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高频无线无源声表面波传感器的仿真与测试研究

作　者: 吴佚卓
导　师: 陈希明
学　校: 天津理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 无线无源声表面传感器法向螺旋天线耦合矩阵模型品质因数正交检波
分类号: TN65
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 391次
引　用: 1次
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内容摘要

声表面波传感器(Surface Acoustic Wave Sensor)主要应用在遥测、无线传感方向,随着对抗干扰性能要求的不断提高,GHZ频段的声表面波传感器有着广泛的市场需求。本课题是在天津市自然科学基金项目(项目编号033700611)“高性能无线无源声表面波传感器研究”的资助下进行的。通过对不同结构的声表面波传感器进行仿真模拟,结合高频段声表面波传感器的测试研究无线、无源声表面波传感器的频率响应特性,设计合适的传感器天线用以提高接收信号的能力。主要完成了以下几方面工作:1.理论模型研究应用耦合模型(coupling of modes)理论,模拟出高频声表面波传感器的频率响应,编制了模拟程序。2.高频声表面波传感器的天线设计根据阻抗匹配理论分析设计出的高频声表面波传感器的天线,在采用对称阵子天线的基础上,设计出法向螺旋天线的结构参数,能够做到天线尺寸与传感器尺寸相近,更能满足实际中的应用。3.高频声表面波传感器的测试利用网络分析仪测试实际高频声表面波传感器的频率响应特性。同时,根据采用不同测试模式所得的频响图进行讨论。4.为了进一步扩展高频声表面波器件的应用领域,还对无线、无源声表面波传感器的接收系统进行了一定的研究,给出了接收系统对信号的处理方法。综上所述,本论文对高频声表面波传感器不同结构的频率特性进行了研究,设计传感器天线。用实验测试结果验证了耦合模拟对于无线、无源高频声表面波传感器的适用性。另外,对无线、无源高频声表面波传感器的接收系统进行了一定的研究,给出了接收系统对信号的处理方法。本文的创新工作如下:1.在分析声波沿声表面波传感器基片传输的基础上,提出了声表面波传感器的边界条件和初值条件,并引入到耦合矩阵模型中,实现了声表面波传感器的模拟,为研究声表面波传感器的频率响应特性提供了理论依据。2.用网络分析仪测试高频声表面波传感器的频响特性,提出了测量对双端口谐振型声表面波传感器采用S11测试模式来代替通常所用的S21测试模式,从而获得更精确的品质因数及3dB带宽。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 声表面波传感器的原理及分类  9-11
    1.2.1 延迟线型声表面波传感器  9-10
    1.2.2 谐振型声表面波传感器  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-12
  1.4 本论文的主要内容  12-14
第二章声表面波传感器的模拟仿真及理论分析  14-25
  2.1 引言  14
  2.2 多层薄膜结构声表面波传感器的基片材料所需考虑的主要参数  14-16
  2.3 声表面波传感器频率响应的模拟设计  16-24
    2.3.1 模拟声表面波传感器输出特性模型的类别  16-18
    2.3.2 模态耦合模型设计原理及模型推导  18-23
    2.3.3 SAW传感器的模拟、仿真结果与分析  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章高频无线、无源声表面波传感器设计  25-35
  3.1 高频无线、无源声表面波传感系统的系统框图  25-26
  3.2 高频无线无源声表面波传感器的基片材料  26
  3.3 高频无线无源声表面波传感器IDT及反射栅设计中所考虑的参数  26-28
  3.4 高频声表面波标签传感器的等效电路分析  28-31
    3.4.1 声表面波标签传感器的等效电路模型  28-31
    3.4.2 声表面波标签传感器的输入导纳计算  31
  3.5 天线的设计  31-34
    3.5.1 表征天线性能的主要参数  31-32
    3.5.2 对称半波振子天线参数的计算  32-33
    3.5.3 法向螺旋天线的设计  33-34
  3.6 本章小结  34-35
第四章高频声表面波传感器的测试模式和分析  35-45
  4.1 网络分析仪概述  35-39
    4.1.1 网络分析仪的种类  35-36
    4.1.2 影响网络分析仪的主要指标  36-37
    4.1.3 网络分析仪对声表面波器件的主要测试模式  37-39
  4.2 反射栅延迟线型声表面波传感器的测试和分析  39-40
  4.3 双端口谐振型声表面波传感器的测试和分析  40-44
    4.3.1 谐振型声表面波传感器的波动学讨论  40-42
    4.3.2 双端口谐振器的测试分析  42-44
  4.4 本章小结  44-45
第五章高频声表面波传感系统中回波信号的检波方案  45-49
  5.1 无线、无源声表面波传感器系统  45
  5.2 数字式检波原理  45-47
    5.2.1 带通采样定理  45-46
    5.2.2 基于Hilbert变换的数字正交算法  46-47
  5.3 软件仿真  47-48
  5.4 本章小结  48-49
第六章总结与未来展望  49-50
  6.1 总结  49
  6.2 未来展望  49-50
参考文献  50-53
攻读硕士学位期间发表的论文  53
攻读硕士学位期间参与的科研项目  53-54
致谢  54-55

高频无线无源声表面波传感器的仿真与测试研究

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