我国声表面波技术三十年回顾与展望

瑞利1885年发现声表面波SAW以后，直至1965年，怀特和沃特默发现了瑞利SAW波的有效激励方法：压电基片上的叉指换能器。从此，SAW技术进入了应用开发高潮。由于SAW具有尺寸小、固态化、稳定可靠、不需调整以及信号处理功能极强和抗辐射等优势，各国竞相开发。

早期在研究各种晶体、陶瓷和薄膜的SAW参数的同时，对SAW基本元件包括叉指换能器、多条耦合器、反射器等数学物理模型进行了研究，并迅即开发各种基本的SAW器件，至1975年,SAW延迟线、色散延迟线包括RAC型色散延迟线，抽头延迟线包括可编抽头延迟线、SAW滤波器、SAW谐振器以及SAW卷积器等均已有实用产品。

我国SAW技术开发始于1970年，只比西方晚三年时间。SAW器件自70年代末实际应用以来,现在已遍及军工和民用各方面，大致是：SAW信号处理器件主要应用于军工领域，而频率选择和频率控制SAW器件和SAW传感器则都是军民共用的器件。

 
我国SAW技术的主要成就
几乎各国SAW技术最早均是应用于国防军事领域，其主要是三大类器件：SAW信号处理器件、SAW频率选择和控制器件、SAW传感器，同时还有以三类器件为基础开发的功能模块或子系统。

 
1.军用SAW信号处理器件
SAW信号处理器件,相对于数字技术,它的高处理速度，大处理带宽和极强的处理功能，特别在实时处理中具有绝对优势，因而国内外都对其特别关注并投入了很大的人力物力开发。

 
SAW固定非色散延迟线　我国SAW固定非色散延迟线开发始于1970年，1971年26所研制出国内第一对SAW延迟线。这类器件现在已广泛成功地应用于应答机，高度表及动目标显示等系统中，其高频器件并可应用于一些电子干扰的储频环中，现在实用产品水平为：

 
工作频率：f0 = 30～1500MHz
工作带宽：　f = 2.5～350MHz
插入损耗: IL = 10～35dB
三次行程信号抑制: TTS = 20～40dB

SAW抽头延迟线　这类广泛应用于扩频技术中的SAW器件，根据调制方式分为BPSK、MSK和QPSK、GMSK等并且分为固定编码和可编程编码两大类。其功能主要是进行频谱扩展和相关解调，以提高抗干扰能力和保密性。我国器件自80年代前期开始实际应用，至今主要提供的产品包括固定编码和可编程编码两类，主要为用于BPSK和MSK的SAW抽头延迟线，用于通讯机的扩频通信，亦应用于CNI系统，也包括TIS系统以及雷达脉冲压缩等。我国抽头延迟线研制始于70年代初，可编程抽头延迟线开发始于80年代中期，这类产品由于系相位加权器件，对温度稳定性要求很高，特别是信号有源产生时更是如此，此时基片材料一般仅能使用水晶，在处理好阻抗匹配等一系列技术问题后，现在实际应用的产品主要性能参数范围为：

 
固定抽头位数19--255位，研制水平为1024位；可编程抽头位数16--128位，研制水平为256位；码型：BPSK、MSK、GMSK；相关信号峰值对旁瓣电平与理论值之差最高可达1--2dB。

SAW色散延迟线　这类器件常被称为脉冲压缩滤波器或chirp(调频)滤波器。脉冲压缩技术实际上是SAW技术早期开发最强有力的驱动力，因为在60年代末以前脉冲压缩所采用的所有技术包括L-C网络，体声波技术等都很复杂而且很不成功，而采用SAW技术不仅可以分别得到正负调频斜率的共轭匹配的延迟线，以分别作为无源线性(或非线性)调频信号发生器和匹配(压缩)滤波器，而且可将加权滤波器综合在压缩滤波器内，使脉冲压缩环结构大幅简化，体积重量成千万倍减小而功能大幅加强。

这类产品的设计开发技术曾经是SAW器件开发技术的核心，以此器件为目标对SAWIDT的设计分析模型进行了十分深入的研究，其间为IDT开发了函数分析模型，脉冲响应分析模型和等效电路模型，但通常使用较精确的等效电路模型，并且开发了衍射的预计和补偿方法。

为提高压缩脉冲边瓣抑制水平采用的技术全部以雷达信号处理理论为依据，通常在相对带宽较大时，采用幅度加权，两这种频域上的加权通常通过富里叶变换关系在时域上实施，而多数时候更直接线性地对应在时域实施，当脉冲持续时间带宽乘积(△fT)较大时(>100)，均能较好地与理论相吻合。而当△fT较小时如<20时，则需要采取很多措施。如：对菲涅尔频谱波动的补偿措施，包括预失真补偿技术和频谱互补设计技术等。在fT通常的30--500范围内边瓣抑制达25--400dB；同时也采用频域幅度与调频速率相关的非线性调频的方式，在某些条件下，非线性调频可以获得比线性调频更好的输出信噪比，但是由多卜勒频移引起的性能劣化也比线性调频更严重。

SAW器件实现调频有两种基本技术：变周期叉指换能器(DDT)和变周期反射栅(RAC)或反射点阵(RDA)，通常RAC或RDA(RAC较RDA更成熟)用于大时宽的情况之下，采用这种技术国外已将时间带宽积做到16000，而且通过在两个反射栅阵间加一个金属膜相位矫正器以矫正测量的相位失真，可以获得高达45dB的旁瓣抑制水平，不过制作费时费事，因而价格昂贵。

在我国，该类器件的最大时宽达140us，最大带宽达400MHz，最大时间带宽积8400.最好的旁瓣抑制达到39dB;采用技术包括变周期叉指换能器和RAC两类，也包括线性调频和非线性调频两种主要类型的调频方式。SAW色散延迟线主要由26所提供。

我国SAW色散延迟线已广泛应用于脉冲压缩，并且至今是我国实现脉冲压缩的主要手段。在陆基，舰载、机载和星载雷达中，都已广泛成功应用，这种脉压技术还被用在高度表中。以SAW色散延迟线作CFT的压缩接收机，也已成功应用于通信侦察的压缩接收机。

SAW卷积器、存贮相关器、声电荷转移器件SAW卷积器、存贮相关器有比SAW色散延迟线和抽头延迟线更为灵活的信号处理功能，即色散延迟线和抽头延迟线只能处理给定信号，而卷积器和存贮相关器只要信号带宽、时宽相容的信号即可处理，信号的格式可以灵活改变。但卷积器因为有一个同步问题，应用起来电路较为复杂。存贮相关器由于可以将本地参考信号存贮，而不存在同步问题。

对于卷积器的重要技术指标是卷积效率，对于自卷积和直通信号等寄生信号的抑制等；国外采用波束压缩方式(如多条耦合压缩器、喇叭口型波导、弧形电极换能器等)其卷积效率可以做到-70dBm左右。而采用半导体的气隙式卷积器一般可以做到大约-60dBm；如果不采用气隙式半导体而用硅片上的ZnO薄膜，SAW采用一阶高次瑞利?ぉの魃惩吣Ｆ渚砘