论文题目: 纳机电混频器的特性研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 物理电子学
作者: 朱年勇
导师: 于虹,黄庆安
关键词: 纳机电谐振器,纳机电混频器,非线性特性,机械混频特性,热弹性阻尼
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: NEMS(或称纳机电系统)是上世纪90年代末提出来的一个新概念,是继MEMS后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统,一般指特征尺寸在亚纳米到数百纳米,以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、界面效应和纳米尺度效应)为工作特征的器件和系统。纳机电谐振器是NEMS中常见的器件,研究纳机电谐振器的机械特性及阻尼机制对NEMS基本理论的发展及器件的设计,优化都具有重要的意义。非线性特性是纳机电谐振器一个重要的特征,实验表明当谐振器的振幅只有十几纳米时便表现出明显的非线性行为,其具体描述为:谐振器在外在正弦激励下做简谐振动,随着正弦激励频率的增加,谐振器的振幅逐渐增加至最大点,然后经过一段不稳定的振动后迅速停止振动,将这种现象称为跳跃现象;其中振幅最大点所对应的频率称为外在激励作用下的谐振频率,该频率与自由振动下的谐振频率之差称为频率偏移。本文根据达芬方程描述非线性振动系统,对具体尺寸的谐振器进行了分析和计算,指出达芬系统能够较好地展现纳机电谐振器的非线性特性;接着讨论了纳机电谐振器在多频激励下的机械特性,由多谐波激励的振动理论可知,此时非线性方程的解不但包含两个激励频率的项,在非线性区域内还包括大量组合波,并利用数值解求出在非线性区域内随着外加激励强度的增加出现了大量的伴峰或次谐波,从而实现了纳机电谐振器的机械混频。虽然达芬振动系统能够较好地解释纳机电谐振器的非线性特性和混频特性,然而该动力学模型内部的参数均为实验测量得到,这对进一步理论设计纳机电器件提出了新的挑战。当前NEMS器件设计的目标是高Q值,低功耗,需要对NEMS系统的各种阻尼机制进行讨论,从而可以确定某种损耗机制是基础的,某种损耗机制是可以通过改善工作环境和提高工艺设计避免的,故研究纳机电谐振器能量损耗的主导机制具有重要的意义。本文主要探讨了热弹性阻尼的机理及相关模型,并讨论了器件热力学参数及几何参数对系统品质因数和阻尼参数的影响,并在常温下进行了模拟,给出了品质因数和阻尼参数与几何参数的关系;针对硅-金复合梁结构的谐振器,根据两个不同的假设,分别提出了计算复合梁热弹性阻尼的方法,并讨论了复合梁热弹性阻尼与金属厚度的关系,这为进一步研究纳机电系统阻尼机制提供了新思路,为具体设计纳机电混频器提供了一些参考。本课题对进一步研究纳机电混频器的设计具有一定的参考价值。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 NEMS——纳机电系统的基本定义
1.2 NEMS 混频器概述
1.3 纳机电器件非线性效应的国内外研究进展
1.4 NEMS 发展面临的困难
1.5 本论文的安排
第二章 单自由度的振动系统和连续系统的振动理论
2.1 单自由度的线性振动系统
2.1.1 单自由度系统的自由振动
2.1.2 有阻尼的自由振动
2.1.3 单自由度系统的强迫振动
2.2 达芬方程描述的非线性强迫振动
2.2.1 Duffing 方程
2.2.2 单谐波激励的强迫振动
2.2.3 多尺度方法
2.2.4 多谐波激励的强迫振动
2.3 连续系统的非线性振动
2.4 小结
第三章 纳机电混频器特性分析
3.1 RF 混频器的基本特征
3.1.1 基本原理
3.1.2 频域分析
3.2 国外纳机电混频器的实验结果
3.2.1 纳机电混频器的实验方法
3.2.2 实验结果分析
3.2.3 小结
3.3 非线性特性分析
3.3.1 动力学模型
3.3.2 数值模拟和分析
3.4 混频特性
3.4.1 多频激励下的动力学方程
3.4.2 数值模拟和分析
小结
第四章 阻尼模型研究进展及纳机电系统阻尼参数的确定
4.1 外部条件造成的能量损耗
4.1.1 表面吸附引起的能量损耗
4.1.2 固支损耗
4.1.3 空气阻尼
4.1.4 结论
4.2 热弹性阻尼
4.2.1 热弹性阻尼机制
4.2.2 Zener 模型
4.2.3 矩形梁热弹性方程
4.2.4 热弹性方程的求解
4.2.5 模拟分析讨论
4.2.6 小结
4.3 有效质量的确定
4.4 结论
第五章 结束语
5.1 总结
5.2 本课题的一些建议
致谢
参考文献
第一章
第二章
第三章
第四章
附录
附录A
附录B
附录C
发布时间: 2007-06-11
参考文献
- [1].混频器矢量校准算法的研究与实现[D]. 陈楠.电子科技大学2017
- [2].外界因素对空间光混频器混频效率影响分析[D]. 马婷婷.长春理工大学2017
- [3].多模多标准系统中混频器电路的设计[D]. 周超.东南大学2015
- [4].基于180nmCMOS工艺的混频器研究与设计[D]. 张妮.西安电子科技大学2016
- [5].应用于60GHz收发机正交上混频器的设计[D]. 郑舟.东南大学2016
- [6].低功耗高线性度下混频器的研究与设计[D]. 曹小阳.湖南大学2013
- [7].基于0.13um CMOS工艺的800MHz~2500MHz宽带低中频上混频器的设计[D]. 刘文甲.华中科技大学2012
- [8].0.18um CMOS工艺下分别应用于高性能和低功耗的混频器的设计[D]. 孙玉香.复旦大学2012
- [9].S波段镜频抑制混频器小型化的研究[D]. 苗晓峰.山西大学2011
- [10].应用于5.8GHz电子不停车收费系统的阅读器中的混频器设计[D]. 谭泉海.南昌大学2009
相关论文
- [1].纳米梁的非线性行为研究及单晶硅纳米薄膜杨氏模量的分子动力学模拟[D]. 宋震煜.东南大学2006
- [2].2.4GHz CMOS混频器的设计与仿真[D]. 吴明明.哈尔滨工业大学2006
- [3].无源器件对混频器镜像抑制影响的研究与应用[D]. 强铨一.东南大学2005
- [4].纳机电系统中气体吸附解吸附问题研究[D]. 王平.东南大学2005
- [5].高线性度的CMOS上变频混频器设计[D]. 李鸣.东南大学2005
- [6].微/纳机电谐振器特性研究[D]. 梁秋芳.浙江大学2007
- [7].混频器性能研究和程控信号源的研制[D]. 龚淑君.浙江大学2005
- [8].应用于3G的射频CMOS混频器设计[D]. 褚蒙.西安理工大学2005
- [9].CMOS RF线性混频器的设计[D]. 杨德俊.电子科技大学2006
- [10].Ka波段VCO-谐波混频器组件研究[D]. 杨晓峰.电子科技大学2006