电子领域上成本高及步骤复杂等问题。最后使用场发射扫描电镜分析打印面形貌,并使用矢量网络分析仪分别测试天线成品的回波损耗、可弯折性及弯折抗疲劳性,测试结果与仿真结果基本一致,且天线具有较好的弯折性能。

摘要:提出一种全新的基于柔性薄膜材料的高灵敏度、多参数汗液成分分析传感器,对敏感材料的特性及高灵敏度捕获机理进行了研究分析,设计了一种抗干扰信号采集电路,最终完成传感器样品制备,并搭建测试环境,对其关键性能指标进行了测试。结果表明,汗液传感器可实现对钾离子、钠离子、葡萄糖3种汗液成分的实时监测,在检测灵敏度和抗干扰性能上达到较好水平,与传统的检测仪器或单参数汗液传感器检测方法相比,在实用性上有很大的提升。

摘要:该文探讨了压电材料热释电效应产生的机理,得出压电换能器中压电陶瓷材料受温度变化会产生极化电荷,引起的热释电压会使压电换能器输出信号幅值增大,导致输出失效。因此针对热释电问题提出了两点解决方案。经过对比分析设计了一种ESD保护电路来解决热释电问题。该ESD保护电路通过设计一种改进型二极管钳位电路,针对压电换能器存在的极化电荷构建热释电释放环路,消除了热释电压对有用信号收发的影响。最后,通过对比实验验证了设计方案的可行性。

摘要:振动是自然界中普遍存在的现象,而压电材料可以将外界振动的机械能转化为电能,为微型机电系统、无线传感网络和嵌入式系统等提供能量,从而使得器件降低对电池能源供应的依赖。为了拓宽压电能量采集器的工作频带并提升其能量采集效率,该文设计了一种倾斜异长组合型压电能量采集器,通过理论分析得出该能量采集器的固有频率以及压电能量采集器的各组模态振型,通过有限元分析证明了理论推导的正确性,验证了在该设计中压电悬臂梁组数对压电能量采集器的影响规律。结果表明,倾斜异长组合型压电能量采集器可以实现多模态下的振动能量采集,提升能量采集效率。

摘要:能否快速准确地对超声速弹丸在靶面上的弹着点进行定位,是影响智能报靶系统性能的核心因素。在通过建立弹丸入射模型获取弹丸入射点的过程中,传感器的布局形式对弹丸入射精度的求解至关重要。针对如何选取最佳的传感器布局方法,该文提出使用几何精度因子(GDOP)精度分析与优化算法相结合的弹丸入射精度分析方法,通过计算高精度下弹丸入射精度等号线的面积,在特定范围内寻找最佳的传感器布局形式。基于弹丸入射精度分析法进行多组理论可行性仿真实验,实际情况下进行有限入射范围仿真实验及拓展实验等,最后得出基于高精度弹丸入射定位中传感器布局的基本规律。通过多组实验验证可得,该文提出的弹丸定位精度分析法可有效地选取高精度的传感器布局方式,且最优的传感器布局均符合高精度传感器布局的基本规律。

摘要:针对传统微动平台难以满足微/纳米定位的要求,该文结合液压放大原理,提出一种基于液压放大的两自由度压电微动平台,并对其进行了结构设计。采用正交设计方法对其进行有限元双向流固耦合分析,优化了其结构参数。研制了实物样机并进行试验研究。开环控制试验结果表明,当压电驱动器输入为90 μm时,压电微动平台最大输出位移为603.0 μm,放大倍数约为6.7;闭环控制试验结果表明,采用分段微分、积分、比例(PID)算法能降低超调量,且响应时间、稳态时间均减小,稳态误差降低（为±0.2 μm）,实现了微动平台的大范围输出精密定位。

摘要:实现二次平行封焊并达到气密性标准是气密性产品返修的关键。该文介绍了一种应用于二次平行封焊的工艺方法,通过对平行封焊后的气密性元器件进行激光开盖,在控制多余物产生后,利用机加工铣平壳体围框表面进行二次平行封焊。测试并分析了气密性元器件系统集成封装(SIP)模块二次平行封焊后的检漏。结果表明,细检漏率＜1.01×10^-8 Pa·m³/s,粗检漏无连续气泡产生,气密性满足电子与电器元件试验方法(GJB 360B-2009)要求。根据该文介绍的工艺方法可为多余物可控的气密性元器件实现二次平行封焊提供一种有效的解决方案。