- 当期目录
- 已录用
- 过刊浏览
- 下载排行
- 引用排行
-
2025,47(6):991-1015, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.001
Abstract:
近年来，磁电材料和器件研究备受关注，尤其是自具有高磁电耦合系数的磁电层状复合材料复兴以来，该领域成为最具吸引力的研究方向之一。磁电系统因同时具备两种或多种铁性序参量，在下一代新型多功能器件中起着关键作用。强磁电耦合已在多种体系中得到验证，包括单相块体与薄膜材料，以及诸如压电/磁致伸缩异质结构在内的块体或薄膜复合材料。基于这些耦合机制，如逻辑与存储器件、磁场传感器、电压可调电感器、磁电天线等器件应用广泛。这些器件普遍具有结构紧凑、轻量化和高能效的优势，为下一代磁场传感、通信系统、自旋电子学及非易失性存储应用提供了广阔的发展机遇。该文系统概述了单相与复合相磁电材料、磁电耦合机制以及近年来磁电器件的最新进展，着重探讨了薄膜复合材料与器件的相关研究，并对该领域尚未解决的关键问题及未来可能的发展方向进行了展望。
-
2025,47(6):1016-1028, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.002
Abstract:
电调控磁是发展低能耗电子自旋器件的重要手段。为了实现该目标，基于单相多铁、异质结构和多层膜结构的多种方案被相继提出和实现。从机理上说，电调控磁可以通过应变介导的静态和动态间接效应实现。本文聚焦于应变介导和声表面波调控磁性的方法，回顾了近年来在原理剖析、调控效应、自旋器件设计和优化上的研究进展，并对基于这两种电调控磁方法设计的自旋器件设计和发展提出展望。
-
马骥，王延盼，梁先锋，陆阳，程宇心，王冠鹰，王志良，黄毕尧，王翌雪
2025,47(6):1029-1034, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.003
Abstract:
针对电力复杂工况时多向振动干扰下磁电（ME）传感器性能受限的问题，提出了一种基于振动转换封装结构的差分 ME 传感器系统。该结构是通过弹簧-铜螺柱组件将多维度振动转化为单轴运动，进而适配差分 ME 传感器的一维振动抑制机制。结果表明，对于激振器产生的 10 Hz 单频振动信号，振动抑制结构可将振动噪声响应幅值从 160 mV/ms 降至 16 mV/ms，共模抑制比为 20 dB；在 10 Hz 振动与 7 Hz 磁场复合干扰环境下，振动抑制结构将高频毛刺噪声幅值降至峰-峰值 200 μV 以下。其中 7 Hz 磁场信号有效值增益高达 6 dB，10 Hz 振动噪声共模抑制比＞12 dB，其二次谐波（20 Hz）幅值衰减达到 90%。所设计的振动抑制结构可有效抑制多维振动，有力支撑了磁电传感器的实际工况应用。
-
2025,47(6):1035-1037, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.004
Abstract:
通过优化 C 波段声体波换能器设计和假信号抑制技术，研制了 C 波段宽带体声波延迟线样品。经测试，该样品的中心频率为 4 270 MHz，-3. 5 dB 带宽 4 220 MHz，相对带宽 98. 8%，延迟时间为 301. 6 ns，三次渡越抑制为 28 dB，直通抑制为 38 dB，外形尺寸约为 25 mm×16 mm×14 mm，是目前国内外已报道的相对宽带最大的声体波延迟线。
-
徐达，潘葆，孟祥宇，孔银鸽，赵俊波，谭凯鑫，刘泽飞，刘久玲，何世堂
2025,47(6):1038-1045, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.005
Abstract:
该文研究了延迟线型声表面波（SAW）传感器表面不同区域的质量灵敏度差异。利用有限元软件 COMSOL 建立无质量负载和有质量负载下的三维周期模型，并提取相应的耦合模参数。利用耦合模模型和 P 矩阵理论，计算了传感器表面不同区域上质量负载引起的传感器响应，由此得到不同区域质量灵敏度的差异。为了验证理论分析，实验制备了 ST-X 石英/Al 结构声表面波器件，并利用单分散聚苯乙烯微球溶液进行相应的实验验证。结果表明，延迟线型 SAW 传感器表面不同区域质量灵敏度差异明显，其中输出叉指换能器区域质量灵敏度最高，输入叉指换能器区域次之，间隔区域最低。
-
2025,47(6):1046-1052, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.006
Abstract:
随着传感技术的发展，低损耗、高线性传感器需求渐长。声表面波（SAW）传感器以微型化、稳定性高、 高灵敏度等优势崭露头角。传统的叉指换能器（IDT）因能量均匀地向两个方向传播，导致能量损耗 50%，且存在边缘反射以及三次渡越信号（TTE）干扰。声表面波温度传感器通过相位的变化量检测温度的变化，TTE 虽能在一定程度上降低传感器的损耗，但也增加了相位的非线性，影响了检测精度。相较于传统的 IDT，单相单向换能器 （SPUDT）除了具有更低的损耗外，其本身的结构在一定程度上能够减小 TTE 带来的干扰，但抑制能力有限。本文使用有限元分析法，基于 SPUDT 的简化模型，研究其瞬态响应，找到 TTE 干扰（与直达信号叠加）现象产生与激励信号之间的关联。通过改变激励信号时长以及使用网分的门控（gating）功能，在损耗牺牲小的前提下（约 0. 5 dB）精准屏蔽 TTE。消除 TTE 后的器件损耗为 4. 7 dB。在温度和质量负载实验中用 R2表示线性相关性，消除 TTE 后 R2 值从 0. 949 提高到 0. 999，实现了低损耗高线性传感。
-
2025,47(6):1053-1058, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.007
Abstract:
针对目前声表面波（SAW）温度传感器测试系统存在的系统集成度低、设计繁琐及收发链路隔离效果差所导致的谐振频率解调不准确的问题，本文设计了一种基于软件无线电的高隔离度 SAW 温度传感器测试系统。 该系统使用 AD9363 射频芯片和 ZYNQ-7020 组成软件无线电模块，配合功放模块、射频开关和电源模块，通过软件控制实现发射信号的生成及回波信号的采集和处理，实现了对测试系统集成度的提升和设计简化。在隔离度优化方面，采用软件控制收发链路分时工作与射频开关隔离相结合的方式，将收发链路隔离度提升至 67 dB。实验结果表明，该系统有效抑制了发射链路信号的泄露，提高了传感器谐振频率解调的准确性，验证了软件无线电技术在无线传感领域的实用性与高效性。
-
2025,47(6):1059-1065, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.008
Abstract:
本文主要探讨了 Er/Sc 共掺 AlN 薄膜的制备与薄膜性质。采用有限元法仿真靶材表面的磁场分布，根据磁控溅射磁场强度分布与溅射效率的关系，设计镶嵌靶金属锭的个数和位置，从而控制 Er/Sc 共掺 AlN 薄膜的掺杂含量。研究镶嵌靶优化的 ErxScyAl1-x-yNz薄膜发现，影响薄膜最优 FWHM 值的主要因素是 Er 含量，随着 Er/Sc 比例增加，薄膜的厚度降低，沉积速率降低。薄膜厚度对薄膜表面粗糙度有着显著的影响，两者呈正比关系，厚度越大，粗糙度越大。在相同参数下沉积的 ErxScyAl1-x-yNz薄膜，薄膜压应力随着 Er 含量的增加呈先增大后减小趋势。
-
龙勇，丁雨憧，肖梦涵，陈哲明，石自彬，刘善群，邹少红，唐景黎
2025,47(6):1066-1070, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.009
Abstract:
随着物联网的快速增长，对射频前端的声表面波滤波器提出了更高、更全面的性能要求。钽酸锂压电单晶复合薄膜晶圆将不同材料的优势集成在一起，大幅提高了声表面波滤波器的工作频率和带宽，降低了功耗等性能。采用 Smart-Cut 技术制备了外观完整光滑、无宏观缺陷的 6 英寸 LTOI 晶圆。经 FIB-TEM、X 线衍射分析， 薄膜厚度、弯曲度、表面粗糙度测试表明，晶圆内部各层界面结合质量良好，摇摆曲线半高宽为 41″，单晶性能较好， LT 压电薄膜厚度为 745. 07 nm、厚度不均匀性为±1. 7%，弯曲度为 13. 98 μm，表面粗糙度为 0. 227 nm，满足声表面波滤波器器件使用要求。
-
张慧慧，李令英，钱波，孙立凯，宋尔冬，宫占江，鲁丽，林迪，朱莉莉，袁志钟，焦杰
2025,47(6):1071-1077, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.010
Abstract:
该文主要研究了铌镁酸铅钛酸铅 Pb（Mg?/?Nb?/?）O?-PbTiO（? 简称 PMN-PT）压电单晶的湿法刻蚀工艺。针对微机电系统（MEMS）器件中 PMN-PT 层的图形化需求，采用 4 种湿法化学刻蚀工艺配方，最终选择以体积比 φ（HF）∶φ（HNO?）∶φ（H?O）=1∶2∶10 为基础刻蚀液，并添加占总体积 1/50 的 H?O?作为氧化剂。实验表明，该优化配方可实现 2. 8 μm/min 稳定的纵向刻蚀速率，形成刻蚀角度 46. 6°的清晰结构轮廓，且刻蚀比较小。这为 MEMS 领域 PMN-PT 单晶的精密图形化提供了可靠和低成本解决方案。
-
2025,47(6):1078-1084, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.011
Abstract:
采用固相反应法制备了化学计量比为 Ba4 （Sm1-yLay）8. 6Ti18O54（y=0. 28~0. 35）的微波介质陶瓷，研究了 La3+取代量（y）对该陶瓷微观结构演变、相组成以及微波介电性能的影响。结果表明，随着取代量的增加，陶瓷的主晶相发生相转变，并伴随着晶粒尺寸变大和排列逐渐紧密，同时介电常数增加，品质因数升高，谐振频率温度系数接近 0。当取代量 y＞0. 33 时，主晶相转变为低品质相，微波介电性能劣化。在 La3+取代量 y=0. 30，预烧温度为 1 100 ℃，烧结温度为 1 350 ℃时，陶瓷可获得较佳的微波介电性能：εr=83. 48，Q×f =10 720 GHz，τf =+4. 29× 10-6 /℃。
-
谢佳维，白顺风，曾庆海，简小娟，李贵龙，胡爽，赵建华，王枥，黎元凯
2025,47(6):1085-1090, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.012
Abstract:
针对目前陀螺温补过程中普遍存在的温度迟滞问题，本文利用金属铂（Pt）具有良好的温度敏感性和线性度的特性，设计了单片集成铂电阻的石英微机械陀螺芯片，直接测量陀螺敏感芯片温度作为特征量对陀螺零位进行补偿。首先，采用光刻+剥离（lift-off）的方式制备了铂电阻，并采用石英 MEMS 工艺将铂电阻和陀螺芯片复合在一起。其次，对铂电阻的稳定化参数进行了摸底，铂电阻阻值在 125 ℃下 7 天趋于稳定，同时测量了铂电阻的标度因数为 2. 15 Ω/℃。最后，在相同变温条件下对比了基于常规温度传感器与铂电阻的陀螺零位温度迟滞。结果表明，基于常规温度传感器的陀螺零位普遍具有 20（°）/h 的温度迟滞，基于集成铂电阻的陀螺零位温度迟滞接近 0，且集成铂电阻陀螺的零偏稳定性较常规温度传感器普遍提升 1 倍左右，可在温度变化剧烈的应用场景进一步推广应用。
-
2025,47(6):1091-1099, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.013
Abstract:
影响光纤陀螺惯导系统性能的主要因素是光纤陀螺的随机噪声与常值漂移，随着时间的积累，它们导致导航误差的不断增大。当潜艇采用两套及以上光纤陀螺惯性导航系统构成冗余配置时，在缺乏外界辅助信息的环境中，如何实现对这些系统性能的有效监测与评估成为关键问题。本文建立了联合状态卡尔曼滤波估计模型， 设计了在线监测与优选方案，通过对性能状态误差估计效果的评估，间接反映了光纤陀螺惯导系统的性能。仿真和试验结果表明，所提方法能实现对光纤陀螺惯导系统的在线实时监测，并优选出性能较优的惯导系统。
-
辛鹏辉，李泽坤，甄秋童，Leonid F.Chernogor，金哲俊，孙中森，郑宇，刘田
2025,47(6):1100-1105, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.014
Abstract:
该文提出了一种工作于毫米波波段（K 波段和 Ka 波段）的光学透明编码超表面，用于实现宽带雷达散射截面（RCS）的减缩。采用模拟退火算法对超表面阵列进行优化，可获得最优散射阵列。实验结果表明，在线极化波垂直入射条件下，该超表面阵列在 19~47 GHz 频段实现了超过 10 dB 的 RCS 减缩，相对带宽达到 85%；在 0°~ 45°斜入射以及不同的弯曲曲率条件下，该超表面同样表现出优异的 RCS 减缩效果。所提出的超表面兼具柔性与透明特性，不仅拓展了其在复杂场景中的应用潜力，也为未来柔性电子与隐身器件的融合提供了新思路。
-
2025,47(6):1106-1110, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.015
Abstract:
基于轨道角动量在光学领域的应用前景，提出了一种工作在低太赫兹频段的新型交叉极化反射式宽带超表面。该超表面单元采用金属-介质-金属的 3 层结构，顶层为矩形缺口与双箭头设计，底层为金属地。通过仿真分析了超表面单元的反射幅度和反射相位特性，反射单元实现了等间距全周期相位分布。根据 3-bit不同参数单元结构的有序排列构建了反射式宽带超表面阵列，实现了轨道角动量（OAM）波束的生成。仿真结果表明，设计的单元结构不仅具有高效率的交叉极化反射幅度，且通过尺寸参数的调整能实现有效的相位调节。在 0. 65~1. 35 THz 时，该超表面阵列将线偏振波转换成效率超过 85% 的涡旋波束，能获得高质量纯度 OAM 波束。
-
2025,47(6):1111-1118, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.016
Abstract:
针对目前多频带多输入多输出（MIMO）天线存在的端口隔离度较差、抗干扰能力弱等问题，设计了一款可应用于 5G/6G 和卫星通信频段的双频二元 MIMO 天线。该 MIMO 天线由两个正交放置的单极子天线构成， 采用缺陷地技术并加载两根枝节来降低天线单元间的耦合，得到天线的隔离度＞20 dB。实测结果表明，天线两个频段的阻抗带宽分别为 590 MHz（1. 86~2. 45 GHz）和 3 940 MHz（3. 34~7. 28 GHz），可覆盖 5G n256 卫星通信， 5G n77/n78/n79 和 6G 的工作频段。同时天线具有稳定的辐射方向图，且峰值增益达到 5. 8 dBi。包络相关系数 （ECC）＜0. 001，分集增益（DG）＞9. 999 9，表现出良好的分集性能。结果表明，所设计的双频二元 MIMO 天线在 5G 卫星通信和 6G 系统领域具有重要的应用价值。
-
2025,47(6):1119-1123, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.017
Abstract:
针对传统压电传感元件的机电耦合系数低，现有研究发现其存在制造工艺复杂、体积大和批量生产难的问题，该文提出了一种基于几何调频设计的新型 1-3 型压电复合结构。该结构采用锆钛酸铅（PZT-5）压电陶瓷作为核心材料，其具有两排规则排列的倾斜支柱，倾斜表面上沉积有铜板作为电极层。有限元模拟分析表明，当高度差为 1 mm 和 2 mm 时，该结构的机电耦合系数高于传统的 1-3 型压电复合材料。制作了 25 个高度差为 2 mm 的传感元件，并使用阻抗分析仪进行测试。实验结果表明，新型压电复合材料的平均机电耦合系数达到 0. 697，方差仅为 0. 000 256，具有极佳的稳定性和一致性。与传统的压电复合材料相比，该新材料具有更高的机电转换效率， 适合大规模生产和应用，为宽带压电材料的开发提供了一种解决方案。
-
2025,47(6):1124-1131, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.018
Abstract:
考虑到压电执行器的迟滞非线性特征对定位控制精度的影响，提出了一种基于扩张状态观测器的模糊自适应滑模控制策略（ESOFASMC）。采用改进型 Bouc-Wen 模型与线性动力学模型相结合的建模方法对压电执行器建立数学模型，并基于此模型分别设计了扩张状态观测器和模糊自适应滑模控制器，给出了相应的参数设计过程。利用 MATLAB/Simulink 仿真软件搭建实验平台，对比分析了不同控制策略下的仿真结果，以及在压电直线电机的样机上对 ESOFASMC 控制策略进行了实验测试。仿真和实验结果验证了 ESOFASMC 控制策略的有效性和优越性 ，轨迹跟踪均方根误差最大为 0. 014 9 μm，最大定位误差为 0. 381 μm。 相比于其他控制策略 ， ESOFASMC 控制策略具有更宽的频率响应，跟踪效果更好，收敛速度更快，定位精度更好。
-
2025,47(6):1132-1140, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.019
Abstract:
针对行走式压电直线电机因压电陶瓷材料固有率相关迟滞非线性特性所导致的精度受限问题，该文提出了一种基于扩张状态观测器的自适应变速非奇异终端滑模控制器（ESO-ASNTSMC），以实现对电机的高精度定位。采用 Hammerstein 建模方法，建立了行走式压电直线电机的数学模型，设计了融合扩张状态观测器与自适应变速趋近律的终端滑模控制器。在 Matlab/Simulink 环境中搭建仿真平台，将所提控制策略与其他控制方法进行对比分析；同时在压电直线电机样机上进行了 ESO-ASNTSMC 的实验测试。实验结果表明，该控制器使电机实现了 0. 057 μm 重复定位精度及 0. 034 μm 定位精度，在幅值 50 μm 的方波跟随实验中，其超调大小可控制 0. 247 μm 内，验证了该控制器具有良好的动态跟踪及自适应能力，为实现行走式压电直线电机的高精度控制提供了有效解决方案。
-
2025,47(6):1141-1148, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.020
Abstract:
该文研究了 PIP-887. 91 型压电陶瓷在机电耦合场下疲劳失效问题，设计额定机械预载荷（1 000 N）与交变电场（100 V/100 Hz）耦合的加速疲劳试验，通过系统监测 1 亿次循环中位移、迟滞回线宽度及电容的变化规律。实验表明，在初期（0~5. 5×106 次）电畴重排，位移提升 14. 5%，电容增长 9. 5%；中期（5. 5~50×106 次）微裂纹萌生导致迟滞回线宽度增加 58%，位移衰减 15%；后期（＞50×106 次）裂纹网络贯通，电容异常跃升 12. 4%，位移和最大迟滞回线宽度出现波动。
-
2025,47(6):1149-1154, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.021
Abstract:
针对医学超声成像与工业无损检测领域对声学传感器穿透性能及分辨率的双重需求，设计了一种基于 1-3 型复合结构的 3 MHz 压电超声换能器。通过 COMSOL Multiphysics 有限元分析平台构建了以 PZT-5H 为压电相复合材料的结构特征模型。频率响应特性仿真表明其谐振频率为 2. 91 MHz，机电耦合系数达 67. 6%；进一步通过声学扩散模块分析获得了其在水域中声场分布特征，轴向声压最大值达到 207. 4 dB。根据仿真参数采用切割填充工艺制备了压电复合元件，并基于 KLM 理论模型完成换能器制备。实验得出换能器中心频率为 2. 82 MHz， 声阻抗值 18 MRayls，?6 dB 相对带宽为 62%，机电耦合系数提升至 74. 7%。对比研究表明，仿真与实测结果基本一致，声阻抗匹配良好，验证了设计方法的有效性，为高性能压电换能器的多物理场协同设计提供了系统的解决方案。
-
2025,47(6):1155-1162, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.022
Abstract:
针对在役核级管道微裂纹早期预测难、传统刚性压电换能器难以适配非平整表面等问题，提出基于聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜的非线性柔性表面波换能器的设计方法。该方法通过丝网印刷工艺在 PVDF 基底印刷叉指电极（IDT），研制出兼具柔韧性和非线性检测能力的换能装置，解决了传统刚性压电换能器在曲面工件上贴合度不足的工程难题。以 316 不锈钢为研究对象，应用非线性系数来表征材料损伤程度。实验结果表明，所设计的新型 PVDF 换能器相较于传统刚性压电换能器的非线性系数有明显提升，且更适用于弯曲管道表面的非线性检测。这为在役核级管道复杂曲面实施早期疲劳损伤在线监测提供了借鉴方法。
-
2025,47(6):1163-1169, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.023
Abstract:
基于磨料颗粒的压痕断裂理论，分析了超声磨料加工中磨粒冲击硬脆材料时的材料去除模式。采用光滑粒子流体动力学方法，研究超声磨料加工中单颗碳化硅磨粒冲击蓝宝石工件的裂纹萌生与材料去除机制。仿真结果表明，当磨粒动能小于材料裂纹产生的临界值时，材料主要去除方式为延性去除；当磨粒动能大于材料裂纹产生的临界值时，材料主要去除方式为脆性断裂去除。通过对磨粒速度与粒径的分析，得出蓝宝石材料裂纹产生的临界条件为磨粒半径 5 μm，速度为 90 m/s。高冲击速度和较大的磨粒粒径导致工件的材料去除量增加。超声磨料加工实验表明：工件材料去除率随着粒径的增大而增加；当磨粒粒径为 1. 5 μm 时，工件表面粗糙度由原始的 1. 049 μm 降至 0. 052 μm。
-
2025,47(6):1170-1174, DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2025.06.024
Abstract:
高频聚焦超声换能器在高端芯片无损检测、生物细胞成像与操控、生物组织病理学研究和材料的微观形貌表征等诸多方面有广泛的应用，结构参数对其性能有显著影响。采用有限元法，对自聚焦高频超声换能器进行仿真，分析了聚焦凹面的焦距与开孔直径比值对自聚焦超声换能器聚焦特性、焦点处?6 dB 横向分辨率和聚焦区域?6 dB 轴向分辨率这些主要性能参数的影响。结果表明，聚焦凹面对声波的聚焦效果良好，焦距与聚焦凹面的曲率半径十分接近。当聚焦凹面的焦距与开孔直径比值逐渐减小时，换能器的空间分辨力随之提升，且焦点区域声波能量更强，但可检测的深度范围逐渐变短。
“已录用”栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章，这些文章目前处在编校过程，尚未确定卷期及页码，但可以根据DOI进行引用。
-
2016,38(4):633-638, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2016.04.028
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％。
-
2012,34(6):864-867, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.015
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。
-
2016,38(3):450-453, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2016.03.026
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1.56×106 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。
-
吴高米，马晋毅，李尚志，司美菊，唐小龙，蒋世义，江洪敏，张祖伟
2024,46(3):285-289, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.001
Abstract:
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。
-
温福军，王园园，钱莉荣，王荔田，李翠平，熊阳，田亚会，李红浪
2024,46(3):290-295, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.002
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hSiO2 =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hAl/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。
-
王吉芳，郑露，陈平静，潘虹芝，杜雪松，董加和，陆川，陈正林，吴浩东，马晋毅
2024,46(3):310-314, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.006
Abstract:
针对不同温度场情况下任意复杂膜系结构和电路拓扑结构的声表面波(SAW)滤波器的温度敏感性精确计算问题,首先将温度场以热应力、热应变的方式耦合声/电本征方程并考虑封装模型的电磁因素,再结合分层级联算法和全波仿真技术,计算任意复杂膜系结构和电路拓扑结构的SAW 滤波器的温度敏感性,实现不同温度作用下SAW 滤波器频率响应曲线、频率温度系数(TCF)值、损耗、带宽及带外抑制等性能的综合分析。通过41°Y-XLiNbO3/SiO2/Si_poly/Si(111)复合衬底SAW 滤波器的优化设计与研制,其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。2024,46(3):306-309, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.005
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。
2024,46(3):300-305, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.004
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。
2022,44(3):403-406, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2022.03.014
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。
2024,46(3):343-346, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.012
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%。
2024,46(3):296-299, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.003
Abstract:
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。
2024,46(3):322-327, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.008
Abstract:
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hZnO/λ=0.3、hAlN/λ=0.5,且ZnO 被完全刻蚀(d/hZnO=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/hZnO=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/hZnO =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/hZnO=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。
2024,46(3):351-355, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.014
Abstract:
采用传统固相法制备了Pb(Zr1-xTix )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(Zr0.48Ti0.52)O3 陶瓷具有最
佳的电学性能:压电常数d33=183 pC/N,居里温度TC=402 ℃,相对介电常数εr=1 209。
2016,38(3):401-404, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2016.03.013
Abstract:
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/℃。
2024,46(3):339-342, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.011
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。
2024,46(3):315-321, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.007
Abstract:
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。
2024,46(3):328-332, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.009
Abstract:
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。
2024,46(3):362-366, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.016
Abstract:
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。
2024,46(3):333-338, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.010
Abstract:
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。
2024,46(3):392-398, Doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.021
Abstract:
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。
-
Abstract:
-
Abstract:
-
Abstract:
-
Abstract:
-
Abstract: