無源無線SAW傳感器及其應(yīng)用

來源：電子產(chǎn)品世界 摘要:聲表面波(saw)器件作為信號(hào)處理器在現(xiàn)代擴(kuò)頻技術(shù)中已獲得廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了信號(hào)保密、抗干擾技術(shù)在通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗等軍用電子系統(tǒng)中的應(yīng)用。然而，隨著信息技術(shù)的深入發(fā)展，作為模擬技術(shù)的saw技術(shù)，在信號(hào)處理領(lǐng)域依然展示著其實(shí)時(shí)強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，同時(shí)在信息敏感方面也展現(xiàn)出卓越的優(yōu)勢(shì)，如其靈敏度高、直接頻率和相位輸出、多參量綜合信號(hào)轉(zhuǎn)換能力、性能穩(wěn)定、無源低功耗、工藝簡(jiǎn)單且與半導(dǎo)體工藝兼容易于實(shí)現(xiàn)片上集成等特點(diǎn)，在多種物理、化學(xué)、生物傳感器系統(tǒng)獲得應(yīng)用，廣受重視。近年來，隨著saw器件工作頻率提高到ghz以上，使得集信息敏感與信號(hào)處理、信號(hào)傳輸于一體的單芯片saw無源標(biāo)識(shí)器(sawidt)技術(shù)在多種saw傳感器系統(tǒng)獲得廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)今saw和傳感器兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)新發(fā)展亮點(diǎn)。本文基于信息敏感的角度對(duì)saw傳感器的理論、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)研究方向、在無源標(biāo)識(shí)器(idt)應(yīng)用軍方面進(jìn)行了探討，對(duì)進(jìn)一步發(fā)展以saw綜合信息敏感技術(shù)為基礎(chǔ)的新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一意義。 關(guān)鍵詞:saw傳感器、無源標(biāo)識(shí)器(idt)、信息敏感 一、前言 傳感器是把客觀世界中包含的各種信息通過各種載體盡量多的轉(zhuǎn)換出來，出于人類自身認(rèn)識(shí)和思維的促限性等原因，人們習(xí)貫于接受和處理電磁信號(hào)攜帶的信息；因此，在以電磁信號(hào)為載體的信息社會(huì)迅速發(fā)展的今天，傳感器的重要性就不言而喻，由于當(dāng)前理論、設(shè)計(jì)、工藝等發(fā)展的局限性，人們?cè)诂F(xiàn)有已建立信息系統(tǒng)的模型、信息載體的種類的基礎(chǔ)上的信息敏感、信息傳輸和信息利用各個(gè)環(huán)節(jié)上不可避免的造成信息大量失真，在理論上已為人們所認(rèn)識(shí)；如何解決這個(gè)問題呢？鑒于saw技術(shù)自身的技術(shù)特點(diǎn)：工作頻率高(ghz量級(jí))、信息載體信號(hào)(電磁—機(jī)械運(yùn)動(dòng))能量集中、運(yùn)動(dòng)的表面化(易于工藝處理)、微細(xì)線條加工工藝成熟等原因，使得saw成為各類傳感器當(dāng)前研究的熱門，近年在應(yīng)用上取得突破性進(jìn)展，成為當(dāng)前信息敏感的標(biāo)志性技術(shù)之一。 圖1：saw器件原理 saw技術(shù)的發(fā)展起源于二十世紀(jì)六十年代初期，至今已有四、五十年的歷史。其基礎(chǔ)理論、應(yīng)用設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)、計(jì)算模型等方面的研究已非常充分，聲表面波(saw)是一種傳播于基片界面的機(jī)械波，如圖1所示，鑒于saw技術(shù)特點(diǎn)，推動(dòng)一類新型、功能強(qiáng)大的saw信號(hào)處理中的實(shí)現(xiàn)，從而在二十世紀(jì)七十年代后期推動(dòng)了國(guó)內(nèi)外寬帶擴(kuò)頻技術(shù)在各類電子系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。但它具有不可回避的缺點(diǎn)。如：器件性能如器件工作頻率、插入損耗、時(shí)間延遲、相位延遲等受溫度、壓力、濕度等外界物理因素影響較大；因此，作為信息傳輸用的信號(hào)處理器，隨著當(dāng)前信息傳輸特點(diǎn)和需求的迅速發(fā)展，技術(shù)弱點(diǎn)越來越凸顯。然而，正是由于saw技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)和不足。奠定了saw技術(shù)在信息敏感領(lǐng)域的獨(dú)特地位。 <1>、saw器件性能易受外界各物理因素影響，對(duì)信號(hào)處理器來說，這是它是必需克服的弱點(diǎn)，而對(duì)于信息敏感器來說，這正是它作所必需的。因而，saw器件的信號(hào)模擬處理特點(diǎn)為其成為信息敏感器奠定了物理基礎(chǔ)。 <2>、saw信號(hào)能量集中在基片的1～2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其對(duì)外界量變的響應(yīng)較其它信號(hào)更為敏感，因而，saw信息敏感技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)多種物理量(如溫度t、壓力p、濕度h等)的高精度敏感，還為化學(xué)、生物等微量物質(zhì)的敏感奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 <3>、saw傳播速度為103m/s量級(jí)(比電磁波慢5個(gè)數(shù)量級(jí))，易于實(shí)現(xiàn)saw傳感器的微型化、陣列化。 <4>、當(dāng)且與半導(dǎo)體技術(shù)融合時(shí)，奠定了saw傳感器的綜合化、智能化、低成本大規(guī)模生產(chǎn)以及廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。 基于上述saw技術(shù)的自身特點(diǎn)以及當(dāng)前信息敏感技術(shù)發(fā)展的需求，saw傳感器，包括saw溫度傳感器，saw壓力傳感器、saw濕度傳感器、saw化學(xué)氣體傳感器、saw液相傳感器等，國(guó)際上早在二十世紀(jì)七十年代以后就有研究報(bào)告出現(xiàn)。近年來，隨著環(huán)境保護(hù)及反恐的需要，saw傳感器再次宣起新的研究高