CMUTs谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法及匹配网络

摘要：

本发明公开了CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法及匹配网络，CMUTs谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，包括电压源，LC调谐网络，CMUTs等效电路网络以及负载网络。电压源，主要为LC调谐网络，CMUTs等效电路网络以及负载网络提供交流电压。通过LC调谐网络对CMUTs等效电路网络在并联谐振频率处电抗进行阻抗匹配，使其串并联谐振频率过零点。本发明使CMUTs在低电压下具有过零点的串并联谐振频率，所述阻抗匹配方法简单方便，能够使CMUTs在小于30V直流偏置电压下谐振，反射损失S11在谐振工作频率点减小到‑25dB～‑40dB之间，提高回波损耗S21大于‑3dB，降低了CMUTs功耗并提高传输效率。

专利类型：发明专利

申请/专利号：CN201910460830.5

申请日期：2019-05-30

公开/公告号：CN110224682A

公开/公告日：2019-09-10

主分类号：H03H7/38(2006.01)

申请/专利权人:西安交通大学

发明/设计人:赵立波;赵一鹤;李支康;李杰;杨萍;徐廷中;刘子晨;郭帅帅;卢德江;蒋庄德

主申请人地址:710049 陕西省西安市咸宁西路28号

专利代理机构:西安通大专利代理有限责任公司

代理人:王艾华

国别省市代码:陕西;61

权利要求：

1.CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、设计CMUTs的等效电路网络； 步骤2、根据步骤1得到的计CMUTs的等效电路网络设计LC调谐网络，LC调谐网络包括电感L1和调谐电容C1，并确定LC调谐网络中电感L1的电感值和调谐电容C1电容值； 步骤3、将LC调谐网络连接在CMUTs的输入端。 2.根据权利要求1所述的CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，其特征在于，步骤1中的具体过程为：将CMUTs薄膜损失等效为电阻R，将CMUTs薄膜质量等效为电感L，将CMUTs薄膜刚度等效为电容C，将CMUTs物理结构电容等效为电容C0，然后计算电阻R，电感L，电容C和电容C0的参数。 3.根据权利要求1所述的CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，其特征在于，CMUTs的等效电路网络包括电阻R、电感L、电容C和电容C0，所述电阻R、电感L以及电容C依次串联形成RLC串联网络，电容C0并联在RLC串联网络两端。 4.根据权利要求1所述的CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤： 步骤2.1、根据CMUTs等效电路电阻和CMUTs等效电路并联谐振频率，计算调谐电感L1的电感值和调谐电容C1电容值，作为初始条件； 步骤2.2、利用史密斯圆图，结合CMUTs等效电路的电抗和CMUTs等效电路并联谐振频率，调整调谐电感L1的电感值和调谐电容C1电容值，使电抗CMUTs等效电路和LC调谐网络整体的电抗为0，电阻为50Ω±5Ω；记录此时的电感L1的电感值和调谐电容C1电容值分别作为LC调谐网络中电感L电感值和调谐电容C电容值。 5.根据权利要求4所述的CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，其特征在于，步骤2.2中，取使得电抗CMUTs等效电路和LC调谐网络整体的电抗为0，电阻为50Ω时的电感L1的电感值和调谐电容C1电容值作为LC调谐网络中电感L的电感值和调谐电容C电容值。 6.一种低电压CMUTs谐振阻抗匹配网络，其特征在于，包括CMUTs谐振式生化传感器和连接在CMUTs谐振式生化传感器输入端的LC调谐网络，所述LC调谐网络包括电感L1和调谐电容C1，所述电感L1的第一端和电源连接，第二端和调谐电容C1的第一端连接，所述调谐电容C1的第一端接地。 7.根据权利要求6所述的CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，其特征在于，电感L1采用贴片电感。 8.根据权利要求6所述的CMUTS谐振式生化传感器的低电压阻抗匹配方法，其特征在于，电容C1采用多层陶瓷电容。