无源无线SAW传感器及其应用

来源：电子产品世界 摘要:声表面波(saw)器件作为信号处理器在现代扩频技术中已获得广泛的应用，推动了信号保密、抗干扰技术在通信、雷达、电子对抗等军用电子系统中的应用。然而，随着信息技术的深入发展，作为模拟技术的saw技术，在信号处理领域依然展示着其实时强大的信号处理能力，同时在信息敏感方面也展现出卓越的优势，如其灵敏度高、直接频率和相位输出、多参量综合信号转换能力、性能稳定、无源低功耗、工艺简单且与半导体工艺兼容易于实现片上集成等特点，在多种物理、化学、生物传感器系统获得应用，广受重视。近年来，随着saw器件工作频率提高到ghz以上，使得集信息敏感与信号处理、信号传输于一体的单芯片saw无源标识器(sawidt)技术在多种saw传感器系统获得广泛的应用，成为当今saw和传感器两个技术领域的一个新发展亮点。本文基于信息敏感的角度对saw传感器的理论、设计、结构、系统研究方向、在无源标识器(idt)应用军方面进行了探讨，对进一步发展以saw综合信息敏感技术为基础的新的系统设计有一意义。 关键词:saw传感器、无源标识器(idt)、信息敏感 一、前言 传感器是把客观世界中包含的各种信息通过各种载体尽量多的转换出来，出于人类自身认识和思维的促限性等原因，人们习贯于接受和处理电磁信号携带的信息；因此，在以电磁信号为载体的信息社会迅速发展的今天，传感器的重要性就不言而喻，由于当前理论、设计、工艺等发展的局限性，人们在现有已建立信息系统的模型、信息载体的种类的基础上的信息敏感、信息传输和信息利用各个环节上不可避免的造成信息大量失真，在理论上已为人们所认识；如何解决这个问题呢？鉴于saw技术自身的技术特点：工作频率高(ghz量级)、信息载体信号(电磁—机械运动)能量集中、运动的表面化(易于工艺处理)、微细线条加工工艺成熟等原因，使得saw成为各类传感器当前研究的热门，近年在应用上取得突破性进展，成为当前信息敏感的标志性技术之一。 图1：saw器件原理 saw技术的发展起源于二十世纪六十年代初期，至今已有四、五十年的历史。其基础理论、应用设计、工艺技术、计算模型等方面的研究已非常充分，声表面波(saw)是一种传播于基片界面的机械波，如图1所示，鉴于saw技术特点，推动一类新型、功能强大的saw信号处理中的实现，从而在二十世纪七十年代后期推动了国内外宽带扩频技术在各类电子系统中的广泛应用。但它具有不可回避的缺点。如：器件性能如器件工作频率、插入损耗、时间延迟、相位延迟等受温度、压力、湿度等外界物理因素影响较大；因此，作为信息传输用的信号处理器，随着当前信息传输特点和需求的迅速发展，技术弱点越来越凸显。然而，正是由于saw技术的上述优点和不足。奠定了saw技术在信息敏感领域的独特地位。 <1>、saw器件性能易受外界各物理因素影响，对信号处理器来说，这是它是必需克服的弱点，而对于信息敏感器来说，这正是它作所必需的。因而，saw器件的信号模拟处理特点为其成为信息敏感器奠定了物理基础。 <2>、saw信号能量集中在基片的1～2波长范围内，其对外界量变的响应较其它信号更为敏感，因而，saw信息敏感技术不但可以实现多种物理量(如温度t、压力p、湿度h等)的高精度敏感，还为化学、生物等微量物质的敏感奠定了技术基础。 <3>、saw传播速度为103m/s量级(比电磁波慢5个数量级)，易于实现saw传感器的微型化、阵列化。 <4>、当且与半导体技术融合时，奠定了saw传感器的综合化、智能化、低成本大规模生产以及广泛应用的技术基础。 基于上述saw技术的自身特点以及当前信息敏感技术发展的需求，saw传感器，包括saw温度传感器，saw压力传感器、saw湿度传感器、saw化学气体传感器、saw液相传感器等，国际上早在二十世纪七十年代以后就有研究报告出现。近年来，随着环境保护及反恐的需要，saw传感器再次宣起新的研究高