波导层不连续的Love波延迟线

Love波传感器的波导层和吸附层通常是不同材料的,一般先在整个器件表面覆盖一层声波导层材料,然后在感应区域对应的波导层上涂镀吸附层,但是这样会增大延迟线的插入损耗.文中设计了一种不连续波导层的Love波延迟线,即在感应区域,吸附层直接镀在压电基片上,同时兼作声波导层;在其他区域覆盖声波导层材料.实验器件制作在ST-90°X石英晶体上,中间感应区域用Au作波导层和吸附层,其他区域采用SU-8光刻胶作声波导层,结果表明,采用这种结构的延迟线可以降低损耗2 dB以上.     

基于中心积分法的11维集成光波导芯片封装系统

研制了基于中心积分法的集成光波导芯片封装系统,该系统在空间11维上实现了光波导器件的位置调节,通过高精度对准和改进后的中心积分法快速准确地实现芯片对准。在单芯光纤-条波导-单芯光纤系统的封装测试实验中,端面耦合损耗的平均值为0.113 6 dB,单次耦合损耗的最大值＜0.13 dB,标准偏差＜0.02 dB,单次耦合时间＜2 min。在单芯光纤列阵-1×8波导分支耦合器-8芯光纤列阵的封装生产中,各通道插入损耗均＜10.5 dB,均匀性指标＜0.4 dB,单次耦合时间＜5 min。数据证明,该系统已完全达到商业化标准,具有良好效果和实用性。     

扩展BANYAN网络的可重构 无阻塞8×8矩阵光开关

在分析CROSSBAR网络(CN)和BANYAN网络(BN)结构的基础上,提出了一种新的扩展BANYAN网络(EBN)可重构无阻塞结构。以8×8矩阵光开关为例,分析了EBN结构的两种形式及其可重构无阻塞特性,给出了开关单元驱动逻辑。从理论上计算了SiO₂波导EBN结构矩阵光开关的光学损耗和功耗。对于8×8开关,插入损耗为3.3 dB。按理论计算设计制作了8×8矩阵光开关,测得波导传输损耗为0.1 dB/cm,光纤-波导耦合损耗为0.5 dB/point。光开关插入损耗为4.6 dB,平均串扰为-38 dB,平均偏振相关损耗为0.4 dB,开关平均功率为1.6 W,响应时间约为1 ms。实验结果与理论计算基本符合。     

Ku波段MEMS微波功率耦合器设计

针对现有的微波功率测量都基于热电偶和二极管等终端器件,功率信号在被检测后无法利用的问题,设计了一个基于微机电(MEMS)射频(RF)并联开关在Ku波段(12.4~18 GHz)应用的微波功率耦合器,包括等效电路、共面波导(CPW)匹配的设计和结构仿真。该耦合器是MEMS微波功率传感器的核心,它利用MEMS膜桥耦合CPW上的微波功率信号,大部分功率信号被检测后都能传至下级电路做进一步处理。为了减小反射损耗和获得宽频带响应,提出了两种优化方法,即凹槽调谐结构设计和补偿电容设计,经过优化设计后的Ku波段MEMS微波功率耦合器的回波损耗(S₁₁)和插入损耗(S₂₁)在中心频率15.2 GHz处分别达到了-42.90 dB和-0.15 dB,显示出耦合器的高隔离度和低损耗。同时在Ku波段,上述参数同中心频率点处的偏差分别为±6.41 dB和±0.04 dB,显示出其宽带特性。     

用于液体介电常数检测的乐甫波器件测试系统

与声表面波器件和兰姆波器件相比,乐甫波器件用于液体检测时有其独特的优势.从液体的波动特性入手,建立了“压电基片-非压电薄膜-液体”3层结构的乐甫波理论模型;基于上述模型,以钽酸锂作为压电基片材料,SU-8光刻胶作为薄膜材料,实际制作了乐甫波器件;基于相位差测量方法和幅频特性测量方法搭建了测试电路,并针对不同比例的纯水和酒精混合溶液进行了测试,实验结果表明了乐甫波器件测试系统应用于液体介电常数检测的有效性.     

石英波导环形谐振器研制

设计和试制了一种基于石英材料的开放式光波导环形谐振器,器件设计采用数值仿真计算结合BPM仿真的手段。结合商用石英波导的常规参数,设计取环行波导的传输损耗和定向耦合器的耦合损耗分别为0.1dB/cm和0.1dB,谐振谱共振锐度的设计值为16.7。器件制备采用PECVD技术结合FHD技术的工艺,样品测试采用了0.1nm带宽的DFB激光,观察到了明显的谐振谱。     

应用多目标演化算法的波导-光纤自动耦合系统

利用多目标演化算法,开发设计了一种新的列阵自动对接方法,新算法并行操作次数较常规遗传法大幅减少.理论分析和仿真结果表明了该方案的可行性.研制了基于多目标演化算法的自动调芯系统样机,单芯光纤─条波导─单芯光纤系统的自动调芯实验表明,端面耦合损耗的平均值为0.1136dB,单次耦合损耗的最大值小于0.13dB,标准偏差小于0.02dB.单芯光纤列阵─1×8波导分支耦合器─8芯光纤列阵自动调芯实验表明,各通道插入损耗均小于10.7dB,均匀性指标小于0.77dB.单次调芯时间小于10min.证实了该方案及其样机系统具有良好效果和实用性.     

K波段宽带波导分支定向耦合器的设计

根据波导分支定向耦合器的原理,结合机械加工工艺,设计加工出一种应用于K波段(22GHz~32GHz)雷达的15dB波导分支定向耦合器。根据切比雪夫理论,给出了给定耦合条件下的结构初值。采用HFSS软件对波导分支定向耦合器建模仿真,设计出最优尺寸的结构。该耦合器在22GHz~32GHz频段内耦合度为15dB,反射损耗大于30dB,隔离度达到30dB以上,插入损耗小于0.2dB。设计的波导分支定向耦合器结构简单紧凑、性能优越、加工性良好。     

基于单片式微波集成电路的终端式MEMS微波功率传感器(英文)

提出了一种基于塞贝克效应的终端式MEMS微波功率传感器,该传感器的制作工艺与GaAs单片式微波集成电路(MMIC)工艺兼容.利用热电偶检测温度差,生成与微波功率成比例的直流电压,由GaAs/Au热电偶串联构成热堆.传感器将电功率转化为热,再间接测量热堆生成的直流电压.采用微机械加工技术,去除了器件底部的GaAs衬底,从而减小了热损耗和电磁损耗,提高了灵敏度.测试结果表明,在0～20 GHz内,HFSS模拟的S11＜-22 dB;测试输入功率为-20～20 dBm时,频率为0～20 GHz;在20 GHz时,灵敏度高于0.15 mV/mW;在整个频率范围内,回波损耗低于-26 dB.     

自聚焦超晶格波导电光调制器

研制了一种基于自聚焦超晶格薄膜电光波导调制器.首先给出了自聚焦超晶格薄膜电光特性的测量和器件结构的优化设计,采用测量二次谐波生成值对入射角的依赖关系测定了薄膜的有效电光系数,保证了器件的设计精确有效.利用多层膜传输理论研究了器件电极对光波的最大吸收,并对器件结构进行了优化,获得了最小调制电压.其次给出了所加工的实验模型结构和扫描电子显微镜(SEM)图片,确保了加工质量和设计结果的一致.研究结果表明:这种无需外电场极化处理的新型聚合物薄膜电光调制器加工难度小,并且光学损耗优化到了1.0dB/cm.     

适合于液相检测的乐甫波传感器

乐甫波（Ｌove wave)是声表面波的一种，它是在沉淀于压电基片表面的薄层声波导中传播的表面剪切横波。论述了基片为ＳＴ切压电石英晶体、声波导层分别为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和熔融石英（SiO2)的乐甫波器件的制作。通过测量器件的传输参数S21和插损，比较了瑞利波器件和不同声波导层构成的乐甫波器件在气相和液相的特性，证明了乐甫波传感器适合于液相检测而瑞利波传感器不适合，而且，SiO2是构成乐甫波器件声波导层的更合适的材料。     

A new optimal design and analysis method based on MADM for MEMS products development

This paper presents an optimum design method to support the total micro-electromechanical systems (MEMS) product/device optimization, and its evaluation at the conceptual stage itself using the multiple attribute decision making method. In the traditional MEMS product development cycle, simulation and design using software tools are very important due to the knowledge limitation and complexity in design, fabrication, and packaging processes. The available tools are time consuming and relay on trial and error to achieve an optimum solution. The proposed method simplifies the relationship between parameters of design, fabrication, materials, packaging, and the performance of the MEMS product. The methodology is explained with the help of design flow diagram and time chart. A MEMS-based radio frequency (RF) power sensor is designed and the methodology is demonstrated. The proposed sensitivity analysis method is more effective and less time consuming than traditional techniques. Sensitivity analysis is carried out by varying the thickness of the signal conductor. The results of RF power sensor with insertion loss 0.428?dB, reflection loss 25.956 and voltage standing wave ratio of 1.106 at 1.5?GHz are reported.     

耦合式 MEMS 微波功率传感器的研究

为了从根本上解决在线式微波功率传感器灵敏度、动态范围和微波性能之间的矛盾,本文创新性地设计出一种耦合在 线式 MEMS 微波功率传感器,将微波功率的提取和检测两个过程相互独立。 根据理论解析模型,得到了灵敏度特性与耦合度 的关系,分析对比了耦合度分别为 10% 和 20% 时的微波特性及灵敏度特性差异。 实验结果表明:两种耦合式 MEMS 微波功率 传感器的反射损耗均小于-20 dB,说明具有良好的反射性能;两种耦合式 MEMS 微波功率传感器的插入损耗均大于-1. 5 dB,说 明具有良好的传输性能。 耦合度 10% 的系统灵敏度为 1. 2 mV/ W @ 9 GHz、1. 4 mV/ W @ 10 GHz 和 0. 8 mV/ W @ 11 GHz,耦合 度 20% 的系统灵敏度为 2. 4 mV/ W @ 9 GHz、2. 4 mV/ W @ 10 GHz 和 1. 3 mV/ W @ 11 GHz,并具有良好的线性度。 本文对于 MEMS 微波功率传感器研究具有一定的参考价值。     

双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性

为了降低双通道MEMS微波功率传感器的回波损耗,提高传感器的测量精度,对MEMS悬臂梁的匹配特性进行了研究。首先,通过双通道MEMS微波功率传感器结构构建S参数的理论解析模型,分析了双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,得到了MEMS悬臂梁的间距和回波损耗系数S11的关系;接着利用有限元软件HFSS进行仿真,并和理论结果比较;然后,设计并制作了双通道微波功率传感器;最后,对该传感器的匹配特性进行了测试和分析。实验结果表明:当MEMS悬臂梁的间距为1.6μm时,该传感器在测量8~12GHz频率内的微波信号时,回波损耗小于-19dB。理论和仿真结果较为相符,因此S参数的理论解析模型可以较好地反映双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,对双通道MEMS微波功率传感器的设计具有一定的指导意义。     

与气相色谱仪联用的声表面波传感器

文中介绍了一种与气相色谱仪联用的声表面波气体传感器.传感器由声表面波谐振器作反馈单元的振荡器和半导体制冷器组成.谐振器采用ST-X石英压电基片上双端对谐振式结构,Q值高(1 896)、插入损耗低(4.7 dB).采用在最低损耗点进行相位匹配以改善振荡器短期频率稳定度的方法,其短期频率稳定度达到了11 Hz/s(10-8量级).与气相色谱联用的气体检测试验给出对苯蒸气的检测下限约为150 ppb.     

Love波传感器的性能分析与实验

为了制作高灵敏度Love波传感器,分析了Love波在ST-石英和二氧化硅薄膜分层结构中的传播特性,并对该分层结构进行了相关的理论推导和计算.首先,从声学动力学方程出发,分析求解了该分层结构的波动方程,得到了在该分层结构的色散关系及位移表达式.基于得到的解析表达式分析了波结构,绘制了特性曲线,得到了Love波在该结构中的...     

基于自回归谱外推的全聚焦成像分辨力提升

针对相邻缺陷全聚焦超声成像混叠问题,结合低阶、宽有效频带自回归谱外推方法,压缩超声波时域脉冲宽度,实现亚波长级全聚焦（Total focusing method,TFM）成像分辨力。建立碳钢试块模型,设置两个中心间距1.8 mm,直径1.3 mm圆孔,选用中心频率2.25 MHz,32阵元相控阵探头采集全矩阵数据。针对全矩阵数据,选择自回归阶数为2,信号频谱最大幅值下降14 dB为有效频带,建立自回归模型并外推有效频带外的高频与低频成分,随后对全矩阵数据进行延迟叠加处理和TFM成像。仿真结果表明,低阶、宽有效频带自回归谱外推处理方法具有较高的鲁棒性和准确性,TFM成像后可有效分离中心间距0.7λ（λ为超声波长）圆孔,保留缺陷横向位置信息的同时,定位误差不超过0.73%。对碳钢试块中相同位置及尺寸的圆孔进行试验验证,定位误差不超过1.06%,有效地提高TFM成像分辨力。     

弹性波在中粒砂岩内传播衰减特性分析

为研究弹性波在岩石介质传播过程中的衰减特性,利用超声波传感器监测弹性波在中粒砂岩圆柱体内传播不同距离后的波形变化特征,通过频谱转换、数理统计、曲线拟合分析了特征参数的变化规律。研究表明:弹性波信号经滤波模数转化后,频率在100~500kHz的信号随着传播距离的增大,时域波形图和频谱图在振幅上都出现了衰减趋势,且信号中高频成分比低频成分衰减显著。频谱重心频率随传播距离增大按照线性趋势降低,变化趋势比主频稳定,更能全面反映信号的频率衰减特征,采用波形对比法得到的弹性波在中粒砂岩内传播的衰减系数为0.016dB/cm。在实验室尺寸范围内,绝对能量按照负指数规律衰减最为显著,幅值和振铃计数出现稳定线性衰减趋势,而上升时间有增加的趋势。波形参数的衰减趋势和敏感程度对于现场微震和室内声发射试验由传感器信号反演破裂源特征有一定的指导作用。     

小型化波导–微带复合功分网络设计

功分网络是有效载荷的重要组成部分,低驻波比、低损耗和轻小型化是航天器功分网络设计的重点。为实现一种新型高效功分结构,文中研制了一种Ka频段波导–微带复合功分网络,采用高集成一体化结构设计,集成了24通道的功率输出能力,有效降低了功分网络的体积和重量。实测结果显示,在23.4~ 24.59 GHz频带范围内,总口驻波比≤ 1.3,插入损耗≤ 1.6 dB,分口隔离度≥20 dB,且端口一致性良好,实现了一种轻小化、多通道、低损耗的功分网络设计,在星载毫米波功率合成领域的应用前景广阔。