治結(jié)構(gòu)電容的并聯(lián)式接口芯片實施例示意圖；
[0070]圖30采用三明治結(jié)構(gòu)電容和螺旋電感的并聯(lián)式接口芯片實施例示意圖；
[0071]圖31串聯(lián)式雙諧振器接口芯片實施例示意圖；
[0072]圖32并聯(lián)式雙諧振器接口芯片實施例示意圖；
[0073]圖33并聯(lián)式接口等效網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0074]圖34單接口芯片(器件)構(gòu)成的應(yīng)答器電路示意圖；
[0075]圖35采用兩個并聯(lián)式接口芯片的實用應(yīng)答器示意圖；
[0076]圖36采用巴倫連接兩個并聯(lián)式接口芯片的實用應(yīng)答器示意圖；
[0077]圖37串聯(lián)式接口等效電路示意圖；
[0078]圖38單接口芯片(器件)構(gòu)成的應(yīng)答器電路示意圖；
[0079]圖39雙串聯(lián)式接口芯片實用應(yīng)答器示意圖；
[0080]圖40采用巴倫的雙并聯(lián)式接口芯片實用應(yīng)答器示意圖；
[0081]圖41多個接口芯片構(gòu)成的復(fù)合應(yīng)答器電路示意圖。
【具體實施方式】
[0082] 1.聲表面波器件
[0083]聲表面波器件是在壓電晶片上制作的無源微型電子元件，它利用晶片上的叉指換 能器(IDT)等金屬電極結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電磁波一聲表面波的能量相互轉(zhuǎn)換和聲表面波傳輸特性 控制，來完成穩(wěn)頻、濾波、延遲、相關(guān)和傳感等功能。
[0084]聲表面波器件中能量轉(zhuǎn)換過程不涉及電子空穴過程，沒有能量閾值，動態(tài)范圍大， 也不需要額外能量，電磁輻射不會對其產(chǎn)生影響，能在嚴(yán)酷電磁輻射環(huán)境中應(yīng)用，已在雷 達(dá)、通訊、音視頻、遙控、傳感等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0085]聲表面波器件的基本特點(diǎn)是：
[0086] ?抗輻射，耐高低溫，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，能在嚴(yán)酷環(huán)境中可靠工作；
[0087] ?器件體積小，重量輕，采用微電子技術(shù)批量生產(chǎn)，一致性好，可靠性高；
[0088] ?聲表面波在晶片表面?zhèn)鞑?，容易控制其傳輸性能，實現(xiàn)信號處理和傳感功能。
[0089] ?聲表面波換能機(jī)制沒有載流子參與，也就不需要外接能源供給，是純無源器件。
[0090] 2.聲表面波器件的射頻信號收發(fā)功能
[0091] -個聲表面波器件中，至少利用了一個叉指換能器實現(xiàn)電聲能量轉(zhuǎn)換。叉指換能 器(圖4)是一個在壓電基片上制作的、有兩個不同極性匯流外引電極、按一定規(guī)則交叉排列 形如手指交叉狀的周期金屬電極條陣，具有頻率選擇性和直連天線收發(fā)無線電波的能力。
[0092]叉指換能器的頻率選擇功能源于其金屬電極的周期性。叉指換能器受電磁波激勵 后，由于逆壓電效應(yīng)，將在基片表面產(chǎn)生同頻聲表面波，并向兩側(cè)傳輸。僅當(dāng)叉指換能器的 周期與電磁波長同步時，所生成的聲表面波最強(qiáng)，即叉指換能器具有接收電磁波的頻率選 擇性。
[0093]同樣，叉指換能器也只能選擇接收基片上與其同步的聲表面波，由壓電效應(yīng)，轉(zhuǎn)換 為同頻電磁波，即叉指換能器具有輸出電磁波的頻率選擇性。
[0094]高頻叉指換能器直接連接天線后，由于叉指換能器的頻率選擇性，就能接收共振 激勵電磁波，轉(zhuǎn)化為聲表面波。所生成的聲表面波在基片表面輸運(yùn)過程中受到人為設(shè)計的 處理(反射、取樣等）后，被叉指換能器接收后恢復(fù)為電磁波，再經(jīng)天線發(fā)回。這樣叉指換能 器就具有同頻電磁波的收發(fā)功能，但所收發(fā)的電磁波，其特征有所變化:頻率微變，幅度和 相位差異明顯。
[0095] 3.聲表面波諧振器
[0096]聲表面波諧振器是一種利用壓電基片上聲表面波多次反射獲得電磁波頻率諧振 特性的聲表面波器件。聲表面波諧振器由置于壓電基片表面的叉指換能器和柵狀反射器構(gòu) 成，柵狀反射器大多也是用金屬(如鋁，金)薄膜制作的，有時也會用表面周期溝槽構(gòu)成。芯 片用粘接劑粘到氣密外殼內(nèi)，并用鍵合絲將叉指換能器電氣連到外引出端。有兩類聲表面 波諧振器結(jié)構(gòu):一是只有一對端子的單端對聲表面波諧振器，另一是有輸入和輸出端口的 雙端對聲表面波諧振器。單端對諧振器在兩個反射器之間只有一個叉指換能器（圖5)，而雙 端對諧振器在兩個反射器之間有兩個叉指換能器。本文所稱的諧振器專指單端對諧振器。
[0097]聲表面波諧振器諧振現(xiàn)象是將聲表面波振動能量限制在柵狀反射器內(nèi)來實現(xiàn)的。 由叉指換能器電極指條間交變電場激勵的聲表面波，傳播出叉指換能器后被柵狀反射器反 射回來，柵狀反射器對聲表面波施加干擾，是由于電學(xué)或力學(xué)阻抗的不連續(xù)性。當(dāng)聲表面波 入射到這些柵狀反射器后，入射波慢慢轉(zhuǎn)換為反射波，盡管每單根反射單元的微擾量可以 很小，周期排列的大量這些單元同相反射聲表面波，形成極大相干反射。這些柵狀結(jié)構(gòu)可以 形成有效的反射區(qū)域，在反射器間生成駐波，產(chǎn)生一個極高Q值的諧振。圖6顯示了單端對諧 振器中駐波的位移分布，從圖中可看到，在叉指換能器中心附近聲表面波能量達(dá)到最大值， 并朝向柵狀反射器的兩邊慢慢減小。諧振頻率fr近似為：
[0098]fr=vs/(2d)
[0099] 其中，vs為聲表面波傳播速度，d為電極中心間距。
[0100] 聲表面波諧振器作為穩(wěn)頻元件已廣泛應(yīng)用于VCR射頻調(diào)制器、CATV本振、測試設(shè)備 和遙控(例如汽車門鎖)等領(lǐng)域，而作為傳感器也有許多實用化產(chǎn)品。
[0101 ] 4.聲表面波諧振器型應(yīng)答器
[0102] -個作為穩(wěn)頻元件的通用聲表面波諧振器，連接天線及封裝后，就是一個無源無 線頻率探測的應(yīng)答器。在近同頻電磁波脈沖激勵時，應(yīng)答器的聲表面波諧振器受迫振蕩，除 立即發(fā)回與激勵脈沖同頻的電磁回波外，同時在聲表面波諧振器芯片聲學(xué)諧振腔內(nèi)積累聲 學(xué)能量。當(dāng)激勵脈沖停止后，積累的聲能會慢慢轉(zhuǎn)換為衰減電磁波發(fā)射回去，此時回波頻率 是聲表面波諧振器應(yīng)答器的固有頻率，與激勵電磁波一般稍有差別。
[0103] 圖7為聲表面波諧振器型應(yīng)答器的回波，在等幅受迫振蕩波后，接著是一個幅度指 數(shù)衰減的穩(wěn)頻信號。當(dāng)激勵波頻率與應(yīng)答器固有頻率相差較大時，會表現(xiàn)為差頻調(diào)制起伏 波形。
[0104]由于壓電基片表面?zhèn)鬏數(shù)穆暠砻娌ǎ湮锢硖匦?例如速度)會對其所處環(huán)境參量 變化敏感，而使諧振器的固有頻率(即回波頻率)是環(huán)境參量的敏感函數(shù)，檢測回波頻率，就 實現(xiàn)了諧振器所處環(huán)境參量的遙測功能。
[0105] 一個(為提升其特定傳感功能)特別設(shè)計的聲表面波諧振器，接上天線后，就是一 個傳感元件與無線遙測接口的集合體。注意到聲表面波諧振器是一種無源器件，所以它就 成為一個聲表面波諧振器型無源應(yīng)答器，簡稱常規(guī)應(yīng)答器，以區(qū)別于本發(fā)明所述的接口型 應(yīng)答器。5.實用的常規(guī)應(yīng)答器中的匹配電感
[0106]為使激勵功率有效利用，聲表面波諧振器與天線間需要匹配元件，一般用電感來 抵消諧振器中叉指換能器靜電容的影響。匹配元件的加入，會稍微改變諧振器網(wǎng)絡(luò)的諧振 頻率。實際應(yīng)用的常規(guī)應(yīng)答器，就如圖8所示:一個(為提升其特定傳感功能)特別設(shè)計的聲 表面波諧振器，一個兼做防靜電的匹配電感和一個小型化天線。顯然，此常規(guī)應(yīng)答器具有聲 表面波器件的所有特點(diǎn)，特別適用于長期和惡劣環(huán)境中應(yīng)用。
[0107] 6.電抗型傳感元件作為匹配網(wǎng)絡(luò)元件
[0108]由上述，由聲表面波諧振器、天線和匹配元件組成的網(wǎng)絡(luò)，其頻率特性會隨匹配元 件值變化發(fā)生改變。由此可以預(yù)計，當(dāng)采用高穩(wěn)定聲表面波諧振器后，利用通用電抗型傳感 元件作為匹配元件，會使網(wǎng)絡(luò)頻率特性只與通用電抗型傳感元件的傳感敏感電抗特性相 關(guān)，通過網(wǎng)絡(luò)頻率特性無線遙測，就能使通用電抗型傳感元件獲得無線傳感功能。
[0109]為極大彰顯傳感器的傳感效應(yīng)，在諧振器與天線間的匹配應(yīng)是由多個電抗元件構(gòu) 成的低失配網(wǎng)絡(luò)，此時通用電抗型傳感元件作為匹配網(wǎng)絡(luò)元件之一。
[0110] 以后，把除通用電抗型傳感元件外的匹配網(wǎng)絡(luò)匹配元件簡稱為接口匹配元件。
[0111] 7.通用電抗型傳感元件用聲表面波諧振器型無源遙測接口
[0112] 把聲表面波諧振器和接口匹配元件構(gòu)成的部分獨(dú)立出來，顯見它具有無線傳感系 統(tǒng)應(yīng)答器中無線遙測接口的功能:實現(xiàn)傳感信息射頻無線電化。以后將此獨(dú)立部分稱為通 用電抗型傳感元件用聲表面波諧振器型無源無線遙測接口，簡稱聲表面波諧振器型遙測接 口，或無線遙測接口。
[0113]由上述，此無線遙測接口的頻率特性應(yīng)該是穩(wěn)定的，或者在傳感應(yīng)用環(huán)境中回波 頻率變化規(guī)律是已知的。當(dāng)然在實際應(yīng)用中，只要此無線遙測接口中的所有元件:聲表面波 諧振器、配套電感電容，其在傳感應(yīng)用環(huán)境中電抗變化比所連接的通用電抗型傳感元件的 電抗變化小得多，那么可以認(rèn)為此無線遙測接口的頻率特性是穩(wěn)定的。
[0114]目前，采用零溫度系數(shù)切向的石英晶體制作的聲表面波諧振器，已在高精度頻率 穩(wěn)定電路中得到廣泛應(yīng)用，可以視為高穩(wěn)定聲表面波諧振器，應(yīng)用于本發(fā)明中。
[0115]由于同樣在石英晶片上集成電感和電容，其穩(wěn)定性也高。
[0116]當(dāng)然，也有采用其他高穩(wěn)定聲表面波諧振器制作技術(shù)，可以應(yīng)用于本發(fā)明中。
[0117] 8.聲表面波諧振器接口型應(yīng)答器
[0118]通用電抗型傳感元件、無線遙測接口和天線共同組成了與常規(guī)應(yīng)答器同樣功能的 應(yīng)答器(參見圖9,圖10)，通用電抗型傳感元件輸出的模擬傳感信號被變換為射頻回波頻率 信號，實現(xiàn)了通用電抗型傳感元件的無線傳感功能。
[0119]為與前述的常規(guī)應(yīng)答器相區(qū)別，此處所述的采用了聲表面波諧振器型遙測接口的 應(yīng)答器，稱為聲表面波諧振器接口型應(yīng)答器，簡稱接口型應(yīng)答器。
[0120] 如果通用電抗型傳感元件也是無源的，那么構(gòu)成的接口型應(yīng)答器也是無源的，特 別適用于長期工作和嚴(yán)酷環(huán)境。
[0121] 表1為常規(guī)應(yīng)答器與接口型應(yīng)答器的主要區(qū)別。
[0122] 表1接口型應(yīng)答器與常規(guī)應(yīng)答器的比較
[0123]
[0124]
[0125] 9.采用雙聲表面波諧振器的無線遙測接口
[0126] 由于無線信道對無線傳感應(yīng)答器特性有影響，采用兩個聲表面波諧振器形成差頻 結(jié)構(gòu)是必要的，所以實用的無線遙測接口將由兩個諧振頻率不同的聲表面波諧振器及其配 套的接口匹配元件構(gòu)成。其中一個接口連接通用電抗型傳感元件，閱讀器將主要檢測兩諧 振器諧振頻率差來獲知傳感信息。
[0127