Abstract:

为进一步提高LTE B3双工器频段间隔离度,利用系统级封装(SIP)技术设计了一种高隔离声表面波(SAW)双工器模组。该模组由2个SAW 双工器和3个耦合器组成,利用TX-RX路径的相位相消及耦合器的隔离度,实现单颗SAW 双工器上下行链路间隔离度的提高。采用阻抗元滤波器架构,实现了单颗SAW 双工器隔离度达51 dB。采用宽边带状线多层螺旋耦合线结构实现了工作宽带宽、集成小型化的3 dB耦合器。研制的模组测试结果表明,在B3频段内,尺寸为8.0 mm×8.0 mm×2.0 mm,插入损耗小于3.2 dB,回波损耗大于13 dB,隔离度优于65 dB,承受瞬间功率可达34 dBm。

Abstract:

为了满足窄带声表面波滤波器对品质因数Q 值和带外抑制日益增长的需求,提出了一种窄带滤波器设计方法。在基于新型POI结构谐振器的基础上,通过旋转谐振器达到改变波传播角度的目的,并利用二维全模型得到准确的实验数据,与原结构谐振器分别代入滤波器设计中进行比较。实验结果表明,该方法在一定程度上能够有效地增加带外抑制,对过渡带抑制能力有2~4 dB的提升,且具有设计简便,占用空间小等优点。

Abstract:

针对小体积声表面波(SAW)滤波器性能受封装影响较大的问题,提出了一种新型SAW 梯形滤波器电路拓扑结构。通过分析滤波器高频受封装影响造成的远端抑制上翘的现象,从电路结构出发,改变版图设计,实现了片上电感。采用传统梯形滤波器结构和利用纵向耦合双模谐振器型滤波器(DMS)特殊接地结构相结合的电路拓扑结构,有助于提高带外抑制和设计灵活性。在标准的42°Y-X 钽酸锂(LiTaO3)基板上制作滤波器,通过仿真分析得到中心频率2 580 MHz、带宽50 MHz、插入损耗小于2.5 dB的高阶梯形射频SAW 滤波器的最优拓扑结构。测试结果表明,通过改变电路拓扑结构关键参数和引入新的传输零点,可改善在高频段内的带外抑制特性。

Abstract:

针对射频微波电路中频率源宽带、小型化、通用化的应用需求,采用基于高温共烧陶瓷(HTCC)的系统级封装(SiP)技术实现宽带锁相源的小型化,并搭配多功能电路单元实现放大、分频、倍频等电路功能。设计的锁相源尺寸仅15 mm×12 mm×3 mm,搭配不同的内部功能电路, 其输出信号频率为0.1~40 GHz。测试结果表明其性能指标满足工程应用需求,对促进宽带锁相源的工程化应用具有重要作用。

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针对任意复杂膜系结构压电复合薄膜声表面波(SAW)器件横向杂波抑制及精确快速仿真方法,从数学上严格分析推导了有限长结构分层级联理论和色散2D-COM 模型,可精确快速地计算压电复合薄膜SAW 器件传播方向及孔径方向结构对杂波模式的影响,并通过色散2D-COM 模型对SAW 器件杂波抑制进行综合分析。通过对41° Y-X LiNbO3/SiO2/Si_poly/Si(111)复合衬底SAW 谐振器的优化设计与研制,结果表明,设计优化结果与实验结果吻合较好,验证了该方法的有效性和可行性。

Abstract:

针对封装管壳和版图电磁寄生参数导致射频声表面波(SAW)滤波器通带变窄及驻波增大等问题,提出一种能快速提取封装管壳和版图中电磁寄生效应的方法,精准模拟了封装和版图对滤波器性能的影响。首先利用有限元法(FEM)电磁仿真软件提取封装管壳的电磁寄生参数,再使用电路仿真软件将所设计出的滤波器结合所提取的封装寄生参数和滤波器版图直接进行联合仿真,此方法不需将版图在FEM 软件中再次进行电磁仿真,可提高时间利用率。此方法在中心频率为1 268 MHz、通带插入损耗小于1 dB、带内驻波小于1.6、带内波动为0.5 dB、带宽为24 MHz(相对带宽为1.8%)的SAW 滤波器上进行了验证,结果表明仿真结果与实测值吻合度较高。该设计中所用的SAW 谐振器均经过去嵌操作,能更精准地模拟实测滤波器的结果。

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在电子侦察领域,超宽带多通道接收前端对信道接收机起着至关重要的作用。提出了一种超宽带、多通道、低噪声、低灵敏度、大动态范围接收前端的设计方案。通过设计仿真和实物样机的研制测试,验证了该方案的可行性。与传统方案相比,该接收前端样机噪声系数和开关隔离度各提升20%以上,实物尺寸为53 mm×115 mm×9 mm,指标性能达到设计要求。

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设计了B41频段的声表面波(SAW)滤波器,利用三维电磁场仿真工具HFSS建立表面贴装器件(SMD)封装和芯片级(CSP)封装模型,对比两种封装的声-电磁联合仿真结果得出,在滤波器电路拓扑结构中,当2条不同并联支路连接在一起时,由于SMD封装键合引线的电磁寄生参数影响,滤波器在高频处的带外抑制会出现“上翘”。建立不同键合线数量、直径及长度的SMD封装模型,并仿真计算S 参数。对比仿真结果可知,随着键合线直径的增大和长度的减小,其等效电感逐渐变小,即键合线的电磁寄生参数逐渐减小,对SAW 滤波器性能的影响逐渐减弱,高频处的带外抑制性能得到优化。结果表明,CSP封装植球倒扣的电磁寄生参数更小,声-电磁联合仿真的结果更优,与实测结果吻合较好。

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针对兰姆波谐振器谐振频率在超过6 GHz时传输损耗高的问题,提出了一种基于具有明显带隙的声子晶体(PnC)阵列的锚杆,能有效提高薄膜铌酸锂兰姆波谐振器(LWR)的品质因数(Q),从而降低兰姆波滤波器的插入损耗。通过构建PnC结构有限元仿真模型研究了PnC结构的色散关系,采用PnC延迟线模型设计,研究了PnC阵列的传输特性,并通过建立谐振器性能的对比分析。结果表明,在谐振频率稳定的条件下,与传统均匀梁锚杆谐振器相比,PnC阵列锚杆谐振器的Q 值提升了5倍。

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基于多状态约束卡尔曼滤波的融合算法仅利用单帧图像进行位姿估计,若初始化不正确,会导致视觉位姿估计发散严重;若将每个视觉特征点都包含进系统状态向量,则极易增加系统计算负担。针对上述问题,提出了一种改进的关键帧选择算法,利用多个视觉关键帧对相同特征点的约束来减小视觉测量误差,提高定位精度,同时只将关键帧解算出的相机位姿融入系统状态向量,有效地降低了系统计算量。实验表明,改进算法与EKF相比,其定位精度和计算效率分别提升了29.09%和32.2%。与Orb-slam2相比,改进算法的计算效率提升了35.48%。

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针对在实际应用中组合导航系统存在的噪声干扰多变造成系统滤波精度降低问题,提出了基于交互式多模型(IMM)和平方根容积卡尔曼滤波(SCKF)(IMM-SCKF)算法。IMM-SCKF滤波算法拥有多个模型集,通过调节子模型的概率后进行融合输出,能够尽可能地模拟实际噪声协方差。仿真试验和道路试验结果均表明,IMM-SCKF算法的速度误差和位置误差均方根均优于传统单模型CKF算法,能有效提高组合导航系统的可靠性。在实际道路跑车试验中,与传统CKF算法相比,IMM-SCKF算法的东、北、天速度误差均方根分别降低了52%、55%、30%,位置误差均方根分别降低了47%、60%、32%,IMM-SCKF算法显著提高了系统的定位精度及抗干扰能力。

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石英晶体微天平(QCM)传感器以频率形式输出信号,具有成本低、响应快、灵敏度高等优点,因而使用多孔α-Al2O3 作为湿敏材料来提高QCM 传感器对湿度的检测灵敏度。基于QCM 传感原理,通过COMSOL软件研究不同结构尺寸对传感器谐振频率、品质因数、导纳的影响,优化传感器的几何参数。探究传感器在一定湿度范围内的灵敏度和动态特性,实验结果表明,该传感器具有显著的湿度辨别能力,最大频率响应可达到13 kHz,灵敏度为155 Hz/(%RH),响应、恢复时间分别为20 s和8 s。因此,使用多孔α-Al2O3 作为湿敏材料的QCM 传感器在湿度检测方面具有一定的可靠性和准确性。

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压电变形镜是自适应光学系统的执行机构。针对压电变形镜高精度、高动态应用的问题,设计了一款新型的压电陶瓷驱动电源,同时采取线性校正网络确保了放大电路的稳定性,并对影响输出精确度及非线性失真的原因进行了分析。实验结果表明,当驱动容性负载为0.33 μF时,该驱动电源的大信号带宽可达3 kHz,阶跃响应的上升时间优于80 μs,下降时间优于130 μs,输出线性度为99.6%。

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高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300 μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。

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在高温压力传感器中,与C型膜片相比,E型膜片的稳定性强,非线性误差小,相同挠度下灵敏度高。在微机电系统(MEMS)工艺流程中薄膜制备较重要,其形貌结构对传感器的性能影响较大。但E型薄膜的制备过程较难,为制备出形貌良好的E型(硅岛)薄膜,采用深反应离子刻蚀机,以SF6 为主要刻蚀气体,通过改变掩模材料对制备工艺进行优化改进,使用共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对刻蚀后的形貌进行表征。实验表明,通过使用ROL-7133负胶和SiO2 双掩膜,前烘90 s,中烘120 s,显影50 s,得到了硅岛高度为50 μm、背腔深度为450 μm 的E型薄膜,垂直度较高且整体形貌较好,符合传感器制作要求。

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钛酸锶钡(BarSr1-rTiO3, BST)铁电材料具有良好的介电、铁电、热释电性能,因而成为动态随机存储器、微波调谐器及移相器等应用中的重要材料之一。采用固相烧结法制备(1-r)Ba0.6Sr0.4TiO3-rSnO2(BST-Sn)陶瓷,通过X线衍射、扫描电镜及LCR数字电桥测试系统,并结合第一性原理理论计算研究不同SnO2 掺杂量对BST体系微观结构和介电性能的影响。结果表明,随着SnO2 掺杂量的增加,BST晶格常数c 与a 的比(晶轴比c/a)减少,材料禁带宽度增大。当SnO2 掺杂量(摩尔比)为0.05时,其带隙达到最大值(1.889 eV)。能带与态密度结果表明,其带隙增大是由Ti原子的3d轨道向高能方向移动所致,实验制备出纯BST 陶瓷的介电常数为3 227,SnO2 的引入降低了BST陶瓷的介电常数。

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耦合模(COM)模型广泛应用于声表面波(SAW)滤波器设计中,传统的单模COM 模型不能拟合到远端的高阶水平剪切波、西沙瓦波等杂散模态。从单模COM 模型出发,结合类似于MBVD等效电路的谐振支路,实现COM-MBVD模型拟合多模态声学响应。并基于此模型搭建8阶梯形结构电路进行优化仿真。最终设计出中心频率为1 590 MHz,通带插入损耗小于1.6 dB,带内波动为1 dB,带宽为80 MHz(相对带宽为5%)的声表面波(SAW)滤波器。实际测试数据与仿真数据相符,验证了该设计方法的可行性。

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在国家标准《微机电系统(MEMS)技术薄膜材料的弯曲试验方法》制定阶段,为验证该标准中测试方法的准确性和实用性,设计并制备了4种尺寸的悬臂梁结构,并利用纳米力学测试系统记录其弯曲形变过程,获取了待测结构的形变-应力曲线。通过该标准可实现薄膜材料弯曲力学性能的有效表征。对弯曲试验的测量数据进行分析,实验结果表明,基于该测试方法10次的重复性达到0.32%,同类型的测试结构具有较强的规律性,靠近悬臂梁根部的测试点表现出更高的机械刚度,与理论预测完全一致。因此,该标准中所采用的弯曲测试方法可重复性好,可用于薄膜材料的弯曲力学性能测试。

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激光单晶(JGD)提拉单晶炉是一种上称重自动直径控制激光单晶炉,该单晶炉采用高精密电子秤作为传感器。JGD提拉单晶炉控制软件以晶体质量为控制目标,而其他控制软件是以功率或温度为控制目标。该控制软件将晶体理论质量与电子秤实际质量进行比较,形成闭环负反馈,以微分、积分和比例(PID)理论智能控制实现晶体生长。自动控制生长出多种高品质晶体(如InSb、YAG、LYSO、TGG、Ti:Al2O3 等),生长过程无需人为干预。软件利用SQLServer数据库收集生长过程数据,实现大数据分析。结果表明,该软件集成了远程监视功能,可提高生产效率。

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层合磁电(ME)能量采集器具有微型化、柔性化和功能多样化等优点,在植入医疗、物联网(IoT)和微机电系统(MEMS)等低功耗设备的自供电监测中具有广阔的应用前景。评述了该采集器的最新研究进展,介绍了其磁-机-电耦合能量转换机理,梳理了各种高频、低频磁能采集器和低频混合能采集器的类型与结构特点,综合比较分析了器件性能,指出高频磁能采集器在植入设备无线供电医疗诊治中的潜在优点和低频采集器在载流IoT设备自供电传感监测中的显著优势。最后总结了该采集技术目前存在的问题和未来发展方向。

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离子注入剥离技术制备的钽酸锂单晶薄膜可用于高品质因数和低热漂移窄带射频滤波器,但高能离子注入使钽酸锂薄膜存在缺陷及晶格损伤,限制了器件性能的提升,无法充分发挥单晶薄膜的性能优势。使用退火工艺对钽酸锂薄膜进行损伤修复,采用拉曼光谱对不同温度退火的钽酸锂薄膜进行表征测试,分析了退火温度对钽酸锂薄膜成分和缺陷的影响。结果表明,退火处理修复了钽酸锂薄膜的锂空位缺陷,降低了钽酸锂薄膜的氧空位等成分偏析。

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等效自噪声是微机电系统(MEMS)压电矢量水听器重要的性能指标,前置放大电路的噪声是其主要来源之一。为降低MEMS压电矢量水听器的自噪声,设计了一种低噪声前置放大电路。采用双JFET并联电路结构,辅以合适的偏置电路,对不同噪声源进行理论分析,优化电路参数,最终实现了噪声性能较优的低噪声前置放大电路的设计与制备。测试结果表明,在MEMS压电矢量水听器的工作频带内,低噪声前置放大电路信号放大无失真,电压增益为43.8 dB,等效输入噪声电压谱密度为0.7 nV/ Hz@1 kHz,其噪声性能较国内外同类型的放大电路具有一定优势。

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针对目前研制的微定位平台行程小及耦合误差大等问题,提出了一种由压电作动器(PEA)驱动的二自由度微定位平台,设计了由二级杠杆放大机构和Scott-Russell机构串联组成的三级位移放大器,以扩大工作行程。采用平行轴式直圆型柔性铰链与并联构型的双复合式平行移动副消除运动耦合误差。通过有限元仿真和实验对平台性能进行了分析与测试。结果表明,设计的微定位平台工作行程超过170 μm×170 μm,耦合误差小于1.2%,位移分辨率可达5 nm,信号跟踪误差最大为2.16%,验证了微定位平台的定位精度和模型的正确性。

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尺蠖式压电陶瓷电机具有小尺寸,长行程,纳米级定位和大推力的特性,被广泛应用于集成电路装备和精密运动平台中。然而目前受其驱动器约束,难以实现长行程运动时高精度定位、位移可控和速度可控,因而无法应用到具有高推力、高速度和长行程纳米级精度定位的集成电路7 nm 工艺IC芯片检测装备中。提出并开发了一种双模式驱动器,基于电荷效应和应力效应原理分别建立了位移-电压和速度-频率的控制模型。采用滑模控制的方法解决了在双模式驱动器大电压输出时的纹波问题,提高了尺蠖式压电陶瓷电机输出的位移分辨率。通过实验对双模式驱动器进行了硬件性能和控制模式验证,同时验证了尺蠖式压电陶瓷电机的运动特性。

Abstract:

研究建立了一种基于权重系数调控的阵列天线阵元方向布局优化方法。该方法以阵列天线最大增益和最大旁瓣之差的加权和为适应度函数,通过合理选取主辐射方向增益与最大旁瓣之差和最大增益的权重系数,实现了阵列天线高增益、低旁瓣的设计需求,讨论了不同权重系数下的优化结果,并总结了权重系数调控阵列天线辐射性能的规律。采用基于矩量法的全波分析方法进行分析,充分考虑了阵列天线各阵元耦合场的影响。基于遗传算法求解了该文提出的优化问题,并实现了线性和平面偶极子阵列天线各阵元方向布局的优化设计。结果表明,当线性和平面阵列天线方向布局优化设计的权重系数分别取0.45和0.9时,所建立的优化方法不仅降低了旁瓣电平和交叉极化增益,并且能够保证主辐射方向增益下降不大,从而验证了该方法的可行性和有效性。

Abstract:

压电喷墨打印头的结构、驱动波形等直接影响墨滴的喷射特性和打印精度。运用数值仿真软件COMSOL建立了压电喷墨打印头系统模型,研究了驱动参数(电压幅值、电压停留时间、工作频率)对喷射特性(液滴速度和体积)的影响规律。最后,设计了双极驱动波形来抑制残余振荡。结果表明,该消振波形能有效地抑制残余振荡,提高了喷墨打印头的工作频率和稳定性。

Abstract:

提出了一种超声波共振式全相位风速风向解算方法,搭建以间距L 呈等边三角形分布的3个超声波换能器A、B、C,测量了超声波换能器A、B、C回波初相,根据得到的回波初相解算出从顶点无角度直接吹风和从顶点有角度吹风情况下的风速与风向数据。结果表明,该文建立的全相位风速风向解算方法连续无奇点,与其他方法相比,在输入量相同的情况下风速波动较小,风向解算较准确。

Abstract:

针对传统的声学超材料存在降噪频率窄、造价成本过高、实现难度大等诸多问题,提出一种带柔性薄膜结构的Helmholtz共振腔声学超材料结构,以局域共振耦合效应现象为出发点,推导出Helmholtz共振腔和柔性薄膜的数学模型。运用COMSOL Multiphysics软件对模型进行仿真分析,研究表明,该结构产生了2个局域共振峰值。为了实现对声学超材料消声频带的控制,向薄膜内注入液体。实验测试表明,当注液量从0增至35 mL时,薄膜峰值处的共振频率从612 Hz偏移到446 Hz,偏移量为166 Hz。所设计的局域共振声学超材料在频带范围内对低频噪声具有良好的控制效果,为声学超材料的设计提供了一种方法。

Abstract:

声表面波(SAW)滤波器急需使用高质量的钽酸锂压电单晶复合薄膜衬底材料来提升性能。离子注入后,晶圆翘曲增大,颗粒增加,键合工艺易产生不规则条纹和键合空洞等缺陷,严重阻碍高质量钽酸锂压电单晶复合薄膜材料的制备。通过X线衍射(XRD)、聚焦离子束透射电镜(FIB-TEM)及颗粒测试仪等设备对注入内部应力、损伤和颗粒变化进行分析表征,解释了翘曲增大和颗粒增多的原因,并提出了相应的解决方法,最后成功制备了翘曲低、颗粒少的注入晶圆。通过键合工艺进一步验证,获得了无条纹和空洞等缺陷的高质量键合晶圆,为钽酸锂压电单晶复合薄膜的高效制备奠定了基础。

Abstract:

半球谐振陀螺仪(HRG)是一种高精度、高可靠、长寿命的新型固体振动陀螺仪,在宇航领域有广泛的应用前景。分析了影响半球谐振陀螺工作寿命的主要因素,采取措施以提高陀螺工作寿命, 并持续开展陀螺寿命试验,验证了半球谐振陀螺主要指标的长期性能。结果表明,半球谐振陀螺在长期通电工作过程中,性能稳定,工作寿命可达20年,满足深空探测器等执行长期空间任务的应用需求。

Abstract:

为提高石英挠性加速度计的量程,分析了石英挠性加速度计量程受限机理,确认电磁反馈力与质量摆质心不重合是加速度计量程受限的主要原因。在此基础上,采用减小加工与装配误差和提高质量摆抗扭刚度的方法来提高石英挠性加速度计量程,并通过样机验证了该技术措施的有效性。

Abstract:

压电俘能器能将振动能转化为电能,为低功耗的电子设备供电。为了拓宽压电俘能器的有效频率带宽、降低系统的谐振频率,提出一种附加液体质量的压电俘能器。以压电效应为指导,建立压电俘能器的力学模型和机电耦合模型,分析附加液体质量的压电俘能器的动力学特性,并基于理论模型、仿真分析及试验验证3方面展开研究。通过制作实物样机,搭建振动实验平台,对压电俘能器的俘能特性进行了实验测试。实验结果表明,与传统式悬臂梁式压电俘能器相比,该结构5种模式下压电俘能器的谐振频率降低,输出电压增加。利用AC-DC整流滤波电路对压电俘能器产生的电能进行整流滤波,验证了压电俘能器产生电能的可用性。

Abstract:

压电超声换能器在不同的工作频率下具有不同的输入阻抗，当驱动信号源输出阻抗与换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗，导致无法满足换能器的功率要求，从而使其光谱衍射效率降低，影响光谱成像质量。为此对换能器阻抗频率特性的深入研究，设计了一种新型宽带阻抗匹配网络。通过ADS仿真及匹配电路的测试，最终在115～180 MHz超声波频率内可使换能器的光谱衍射效率最高达70％。

Abstract:

基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析，建立了超声波电机压电振子的实体模型，仿真计算出了压电振子的谐振频率，确定超声波电动机的最佳工作频段，提出了电机与驱动电路匹配方法。试验结果表明：当对压电振子施加幅值为100 V的激励电压后，软件分析和数学计算基本一致，可见仿真分析方法的可行性，为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法。

Abstract:

医学超声成像的图像质量很大程度取决于超声换能器的特性。在换能器研制过程中，一项重要的任务是确定合适的匹配层材料及参数。为了满足高频超声换能器研制的需要，该文从理论及实验两方面研究了RTV615硅橡胶掺杂不同比例的氧化铝粉末后，所形成的复合材料的高频(20 MHz)声学特性参数，包括声速、声阻抗、声衰减系数等。结果表明，RTV615硅橡胶中掺杂氧化铝的体积分数为7.93%时，所形成的复合材料在20 MHz频率条件下声阻抗值提高52.94%，达到1.56×106 Pa·s/m，具有最佳的声阻抗匹配特性。因此，通过优化掺杂比例可有效改进硅橡胶材料的高频声学性能。

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针对未来移动通信对射频前端器件提出的多频率、高集成新要求,开展了兼具声表面波(SAW)谐振器和薄膜体声波谐振器(FBAR)技术特点的新型横向激励兰姆波谐振器研究。该文介绍了基于c 轴择优取向氮化铝(AlN)压电薄膜的C波段横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)的结构设计、参数优化和制备方法,并进行了工艺验证。通过剥离和刻蚀等步骤制备了谐振频率4.464 GHz、品质因数3 039、品质因数与频率之积(f ×Q )达到1.56×1013 GHz、面积小于0.12 mm2 的低杂波XBAR谐振器,并仿真分析了其用于射频滤波器的可行性。该研究为进一步研制多频率、高集成的小型化XBAR滤波器组件提供了有效的设计技术和工艺技术支撑。

Abstract:

铌酸锂(LN)单晶薄膜具有较高的机电耦合系数(k² eff＞30%),其水平剪切(SH)声学模式常被应用于开发具有大机电耦合系数的薄膜声学谐振器和超宽带滤波器。但LN 的频率温度系数较大(TCF ＞ -50×10^-6/℃),这不仅会降低滤波器的可用有效带宽,同时也会限制器件的功率处理能力。采用3D周期有限元模型对基于X 切LN/SiO₂/Si结构SH 声表面波(SH-SAW)谐振器进行了优化研究。研究结果表明,当SH-SAW 传播角ψ=-10°~-20°、LN和SiO₂ 膜厚分别为hLN=0.1λ 和h_SiO2 =0.2λ(λ 为叉指换能器周期)、铝电极金属化率η=0.4、电极相对厚度h_Al/λ=5%~10%时,SH-SAW 谐振器的 k² eff 约为30%,且其TCF＜-20×10^-6/℃,有望用于开发新一代的低温漂、超宽带5G SAW 滤波器。

Abstract:

压电微机械超声换能器(PMUT)在医疗阵列成像、手势识别、内窥成像、指纹识别等领域有着重要的应用,而灵敏度等性能是影响其成像质量的主要因素。该文对基于PMN-PT圆形压电复合振动膜的压电微机械超声换能器等效电路模型进行分析,并通过有限元法研究了压电层PMN-PT厚度对PMUT的发射电压响应、接收灵敏度的影响。仿真结果表明,当压电层厚度为4.5 μm(厚度为基底厚度的90%)时,换能器的发射电压响应级最大,达到191.6 dB,接收灵敏度级随厚度的增加基本呈线性上升趋势;当压电层厚度为5.1 μm(厚度为基底厚度的102%)时,回路增益(损耗)最大,达到-64.50 dB。

Abstract:

为了减小窄带滤波器的插入损耗,在梯形拓扑的基础上引入并联电容,提出了一种并联电容型梯形拓扑。利用并联电容大幅度改变反谐振点频率的特点,以牺牲较小插入损耗的代价来缩小带宽。通过谐振器设计与进化算法寻优,成功研制出一款基于SiO₂/Cu/127°YX-LiNbO₃ 结构的低插损窄带温补型声表面波(TCSAW)滤波器。实验结果表明,滤波器的中心频率为1 514 MHz,相对带宽为0.46%,带内插入损耗仅1.45 dB,过渡带20 MHz带外抑制滚降到24 dB,远带带外抑制大于30 dB,WiFi频段抑制高达48 dB,频率温度系数TCF 为-20×10^-6/℃,器件尺寸为1.1 mm×0.9 mm。

Abstract:

薄膜体声波滤波器(FBAR)作为一种无源、体积小和耐功率高的器件,被广泛应用于射频信号处理中。晶圆级气密封装作为小型化封装的代表,在各种高可靠性应用场景中占据重要地位。金-金键合和金-锡键合被广泛应用于薄膜体声波滤波器的气密性晶圆级封装中,但金-锡键合在工艺上更易实现。该文针对金-锡键合在气密性晶圆级封装中的应用进行了研究,在保证键合强度的情况下制作了3 GHz滤波器样品,其性能测试一致性良好,可靠性达到要求。

Abstract:

该文采用波导法分析了横向耦合极窄带声表面波滤波器速度变化模式,并用多物理场COMSOL软件对横向耦合声表面波滤波器的中心耦合条结构和耦合距离的变化建模进行计算,并分析频响特性。采用石英晶体作为底衬,设计了频率为898.144 MHz,插入损耗约为6 dB的极窄带声表面波滤波器并进行验证。结果表明,中心耦合条开腔结构的声表面波滤波器的相对带宽达到7.2‰,与不开腔结构5.2‰相对带宽相比,提升了2‰。这说明横向耦合声表面波滤波器的中心耦合条结构变化,能改变极窄带声表面波滤波器的相对带宽。

Abstract:

介绍了一种6信道声光调制器。通过在换能器上制备电极阵列,设计独立的阻抗匹配电路和电输入端口,将6个声光互作用单元集成在一起,实现了对6束激光的并行、独立调制。经测试,该6信道声光调制器工作波长为355 nm,工作频率为220 MHz,单信道衍射效率＞75%,全局串扰＜0.5%。

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采用磁控溅射、光刻、腐蚀、电子束蒸发等工艺，在AlN薄膜表面设计和制备了兰姆波(Lamb)型谐振器。研究了Lamb谐振器频率特性与频率 温度特性，并与传统的瑞利波(Rayleigh)型谐振器进行对比。测试结果表明，Rayleigh谐振器的谐振频率为305.15 MHz，温度灵敏度为10.74 kHz/℃；而Lamb谐振器有7个谐振频率，分别为294.630 MHz，398.125 MHz，435.625 MHz，482 MHz，531.625 MHz，570 MHz和613.625 MHz，其温度灵敏度分别为10.63 kHz/℃，13.46 kHz/℃，16.09 kHz/℃，17.51 kHz/℃，18.95 kHz/℃，20.76 kHz/℃和21.86 kHz/℃。结果表明，兰姆波型谐振器高阶模式的温度灵敏度最高，达到21.86 kHz/℃。

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随着移动通信技术的快速发展,薄膜体声波滤波器逐渐向高频和大带宽方向发展。该文研究了POI(LiNbO3/SiO2/Si)基片上背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器制作工艺,通过研究POI基IDT光刻、背腔硅刻蚀等工艺,确定了IDT层曝光量和背腔刻蚀等关键工艺参数。研制出的背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器,其谐振频率为4 565 MHz,反谐振频率为5 035 MHz,机电耦合系数为20.86%。此制备工艺对研究高频、大带宽薄膜体声波滤波器具有重要的参考意义。

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利用有限元方法分析了基于IDT/ZnO/AlN/Diamond不同结构混合SAW/BAW 器件的声学特性,包括层状薄膜结构、ZnO 薄膜刻蚀结构和填充结构。结果表明,当h_ZnO/λ=0.3、h_AlN/λ=0.5,且Z_nO 被完全刻蚀(d/h_ZnO=1)时,刻蚀结构混合SAW/BAW(准西沙瓦波)的机电耦合系数(K2)取得最大值6.54%,比层状结构(d/h_ZnO=0)提升了近一倍。刻蚀结构中,SiO₂ 和Diamond填充物的引入不仅提高了准西沙瓦波的K²,而且改善了其压力传感特性。当d/h_ZnO =1时,SiO₂ 和Diamond填充结构准西沙瓦波的压力频移分别为81.2 kHz/MPa和207.4 kHz/MPa,比刻蚀结构分别提高了58.7%和300%;同时,Diamond填充物的引入使准西沙瓦波的频率压力系数(PCF)达到最大值297×10^-6/MPa,比d/h_ZnO=0时提高了约30%。由此可知,通过引入不同的填充物可以开发不同的功能传感器,在压力、温度和气敏等传感领域将具有极大的应用前景。

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随着石英谐振器向小型化、高频化发展,其尺寸越来越小,因此,低成本的谐振器精准制造工艺尤为重要。该文对石英晶片进行腐蚀实验以确定精准制造矩形谐振器的最佳工艺条件,研究了温度对金属保护层完整性的影响,以及腐蚀时间对石英表面粗糙度的影响。腐蚀速率稳定且适中,有利于谐振器的精准制造。设计了石英谐振器工艺流程,得到质量较好的超薄矩形AT 切高频石英谐振器。分析其尺寸误差产生的原因,并总结了一套精度较好的湿法腐蚀工艺,有望采用低成本手段使矩形谐振器的厚度小于10 μm。

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中国电科芯片研究院生产的JGD提拉单晶炉是一种上称重自动直径控制激光单晶炉,它实现了提拉法晶体全自动智能生长控制。利用JGD提拉单晶炉控制软件建立提拉法晶体数学模型,晶体生长全程以数学模型为标准,以晶体质量为控制量进行实时闭环反馈控制。该软件建立的晶体数学模型有四段式晶体数学模型和任意多段晶体数学模型两种形式。在设计放肩段时,四段式晶体数学模型充分体现了晶体籽晶段与放肩段、等径段三位一体平滑过渡的理念;而任意多段晶体数学模型在曲线设计上更加灵活多样,晶体数学模型设计更便捷。JGD提拉单晶炉控制软件晶体数学模型被广泛用于多种晶体生长过程,如InSb、YAG 等晶体。晶体外形控制良好、品质优良。

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采用传统固相法制备了Pb(Zr₁-_xTi_x )O₃ 陶瓷,通过调节锆钛摩尔比将其定位于四方区域以改善温度

稳定性,并通过优化烧结温度改善电学性能。实验结果表明,当x=0.52时,体系处于四方区域,此时陶瓷的温度

稳定性有所提升,在室温~300 ℃时,d₃₃ 变化率为±14.7%。在1 250 ℃下烧结的Pb(Zr_0.48Ti_0.52)O₃ 陶瓷具有最

佳的电学性能:压电常数d₃₃=183 pC/N,居里温度T_C=402 ℃,相对介电常数ε_r=1 209。

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以同时提升多模态采集和增加带宽为研究方向,结合多模态扩频理论,建立了一套多模态宽频且能多方向工作的压电振动能量采集系统。该系统包含能量采集器和电源管理电路两个模块。其中,采集器包括4种谐振频率,组成了较宽的工作频带,保证了该采集器在低频振动工作环境下高效率地收集振动能量;电源管理电路将采集到的交流电转换为稳定的直流电,再对电容或电池等储能元件充电以供微电子器件使用。经过模态和谐响应分析后,搭建了实验平台并对采集系统进行实验测试。实验结果表明,在加速度6 m/s2 简谐力激励下,工作频带为16.1~27.8 Hz,输出电压最高可达35.75 V,阻抗匹配后最优阻值为200 kΩ,此时输出功率为115.85 μW。

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该文应用压电陶瓷器件激发频率1 MHz的兰姆波在非压电基板上进行了微流体温度分布的研究。经理论分析表明,兰姆波向流体中辐射纵波以及兰姆波在介质中传播时的粘性摩擦损失产生了声热效应。采用红外摄像机观察液滴从兰姆波激发直至达到稳态时的热分布变化,发现液滴在兰姆波入射一侧的温度高于其他区域且高温区域有向顶部扩散的趋势。观察不同液体黏度液滴的声热现象,发现油滴的温度扩散更均匀,动力学行为更弱。采用有限元分析声流和声热效应,发现液滴在顶部区域声流速最大,在声流作用下,液滴的高温区域扩散至顶部。

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该文设计了一款具有单陷波特性的高隔离超宽带(UWB)四单元多输入多输出(MIMO)天线。天线的尺寸为65 mm×65 mm×0.8 mm。4个槽天线单元水平正交放置,采用易加工集成的共面波导(CPW)馈电,引入缺陷地及十字隔离枝节去耦。通过在天线辐射贴片上刻蚀一个U 形槽,在4.35~6.08 GHz处产生陷波,能阻止WLAN(5.15~5.825 GHz)的通信干扰。经实测,该天线的工作频段为2.46~10.6 GHz,隔离度＜-20 dB,在4.35~6.08 GHz产生覆盖WLAN 的阻带,包络相关系数＜0.02,分集增益＞9.998,实测性能良好。该天线能够广泛应用于UWB-MIMO 通信系统。

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