聲表面波傳感器高頻振蕩電路研究.pdf

1、論文題目：聲表面波傳感器高頻振蕩電路研究專業(yè)：物理電子學(xué)碩士生：姚順奇（簽名）指導(dǎo)教師：張濤班麗瑛（簽名）摘要聲表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）傳感器具有體積小、靈敏度高、工作穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、易于集成化及無線化等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越多的應(yīng)用于溫度、壓力、加速度、濕度以及特殊氣體等方面的檢測(cè)。目標(biāo)測(cè)量參量變化導(dǎo)致聲表面波的波速發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致聲表面波傳感器的輸出頻率、幅值、或者相位會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的變化，通過檢測(cè)該頻率

2、、幅值或者相位的變化能夠達(dá)到精確檢測(cè)的目的。因此，如何確保聲表面波傳感器穩(wěn)定工作于射頻頻率，對(duì)于聲表面波傳感系統(tǒng)的性能具有決定性影響。本文針對(duì)聲表面波傳感器的頻率效應(yīng)特性，設(shè)計(jì)并研究了可確保聲表面波傳感器穩(wěn)定起振與工作的匹配振蕩電路。對(duì)于結(jié)構(gòu)不同的聲表面波傳感器，其相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用范圍也不盡相同。延遲線型聲表面波傳感器主要用作化學(xué)傳感器，而諧振型聲表面波傳感器主要用作物理傳感器。本文選用聲表面波延遲線、聲表面波濾波器以及聲表面波諧振器幾種不

3、同的聲表面波器件，利用Agilent的先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（AdvancedDesignSystem，ADS）對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的振蕩電路設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)的振蕩電路進(jìn)行了諧波平衡仿真，分析了振蕩電路的振蕩頻率及其諧波功率譜。最后制備出聲表面波傳感器匹配振蕩電路，并對(duì)電路進(jìn)行了調(diào)試與分析。對(duì)于任何傳感器而言，當(dāng)其工作在電磁干擾較強(qiáng)的環(huán)境中時(shí)，干擾電磁波會(huì)降低傳感器的信噪比，從而影響到傳感器的檢測(cè)的靈敏度，導(dǎo)致測(cè)量誤差。對(duì)于聲表面波傳感器而言，也是如此。故

4、選用ComputerSimulationTechnology（CST）的三維電磁仿真軟件CSTSTUDIOSUITE對(duì)應(yīng)用于雙通道的聲表面波傳感器振蕩電路的金屬屏蔽進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。通過軟件仿真研究了縫隙、孔隙、屏蔽體材料、屏蔽體厚度、印制電路板（PCB）等對(duì)屏蔽效能的影響，確定了屏蔽體的各項(xiàng)參數(shù)，并對(duì)屏蔽體的屏蔽效能進(jìn)行了預(yù)測(cè)，另外從仿真分析得出一些屏蔽體設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)。本文工作僅是聲表面波傳感器系統(tǒng)研究的一部分，聲表面波傳感器振蕩電

5、路及其電磁屏蔽的研究為今后聲表面波傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的更深層次的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。Subject:ResearchonHighFrequencyOscillatingCircuitfSAWSenssSpecialty:PhysicalElectronicsName:YaoShunqi（Signature）Instrut:ZhangTaoBanLiying（Signature）ABSTRACTDuetotheuniqueadvantage

6、ssuchassmalldimensionhighsensitivitystabilitylowcosteasyintegratedwirelessavailableetc.Thesurfaceacousticwave(SAW)sensshavebeenmemeappliedftemperaturepressureaccelerationhuitychemicalsmeasuring.TheSAWvelocitychangewithth

7、eparametersofmeasuredtargetstherewillbesomechangesofthefrequencyamplitudephaseofSAWsenssaftersensing.Detectingthesechangesthetargetparameterscanbeaccuratelygot.ThestablebehaviinRFfrequencyfSAWsenssisanimptantfactontheper

8、fmanceoftheSAWsenssystem.InviewofthefrequencyacteristicsofSAWsensstheSAWsensoscillatingcircuithasbeenstudieddesignedinthisresearch.TheapplicationsofSAWsenssaredifferentbecauseofthedifferentstructuresofSAWDevices.TheSAWde

9、laylinesaremainlyappliedfchemicalsenssSAWresonatsaremainlyappliedfphysicalsenss.ThisresearchdesignedseveraloscillatingcircuitsfSAWdelaylineSAWfilterSAWresonatrespectivelywithHarmonicBalanceSimulationbyAdvancedDesignSyste

10、m(ADS).Thesimulationoftheoscillationfrequencyitsharmonicspowerspectrumaremadeanalyzed.Finallytherealcircuitsystemwasmadetestedanalyzed.WhenthesenswksintheelectromagicenvironmenttheelectromagicwavewillloweritsSNRwhichwill

11、affectthesenss’sensitivityleadtoinaccuratemeasurement.ItissamefSAWsenss.SotheComputerSimulationTechnology’s3DelectromagicsimulationsoftwareofCSTSTUDIOSUITEisappliedtosimulatedesignmetalshieldofthedualchannelSAWsenssoscil