基于声电放大效应的声表面波滤波器具有高集成度、非互异性等优势，在**及商业领域有着广泛的应用前景。同时，新型材料和结构的研究也为未来高集成度的声表面波滤波放大器的制备提供了新思路和新方向。该文介绍了声表面波声电放大机理，分析了器件常用结构，并总结了部分器件性能指标，这对声表面波滤波放大器的应用与推广具有一定的借鉴意义。

基于铌酸锂(LN）薄膜的横向激发体声波谐振器(XBAR)能够兼具大机电耦合系数(K2)和高谐振频率(f）特性，有望满足5G应用的频段要求。然而，常规LN薄膜单层XBAR结构的温度稳定性较差，频率温度系数(TCF）较低。该文提出一种具有SiO2温度补偿层的SiO2/LN双层结构XBAR，并建立了精确分析层状结构XBAR的有限元模型。理论分析表明，该双层结构XBAR上激励的主模式是一阶反对称(A1)兰姆波。通过合理优化结构参数配置，能够获得高谐振频率(f~4.75 GHz）和大机电耦合系数(K2~8%），同时其温度稳定性也得到显著改善(TCF~-36.1×10-6/℃），相较于单层XBAR结构提高了近70×10-6/℃，这为研制温补型高频、大带宽声学滤波器提供了理论基础。

射频前端的高度集成和高能量密度使声表面波(SAW)器件的非线性问题愈发严重。该文搭建了射频SAW器件非线性信号的测量系统，对SAW谐振器的二次谐波(H2)和三次谐波(H3)信号进行了准确测量。分析测量结果，讨论了非线性谐波信号的产生机制，并通过非线性有限元(FEM)模型仿真结果与测量结果拟合对比，验证了介电非线性和声应变的非线性效应对谐波产生的影响，为进一步研究非线性抑制方法，设计高线性度SAW器件提供了重要支撑。

在设计高频声表面波(SAW）滤波器的过程中，若只考虑封装壳和键合线的电磁寄生参数而忽略汇流条的电磁寄生参数，则SAW滤波器的实际性能易受汇流条寄生参数影响而出现通带波动和驻波增大等问题。该文拟用电声-电磁联合仿真方法设计高频SAW滤波器以解决汇流条寄生参数对SAW滤波器性能的影响。通过此方法研制的滤波器通带插入损耗小于1 dB，波动0.5 dB，通带内驻波最大值2.1，-1.5 dB带宽75.7 MHz，-3 dB带宽84 MHz (相对带宽为4.8%)，-30 dB带宽112 MHz，BW-3 dB/ BW-30 dB矩形系数1.33。包含封装壳、键合线及汇流条的寄生参数的理论仿真结果与实验测试结果吻合较好，表明了采用此模型设计高频SAW滤波器的可行性。

该文研究了一种薄膜体声波谐振器(FBAR）采用并联电感和外匹配电路的拓扑结构实现宽带滤波的方法。使用Comsol软件对FBAR进行三维结构仿真，并提取最优电极形状(变迹五边形）对应曲线到ADS中联合外匹配电路进行频带拓展，外匹配电路中的电感Ls取值直接影响滤波器带宽。经调节，最终在谐振器串联谐振频率fs=1.97 GHz，并联谐振频率fp=2.03 GHz的情况下实现了21.15%的相对带宽，此时对应的3 dB带宽为419 MHz，1 GHz处的带外抑制为11.616 dB。

超级高性能(I.H.P.)SAW器件因具有优异的品质因数(Q)值及温度稳定性而备受关注。为用于宽带滤波器的研发，对双层结构(Cu电极/Y旋转5°切LiNbO3压电层/SiO2功能层/Si衬底）的I.H.P. SAW基底结构设计进行了研究。考虑质量加载效应，结合电极与压电层界面上的应力与自由电荷分布特点，采用精确的有限元/边界元法(FEM/BEM）理论进行研究。利用多层结构的连续性边界条件，计算多层复合格林函数以及谐振器导纳值，寻求谐振点与反谐振点之间最大频率差以优化基底结构尺寸。计算结果表明，对金属化比为0.5，结构周期(λ/2）为2 μm的器件，当功能层、压电层、电极层厚分别为0.15λ、0.2λ、0.037 5λ时，谐振频率点为880 MHz，反谐振点为1 018 MHz，由此可获得138 MHz的最大频率差。此结论为应用于宽带滤波器的I.H.P. SAW器件的设计提供了指导。

随着第五代移动通信(5G)时代的到来，高频、大带宽的谐振器成为通信行业的迫切需求。该文设计制备了一款可实现高频超大带宽的横向激发体声波谐振器(XBAR)。该谐振器A1模式的谐振频率为5.81 GHz，机电耦合系数可达39.6%，Q-3 dB为248；A3模式的谐振频率高达17.04 GHz，机电耦合系数为7.0%。该谐振器A1和A3模式的频率温度漂移系数(TCF)分别为-72.6×10-6/℃和-38.5×10-6/℃。此外，该文还提出了一种新型叉指电极(IDT)结构，该结构可以抑制寄生模式，提升谐振器性能。

随着5G通信技术的发展，通信频段的演进对于声学滤波器的性能指标、封装尺寸、集成度等要求越来越高。但在小尺寸的声表面波双工器中，隔离度指标是设计中的一个难点。该文针对如何提高双工器隔离度指标展开研究。基于耦合模模型与电磁仿真模型建立了双工器的仿真模型。通过采用拓扑结构的改进、共地电感与封装外壳的改进等方法，最终实现了在发射端(Tx)隔离度为-60.5 dB，接收端(Rx)隔离度为-50 dB，且具有小插入损耗特征的Band 5双工器设计，较之未改进前的双工器，其隔离度有明显改善。

该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明，Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激励声波的谐振频率、机电耦合系数和对应的频率温度系数(TCF)，且对所激励声波的正反谐振点的TCF影响不同。此研究在传感及滤波器件领域极具应用潜力。

平衡滤波器因具有卓越的抗噪声及抗电磁干扰能力而在繁杂频谱环境下的低噪通信系统中显得至关重要。该文提出了一款具有共模抑制特性的平衡滤波器，通过差共模理论结合导纳矩阵及传输矩阵完成了分析设计。该滤波器中心频率为1.4 GHz，相对带宽可达74.3%，覆盖2G、GPRS、3G及4G LTE频段。同时该滤波器的边带具有两对传输零点，故其具有理想的边带滚降速度及边带抑制水平。滤波器全差模通频带内共模信号抑制水平均优于10 dB，差模阻带抑制优于20 dB，电路尺寸仅为0.17λg×0.17λg。

使用结构为42°Y-X LiTaO3(600 nm)/SiO2(500 nm)/Si的SOI衬底，通过抑制横向模式等优化设计，研制了单端谐振器和声表面波滤波器。经测试，谐振器的谐振频率为1.5 GHz，品质因数(Q)值高达4 000；滤波器的中心频率为1 370 MHz，插入损耗为-1.2 dB，1 dB带宽为74 MHz，相对带宽达到5.4%，阻带抑制大于40 dB，且温度系数在-55~+85 ℃时优于-9×10-6/℃。该产品具有高频、宽带、低损耗、低温漂、高阻带抑制的特点，其性能指标优异，具有很好的实用性。

针对基于钽酸锂压电基底的小尺寸边缘反射型声表面波(SAW）滤波器，该文采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对该SAW滤波器进行建模仿真，并进行了固体力学和静电学物理场的有限元仿真分析。同时讨论了电极材料、电极厚度对其导纳曲线谐振频率和反谐振频率的影响，证明了电极厚度能够影响器件导纳曲线的寄生谐振，且选定导纳曲线中寄生谐振最弱时的厚度为该电极的最佳厚度。最后选用厚度为1.6 μm的Al作为该小尺寸SAW滤波器的电极，并对不同基片端面位置下的传输响应进行仿真分析。常规的二维FEM仿真结果表明，当基片边缘端面距叉指换能器(IDT)边缘为0时，器件的中心频率为126.35 MHz，插入损耗为-2.57 dB，-3 dB带宽为3.3 MHz。该仿真结果与经COM模型模拟获得的响应结果具有较高的匹配度，从理论仿真角度进一步证明了大介电常数基片端面反射可以等效为一个强反射的反射条。

通讯系统传输效率的提升对滤波器带宽的要求越来越高，如果使用常规声表面波(SAW)滤波器设计技术，则将面临损耗大或带宽达不到要求的问题。该文根据系列宽带SAW滤波器产品开发结果，总结了采用特殊技术用LiTaO3压电基片实现相对带宽8%以上的宽带SAW滤波器设计方法，其包括利用外围电感、电容增加SAW谐振器的谐振频率和反谐振频率的间隔，提高阻抗元滤波器带宽；利用多模式纵向耦合谐振滤波器结构增加滤波器带宽；利用双通带滤波器并联结构获得大带宽滤波器。上述方法各有优缺点，其均能获得约为9%的带宽。

该文提出了一种具有3个传输零点的高带外抑制小型化带通滤波器。通过耦合控制可在梳状线滤波器响应中引入3个传输零点。通过源/负载耦合和传输线上刻蚀的马刺线可降低带外抑制，使滤波器获得更好的性能。设计并制作了一款小型化带通滤波器实物，仿真结果表明，该文设计的滤波器工作中心频率和相对带宽分别为2.12 GHz和20%，该滤波器的回波损耗优于40 dB，插入损耗小于0.2 dB，带外抑制小于40 dB。此外，该滤波器还具有结构简单紧凑、易加工等特点，实物测试结果与仿真结果基本一致。

该文提出一种基于压电纤维复合材料(MFC）的结构热变形物理模拟方法，建立了悬臂梁结构热变形与MFC驱动变形的相关性方程，并与有限元仿真进行对比验证。面向复合材料层合板以结构热变形模拟为目标，利用优化的方法反求出MFC的驱动电压，从而指导MFC驱动实验。结果表明，对于均质悬臂梁的弯曲变形，仿真结果与理论表达式一致；面向层合板的弯扭耦合变形、MFC驱动变形与热变形的测点位移误差均在5%内，验证了该文提出的物理模拟方法的有效性。

采用旋涂法制备不同质量分数还原氧化石墨烯(rGO）的PVDF/rGO复合薄膜。采用层层堆叠法构建层层组装异质三明治结构(PVDF/rGO-PVDF-PVDF/rGO）的压电纳米发电机(PNG）。系统研究了rGO掺杂、异质结构设计对压电输出性能的影响。研究结果表明，在掺杂rGO质量分数为0.4%时，单层PVDF/rGO复合薄膜压电纳米发电机的开路电压达到1.76 V，短路电流达到0.18 μA。层层组装异质类三明治结构PVDF/rGO0.4-PVDF-PVDF/rGO0.4的PNG，开路电压高达7.72 V，是单层PVDF/rGO复合PNG的4.39倍；短路电流可达0.69 μA，是单层PVDF/rGO复合PNG的3.83倍，这促进了电荷的转移，提高了电荷利用率。PVDF/rGO0.4-PVDF-PVDF/rGO0.4复合层层异质结构PNG经过4 000次循环敲击测试，三层异质复合PNG压电输出稳定，有望在柔性可穿戴电子器件、人机交互及电子皮肤等领域得到广泛应用。

面向植入式微泵在生物医疗领域的应用需求，为了提高低电压及微型化条件下微泵的输出流量，该文设计了一种双层泵腔压电无阀植入式微泵。基于压电振子的压电耦合仿真以及微泵的电-固-液三相耦合仿真，验证了双层泵腔微泵设计的有效性，并优化了结构及驱动参数。通过实验验证了耦合仿真结果的正确性,并测试了微泵的流量范围。结果表明，微泵最优设计参数：扩散角为30°，颈宽为300 μm，上层泵腔高度为100 μm。微泵的净流量随电压的增大而增大，且适用于低频驱动。实验结果表明，双层泵腔压电无阀微泵的输出流量是传统压电无阀微泵的5.38倍。

针对单板式压电作动器动力小、速度低等问题，为丰富宏微直线作动器形式，该文提出基于双作动板式定子的压电直线作动器。选定双作动板的一阶纵振和二阶弯振为作动器工作模态，利用纵振驱使动子滑移，借助弯振实现驱动足与动子的动态接触与分离。阐释了双作动板推动动子前移的过程，推导出驱动足的椭圆轨迹方程及椭圆形成条件。优化出定子结构尺寸为45.3 mm×11.2 mm×6 mm，实现了两工作模态的简并。建立了定子机电耦合分析模型，解算出两相工作模态的振型，求得两相模态频率分别为34 994 Hz和34 998 Hz，模拟出驱动足的椭圆行进轨迹，求得定子的调压及调频振动特性。测试表明，当驱动电压的幅值和频率为250 V、34 938 Hz 时，驱动足的x、z向振幅分别达1.34 μm和2.73 μm，足以推动动子移进。设计了双板式作动器的装配结构，建立了其三维装配模型。该作动器有望输出较大动力与速度，具有广阔的应用前景。

基于智能材料驱动的高速开关阀具有比电磁高速开关阀更好的动静态特性。针对传统悬臂梁结构压电双晶片输出力较小的缺点，该文研究了一种基于压电双晶片的气动高速开关阀，提出了一种简支梁结构固定方式。借助COMSOL对压电元件流固耦合问题进行分析，优化了阀的关键结构参数，并对样机进行了实验研究。实验结果表明，阀的工作频宽达到280 Hz，在压差0.3 MPa的条件下，最大流量为30.7 L/min。

基于智能车辆视觉传感器表面除水的需求，该文提出了一种利用压电换能器激励兰姆波以驱动液滴运动的装置，并建立了压电振子和弹性体平板的二维有限元模型。首先运用COMSOL Multiphysics仿真软件对自由边界条件下的压电振子进行频率分析，得到前4阶特征模态，第2阶模态具有最大的结构相对位移，其特征频率为谐振频率；然后对压电振子所激励的兰姆波在平板中的传播特性进行了分析。结果表明，兰姆波在板中出现明显的频散特性，并通过改变压电振子间隔激励A0模态占主导的兰姆波,以提高液滴驱动效果。通过实验验证了兰姆波驱动液滴模型的可行性。

该文提出了一种基于弹簧振动平台的上变频压电俘能器，解决了低频振动能量收集效率低的问题。分析了压电悬臂梁输出功率与激励频率的三次方正相关，解释了采用上变频收集低频振动能量的原因。应用赫兹接触理论分析了拨片与压电悬臂梁的接触力，建立了拨动式激励的压电俘能器机电耦合模型。在综合考虑重叠长度和拨片厚度等影响因素后，选取厚度0.1 mm矩形不锈钢拨片。实验表明，在1g(g=9.8 m/s2）、5.67 Hz的激励信号下,单拨动式上变频V25W型压电悬臂梁输出功率可达9.6 mW，具有很强的低频能量收集性能。

为了研究正挠电效应在能量采集方面的应用，该文针对四边简支矩形板结构建立了挠电俘能器模型。首先推导了在点激励作用下四边简支矩形板的动态响应；其次根据正挠电效应建立了由动态应变梯度引起的能量采集理论，并推导出外部负载电阻两端的输出电压与功率表达式；最后分析了不同的参数,如板的模态、激励位置、挠电片尺寸、厚度与位置及负载电阻等对输出电压与功率的影响。研究结果表明，不同振动模态、贴片位置及挠电片厚度等均影响挠电能量采集的输出功率，该分析结果对优化板结构挠电俘能器的能量输出有实际意义。

机电阻抗(EMI）法是目前结构健康监测(SHM）技术中较热门的研究领域之一。实际应用中，EMI法测得的阻抗信号受温度干扰，因而对损伤产生误判。首先从理论上分析了温度导致阻抗发生变化的原因，然后以EMI法中典型的压电陶瓷(PZT-5H）型陶瓷传感器为研究对象，测试分析了温度对PZT电阻抗特征的影响规律。研究发现，阻抗峰值的频移与温度呈线性关系，且温度对峰值频移的影响与频率相关。进一步结合频率偏移及幅值的变化规律，建立了机电阻抗(EMI）法结构健康监测的温度效应修正模型。研究结果为消减环境温度对PZT阻抗特征的影响奠定了基础。

环境振动状况监测对设备的安全运营至关重要。通过压电振动能量采集器可实现对环境振动信息的感知，再经过智能信息处理方法无线监测设施的安全运营状态。将无线传感与深度学习相结合，在充分研究压电振动能量采集器输出信号特征的基础上，提出了优化的卷积神经网络模型，用于识别环境异常振动模式，并设计实现了智能感知无线监测传感节点。系统工作时，节点可监测环境振动、温度信息并报警异常事件。测试结果表明，该传感节点在无线传输距离超过100 m的情况下，实现了环境振动事件的实时监测，报警时间小于5 s，环境振动模式识别准确率可达95.7%，监测环境温度状况并准确报警异常燃烧事件的时间小于3.7 s。该节点在野外目标监测等场合有广泛的应用前景。

该文介绍了一种基于马赫-则德尔干涉仪(MZI）与二甲基硅油(DSO)相结合的高灵敏度光纤温度传感器。传感器由MZI及填充在其表面的DSO组成。MZI由单模光纤-锥形无芯光纤-单模光纤构成。填充DSO后，MZI的谐振峰向右有小的漂移。通过跟踪MZI谐振峰波长随温度的变化，对环境温度进行测量。经测试，传感器的温度灵敏度为-97.7 pm/℃，而未填充DSO的MZI温度灵敏度为-50.1 pm/℃，传感器灵敏度提高了约1.95倍。该传感器具有结构制作简单，造价低及灵敏度高等优点，具有一定的应用前景。

为了提高传感器的灵敏度和线性度，该文提出了改变光纤的表面粗糙度和探针类型。首先通过自主搭建轮式光纤侧面抛磨系统，将光纤的一端镀一层Ag膜作为反射镜面，制备得到表面较粗糙的D型光纤探针。通过检测探针的传感特性发现，被测溶液折射率的变化会引起不同能量的吸收，由此使光功率计接收的光功率发生改变。经测试，制备的D型光纤传感器稳定性及线性度均很好，尤其是抛磨损耗为18 dB的传感器的灵敏度和线性相关系数分别高达66.02 dB/RIU和99.58%。通过对折射率的精度进行测量和计算，得到其精度高达0.000 04。结果表明，该传感结构具有广泛应用于生化传感(如新冠疫情等）及对环境污染程度进行实时监测的潜力。

针对高精度光纤平台系统误差补偿的需求，有效地提高光纤平台的应用精度及启动快速性，该文考虑了加速度计的杆臂误差、惯性仪表的时间不同步误差、安装误差及标度因数误差等误差特性，建立了两级标定的Kalman滤波方程。采用Kalman滤波法实现误差参数的辨识，并对该方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明，所设计的系统级标定方法能够估计出所有的误差参数，且具有较高的应用性能，对于提升高精度光纤平台的应用精度具有重要意义。

半规管是人体前庭系统中的一种角位移感知器官，该文基于人体半规管几何尺寸、机械属性及内部结构，利用表面对称电极含金属芯聚偏二氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器，设计制备了一种结构尺寸、工作机理与人体半规管基本一致的仿生角加速度传感器。同时搭建了实验系统，对仿生半规管传感器的感知理论模型进行了验证。实验结果证明，传感器的工作机理与数学模型推导结果基本一致，仿生传感器在不同加速度刺激下输出相应幅值的电信号。通过扫频实验确认系统固有频率约为10 Hz，可用于人体头部的运动检测。

该文提出了一种带有梯形槽的双脊喇叭天线，天线在口径面和外侧壁引入梯形槽结构，抑制了喇叭外壁上的电流，从而达到降低喇叭天线旁瓣的目的。天线采用3D打印技术，有效地解决了传统方式加工难及一致性差的问题。仿真和实测表明，该天线设计可有效提高天线增益，在工作频带5~10 GHz内天线增益大于10.32 dBi，回波损耗小于-10 dB；在9.6 GHz时峰值增益可达14.61 dBi。将天线喇叭壁设计成空心结构，天线质量减小了74%。测试结果与仿真结果基本一致。

该文提出了一种工作于30~32 GHz的毫米波差分移相器，其尺寸为30 mm×18 mm×0.127 mm。该移相器以微带线为基础进行设计，由中心圆环及一对开口谐振环(SRR)共同组成。通过改变中心圆环的半径大小实现在工作频段内的S参数优化。以参考线的输出相位为基准，通过改变开口谐振环半径依次实现22.5°、45°、90°的差分移相。结果表明，在所设计的频段内，该移相器的回波损耗小于-10 dB，插入损耗小于1.4 dB，仿真最大移相误差小于5°。该移相器结构简单，便于制造。通过实物样品测试，验证了其仿真结果的可靠性。

气介超声可在常温下去除水分，对干燥热敏性水果有突出优势。该文利用有限元仿真软件和实验研究了气介超声在干燥过程产生的微流现象，分析了气介超声对苹果片微观结构的影响，以及在干燥过程中超声功率对水果含水率的影响。结果表明，气介超声干燥后的苹果组织孔隙显著增大，这将有利于苹果内部的水分扩散，同时气介超声能更好地维持样品的微观结构，与未加超声作用的苹果片相比，气介超声处理后的苹果片含水率显著降低，且干燥速率能在短时间内得到迅速提升。上述结果对理解气介超声干燥机制有参考价值。