通过理论仿真, 该文研制了一种改进型的3IDT-LCR结构, 并基于该结构在42°Y-X LiTaO3压电基片上研制出一种低损耗、小矩形系数的SAW滤波器。滤波器标称频率为253.75 MHz, 实测插入损耗1.05 dB, 低端带外抑制接近80 dB, 高端带外抑制接近65 dB, -1 dB带宽10.52 MHz, -3 dB带宽12.54 MHz, -40 dB带宽16.68 MHz, 矩形系数1.33。实测结果表明, 该改进型3IDT-LCR结构的SAW滤波器具备低插入损耗、小矩形系数和高带外抑制的特点。

为设计新型光学生物传感器，本课题组构造了基于Parity-Time (PT)对称的耦合谐振腔系统，用于实现对人体血糖浓度的测量。通过结构优化，使系统达到PT对称极点状态，然后利用极点状态下透射率对血糖折射率极其敏感的特性，将对血糖浓度的测量转化为对系统透射率的测量，从而达到血糖传感的目的。本文研究了两种传感方式：一是固定特定极点处的频率，测量系统在不同血糖浓度下的透射率；二是在极点附近的频率范围内扫描，测量特定血糖浓度下透射率的峰值。血糖质量浓度为20～182 mg/dL时，第二种方式下传感器的灵敏度均高于第一种方式；当血糖质量浓度高于182 mg/dL时，第一种方式在1466.40 THz频率下的灵敏度要比第二种方式高。可以将本文对血糖浓度的传感方式推广到对其他生物样本的测量上。

磁耦合谐振式无线输能系统理论设计上可在临界耦合的一段区间内达到高效率能量传输, 但还存在远距离弱耦合区效率急剧衰减, 近距离强耦合区出现谐振频率分裂现象的问题。为此, 仿真并设计制作附有铁氧体磁芯的平面螺旋耦合线圈, 在传输系统中做频率跟踪调谐, 使传输距离在强耦合区变化时, 依旧保持系统高效率传输。测试表明, 整个系统可实现传输距离在 5~20 cm变化时, 都能保证无线输能效率高于 80%。

理论上磁谐振无线能量传输可以做到很高的效率，然而在实际情况下由于各种各样介质的影响，实测效率与理论值难以保持良好的一致性。为了解决实测效率与理论效率偏差较大的问题，提出了基于等效电路模型的 非铁磁性介质中的磁谐振无线能量传输系统。从计算与仿真角度分析了不同介质的对线圈阻抗与谐振频率的影响，且计算与仿真结果吻合良好。提出了介质中高效率系统的设计步骤，优化后仿真结果表明可以提高 30%以上 的效率。

采用四线圈并联谐振的磁耦合单元，设计了高效率磁耦合谐振式无线传能系统。分析了四线圈磁耦合单元在品质因数和可调节性的优势，结合多物理场仿真软件 COMSOL和电路设计软件 Multisim，对设计的磁耦合谐振式无线传能系统中磁耦合单元和发射电路单元进行了混合仿真。无线传能系统中源线圈和负载线圈设计为半径 9 cm的单匝线圈，发射线圈和接收线圈为半径 13 cm的 4匝线圈组，发射和接收线圈距离为 40 cm(1.5倍线圈直径)。测试表明，该系统的谐振频率为 4.78 MHz，系统从直流输入到交流输出的无线传能效率达到了 96.7%。

基于光子晶体谐振腔优越的选频特性,设计了一种八波长光子晶体波分复用器。利用平面波展开法得到了特定晶格排列和半径下光子晶体的能带结构,采用时域有限差分法分析了微腔耦合频率的变化规律,得出环形谐振器和微腔之间的共振耦合特性。该器件主要由4个光子晶体环形腔和8个尺寸不同的微腔组成,实现了1.37,1.39,1.42,1.44,1.50,1.51,1.53,1.55 μm等8个波长的波分解复用。结果表明,只通过调节微腔中心柱和外围介质柱的半径,就可以使8个波长从特定端口输出,且输出效率都可以达到97%以上。所设计的器件尺寸为23 μm×18 μm,具有物理尺寸小、耦合效率高等优点,在集成光学领域具有潜在的应用前景。

使用耦合谐振电路理论设计微带交指滤波器具有较好的灵活性, 然而当衬底厚度和中心频率增加到一定程度时, 由传统的50 Ω抽头线得到的外部品质因数Qe达不到理论值。为了增大实际设计中的Qe, 同时匹配源和负载, 本文将传统的抽头结构改进为一段50 Ω微带线与一段较细微带线组合的类SIR抽头; 此外, 为了减小微带线阶跃变化带来的回波损耗, 将类SIR抽头改进为一段50 Ω微带线与一段较细微带线渐变式过渡的抽头。最终, 分别采用类SIR抽头和渐变式抽头设计了一个Ka波段微带交指滤波器。仿真表明: 使用类SIR抽头和渐变式抽头得到的Qe都能与理论值相匹配, 且带渐变式抽头的滤波器相比于带类SIR抽头的滤波器, 其回波损耗减小8.31 dB, 插入损耗减小0.16 dB。从而验证了所提出的两种抽头结构改进的可行性。

基于传统的并联微环阵列很难实现滤波信道的切换，针对此问题，文章利用耦合谐振诱导透明（CRIT）效应的频谱特性设计了一种新型2×2路由器。首先，使用传输矩阵法仿真并分析了产生CRIT效应的相长干涉和相消干涉条件，并对产生的两个CRIT信道进行控制；然后，设计了新型路由器并研究了传输系数与微环半径差对路由器性能的影响。研究证明：通过设置相干长度可以灵活控制相邻双环的CRIT信道；增大微环半径差可以扩大路由器带宽。所设计的路由器基本满足波长交换和路由的稳定可靠、灵活度高和抗干扰能力强等要求。

利用磁场在谐振线圈的共振耦合, 磁耦合谐振式无线传能技术可以提供中等距离和功率的传输。当收发回路耦合系数较高且处于过耦合状态时, 系统发生频率分裂现象, 激励源频率成为制约传输功率的重要因素。由于收发线圈之间的距离具有随机性的特点, 负载接收功率和额定功率难以恰好匹配。为了提高能量的传输功率及其稳定性, 经过系统建模和理论分析发现, 可以采用罗耶振荡电路对最大传输功率频点进行实时跟踪, 基于反馈链路的功率控制也是实现功率匹配的有效手段。实验结果表明, 采用罗耶振荡器和前端升压电路顺利完成无线传能系统的频率跟踪和功率控制, 实现在12 cm距离内5 W功率的稳定传输, 从而验证了能量传输过程中优化控制的有效性。