SAW微压力传感器及其双频微带天线设计

许浩源, 李媛媛, 马连杰

(上海工程技术大学 电子电气工程学院,上海 201620)

0 引 言

传感器的广泛应用已经深入到生活和工作中。在某些特殊情况下无源无线传感器的使用就成为最佳的选择[1]。Zhai J X等人已经研究了两种类型的声表面波(surface acoustic wave,SAW)器件的叉指式换能器(interdigital transducer,IDT)结构[2]。主要对SAW的IDT做了优化设计,使其能够产生更大的激励和更好的性能。LAMSALLI M等人提出了一种基于分形几何的天线小型化设计方法[3,4]，在天线的小型化方面做了深入的探索,但在对SAW微压力传感器的低频工作频率的匹配方面未做深入的考虑。

本文首先对SAW微压力传感器的IDT进行了设计,然后采用加载容性负载和加载短路探针的方法对微带天线进行小型化。天线设计为双频微带天线,且保证有一个频段工作在低频段，另一个频段工作在中频带。经过小型化天线的尺寸为30 mm×30 mm,小型化率达到77 %。一个频段在810 MHz,另一个频段在2.16 GHz,满足了设计要求。同时对所设计天线的回波损耗,增益进行了仿真分析。

1 SAW压力传感器

如图1所示,SAW微压力传感器主要由基片和IDT组成。其工作原理为:电信号通过叉指转换成声波信号,在基片上传播后又转换为电信号。其中,在SAW研究的过程中,IDT设计的优劣,是SAW传感器性能好坏的关键[5]。

图1 SAW压力传感器原理

1.1 IDT模型

IDT是激发和接收SAW的一种声—电转换器件。通过建立δ函数模型对IDT进行独立分析,然后使用COMSOL软件对IDT进行有限元分析。

叉指在中xi处的声源分布为

(1)

式中ai为叉指宽度；Ii为第i根叉指声源强度。

因此,IDT所对应的声源分布为