溅镀C轴倾斜的压电膜和切变波谐振器

作者对溅镀的压电膜能否应用于甚高频至微波频率的声波器件进行了研究。本文介绍了切变波谐振器用的C轴倾斜的氧化锌(ZnO)和氮化铝(AlN)膜的生长及特性。文中计算了某些膜的切变波激动的定向关系。这些膜在C轴取向与表面法线成大约45°时,可能激励出接近于纯的切变波。在其他角度,则只能激励准切变波和准纵向波。 C轴对膜法线倾斜方向合适的ZnO或AlN膜,是在配有辅助阳极的反应式直流面磁控管溅镀系统中生长的。这类膜可用扫描式电子显微镜(SEM)和体声波器件测量法进行鉴定。自Si基片法线倾斜的C轴晶粒柱形结构可在扫描式电子显微镜中清楚地看到。C轴倾斜角达45°,厚度达10微米的薄膜已经制做成功。在P~+Si基片上溅镀上ZnO和AlN可以制成复合谐振器。这类谐振器的Q值在200兆赫到500兆赫基频谐振范围内大约为5000。特别令人感兴趣的是可以对谐振频率进行温度补偿。在ZnO/Si和AlN/Si的复合结构上已制造出室温下串联谐振频率的绝对温度系数小于1×10~6/℃的谐振器。ZnO和AlN晶片谐振器的温度系数已测出为-36.2×10~-6/℃和-25×10~-6/℃。这表明P~+Si基片在切变膜时的温度系数大约是+9×10~6/℃、     

高性能SC切谐振器的设计

采用基频、三次和五次泛音设计的 SC 切α石英谐振器已经制造出来,其频率复盖范围为4MHz 到100MHz。一些设计数据表明,SC 切谐振器的理论最大 Q 值,要比 AT 切谐振器的高(15～20)％。例如,一种已经制成的60兆赫三次泛音 SC 切谐振器,其 Q 值达到25万,这个数字是 AT 切谐振器在该频率上的理论最大 Q 值。已经确定了几种 SC 切设计(平-平、平-凸、双凸,基频和泛音)的“零角”。Vig 用控制磨球面来调整5MHz 基频 SC 切谐振器转折点的方法,已经用于生产中。SC 切晶片的化学抛光法通过生产实践正在完善。研究表明,Vig 建议的1:4的氢氟酸-氟化铵溶液对 SC 切晶片的表面污染是完全允许的。然而,他建议的1:2氢氟酸-水溶液引起了 SC 切+X 表面的退化。所有磨球面的 SC 切的设计是这样进行的,即在晶片的同一晶面磨球面,这是在 Bond介绍的电路中通过对每个晶片的挤压试验来完成的。对用同样制造技术加工的 AT 和 SC 谐振器老化特性的研究表明,典型的 SC 谐振器进入最终老化率的时间要比 AT 的快(5～10)倍,而典型 SC 切的最终老化率有(2～3)倍的改进。     

电调节砷化镓声表面波谐振器振荡器

已经用砷化镓制作出高 Q 表面波谐振器,并且用来控制振荡器的频率。由于砷化镓既是压电材料,又是半导体材料,因此有可能用来对全单片振荡器进行电调节。曾对半绝缘基片上的表面波谐振器的参数进行了研究。这些器件既有刻槽,又有金属电极反射栅。可调节频率的声表面波谐振器被制作在用肖脱基势垒电极作为谐振器栅的外延砷化镓基片上。调节频率并不显著改变介入损耗。两端对谐振器的介入损耗值典型的在15和20dB 之间,在180兆赫的负载 Q 值高达12000。虽然砷化镓的延迟温度系数为52ppm/℃,但是,可以通过加一层 Au/SiO_2对砷化镓延迟线进行温度补偿。     

体波谐振晶片加速度灵敏度的测定

本文叙述了测定直接工作在微波频率的高次泛音钇铝石榴石(YAG)体波谐振晶片的加速度灵敏度的近似理论。高次泛音声体波谐振器比用其它方法更容易实现低相位噪声倍频微波源,所需硬件也少得多。在参考文献[1]中详细介绍了振荡器的设计及测试。本文通过分析及实验对振动灵敏度作了论述。在静态和振动状两种状态下,对钇铝石榴石(YAG)体波谐振器件进行了电测量。将约为4×10~(-11)/G的加速度灵敏度的计算值(K)与约为1.28×10~(-11)/G的测试值进行了比较。体波谐振的实测值约比典型的三类AT切石英晶体对运动的灵敏度要低两个数级量。     

一种采用介质谐振器的X波段GaAsFET振荡器

一种采用介质谐振器的高稳定X波段GaAsFET振荡器已经研制出来。这种振荡器的频率稳定度低于±1MHz(-40℃～85℃),其外形尺寸大大地缩小了(20.3mm×12.6mm×8.8mm)。为介质谐振器研制了一种新材料Ba(NiTa)为O3—Ba(ZrZnTa)为O3,这种新型材料具有非常高的Q值和高的温度稳定性。在10GHz和Tf=0ppm/℃时,谐振器的特性为K=29,Q=10000。     

深腐蚀声表面波谐振器长期老化的改善

最近,深腐蚀声表面波谐振器的长期性能表明,在老化方面取得引人注目的改善是可能的。我们以前报导过关于这种器件的长期老化率为1×10~(-8)/日。该数据还不能证明老化率随时间递减的特性。由于对表面加工、清洗和后来对再污染的控制有了很大改进,以及重新设计了腐蚀系统,因而,目前的声表面波谐振器在60℃时的老化率大约为2.8×10~(-9)/日。此外,这些器件的Q值在160兆赫时,大于50000。经130天后,频率漂移曲线仍在渐近地减少。根据目前的性能,实现1×10~(-9)/日或更小的极限老化率看来是可能的。     

低温下工作的石英晶体振荡器

本文介绍石英晶体谐振器在低温下工作的性能试验结果及其在高稳定振荡器中的应用。已经对两种不同型号的晶体谐振器进行了测试:BVA_2型设计(无电极设计)的5MHz谐振器和常规设计的5MHz、五次泛音 AT 切谐振器。在4.2K 时 Q 值大约增加了一个数量级。低于4.2K 时所测出的上述每一种谐振器的 Q 值均无明显的增加。对于这两种型号的晶体,各取一只样品,在靠近2K 时的温度系数和4.2K 时的数值相比较是显著降低了。BVA_2型样品在靠近2K 时的温度系数为3×10~(-10)/K。同一只晶体在靠近2K 时所得到的幅频效应表明,在10~(-7)瓦以上时频率随晶体耗散功率的变化是很大的。本文给出了采用在低温下工作的石英晶体谐振器来稳定振荡器系统的某些结果。     

四点安装的SC切和AT切谐振器的加速度和加热特性

本文研究了四点安装的 SC 切和 AT 切谐振器的加速度灵敏度和加热特性。加速度的灵敏度是根据振动引起的边带来确定的。每一个谐振器的测量结果均与振动方向和振动频率呈函数关系。所研究的谐振器的参数包括:切角(AT 和 SC)、固定方位、泛音次数、晶片的几何形状(平平的、平凸的、双凸的)、安装支架的刚度和晶片材料(天然石英、人造石英和经扫掠的人造石英)。预热特性的测量是,先把谐振器浸入冰水中,然后迅速将其浸入沸水中,等达到热均衡之后,用晶体阻抗表(CI-meter)监测谐振器频率。对不同的 AT 和 SC 切设计(基模和三次泛音)的预热时间作了比较。可以看出,四点安装的陶瓷扁平封装的 SC 切谐振器能够在20秒内从0℃预热到100℃,而频率在2×10~(-7)以内。     

用激光加工在晶片上集成匹配阻抗的甚高频单片晶体滤波器

本文介绍在压电基片上集成薄膜匹配阻抗的甚高频单片晶体滤波器,以及设计和调整这种器件的独特方法。按照传统的方法,我们从单一谐振开始,其电极尺寸考虑到了未来滤波器的谐振器之间所需的间隙,然后用 YAG 激光将电极分开;谐振器之间间隙的调整,要同时考虑到滤波器的计算带宽和中心频率具有很好的精度。然后,用同一激光微调薄膜电阻,以达到正确的带内波动和需要的3db 带宽。按此方法,能得到对称性很好的通带。这种能够全自动化的加工方法,由于激光光点尺寸很小(约10微米)而很适用于甚高频单片晶体滤波器。而集成电阻降低了外壳和两个末端谐振器引线的寄生电容和电感的影响。最后,讨论了激光输出功率对一些典型参数的影响。     

50 MHz低噪声压控温补晶振的研制

介绍50 MHz低噪声压控温补晶振的研制,它采用基频25 MHz AT切基频石英谐振器,二次倍频实现50 MHz双路隔离输出;压控范围达±11?0-6;桥式温补网络,在-40℃～70℃范围内可达到±1.4?0-6的频率稳定性;静态相位噪声可达到(1 kHz)-145 dBc,σy(0.1 s)的频率稳定性优于3?0-11;50 mm?0 mm?0 mm的小型结构,双路输出隔离良好;只有12 mA功耗;年老化可达1.2?0-6;在总均方根加速度6 g随机振动下,频率稳定性可达σy(0.1 s)5?0-10。并给出晶振电气性能测试数据。     

高频小公差石英谐振器的研制

研制宽温度范围(-25～+60℃)内,频率随温度变化小于±5×10~(-6)的小公差石英谐振器,是目前国内压电晶体行业的重要任务之一。本文介绍了5～75MHz 小公差石英谐振器的设计、关键工艺,以及测试中应注意的问题。最后给出了试验结果.     

改进的环形支架谐振器

本文研究一些有改进的环形支架(r-s)谐振器。这些谐振器证明能够在宽的温度范围和在现场受到静压和动压情况下提供高精度频率。本文报道这种有改进的环形支架谐振器对溫度和力效应的试验结果。这种谐振器是环形支撑的,用具有适当球面外形的双凸晶体和凹凸晶体制成,其频率温度特性是在-196℃—+160℃宽温度范围内测量的。幸运的是,有改进的环形r-s凹凸石英的试验结果证明频率稳定度极好。我们还讨论了Q值与有改进的环形r-s谐振器的球面外形的相关性。通过对这些有改进的r-s谐振器的最佳设计,我们能够进一步预估稳定的精密谐振器的形状。     

采用捷变低噪声锁相环合成器的L、S波段雷达激励器

用锁相环产生雷达频率的激励器已在吉尔菲兰的国际电话电报公司(ITT Gilfillan)制成并进行了测试,其性能在许多方面均比用标准直接合成器形式的优越。除了不太复杂外,锁相环法更适用丁不同系统的频带并为雷达系统产生频率增加了一种模式方法。L波段基本激励器已研制成功,其复盖频率范围为1.2到1.4千兆赫,附加上S波段合成器和上变频器可扩展到3.1到3.6干兆赫。在L、S波段所测得的短期稳定度为≤3×10~(-10)/1ms。在500兆赫带宽内取得了250千赫的步进。频率任何变化,总稳定时间<60微秒。相位达到0.1度以内。该激励器完全采用厚、薄膜混合电路和微波集成电路制成。因此,性能得到改善,延长了平均故障时间,并减小了尺寸、重量和功率。     

一种等离子体诊断的开放式谐振器研究

本文提出了一种可用于等离子体诊断的开放式谐振器设计。谐振器由高Q型谐振腔和点聚焦天线组成,并通过强耦合孔将两者结合。高Q型谐振腔的部分能量由强耦合孔辐射至天线,经点聚焦天线将辐射能量汇聚于等离子体层。由等离子体电子密度变化引起天线反射系数的变化,该变化与高Q型谐振腔互作用后引起谐振频率和Q值的变化。经实际测试,随着等离子体电子密度的升高,谐振腔的谐振频率和Q值呈现上升趋势,可用于实现等离子体电子密度的非接触性探测。     

一种用于测量谐振频率和Q值的数字系统

最近研制和测试了一种用于准确测量射频和微波谐振电路的谐振频率和Q值的计算机控制的自动系统。在此系统中,谐振曲线的拐点利用联机数字计算机通过数学计算过程进行识别,并利用它计算谐振频率和Q值。这个系统的主重优点是它的结果与谐振电路谐振频率的性能无关,与信号源的3dB点、幅度、频率漂移无关。也与检测器的不稳定性无关。设计、安装并测试了一种在1—2千兆赫之间工作的试验系统,用实验室小型计算机PDP11/34进行数据采集与处理以及对整个系统的控制。Q值的测量范围在100—1500之间,估计的谐振频率的不确定度为40ppm,Q值为1000的谐振电路的Q值的不确定度为百分之七。     

实用型氢激射器频标锁相接收系统

为了使上海天文台两台氢激射器频率标准更好地适应甚长基线干涉(VLBI)实验的要求,我们充分利用国内外新器件,采用新技术方案,研制出一种实用型氢激射器锁相接收系统。该系统具有接收灵敏度高(≤-120dBm)、噪音系数烛(≤1.8dB)、体积小、自动搜索人锁以及可靠性高等特点。本文主要以系统设计为实例,讨论了氢激射器频标锁相接收系统的总体设计原则、锁相环路的设计考虑和环路对系统的噪声抑制的定量估算等问题。最后,介绍了运用该系统后氢激射器频标的短期频率稳定度达到1.88×10-~(13)/S、3.7×~(-14)/10S、9.2/10~(-15)/100S9.5×10~(-15)/1000s,完全满足了甚长基线干涉实验的需要。     

谐振器工作在两频率上的简接幅频效应

使用单个石英谐振器,能够在加上几种激励电压情况下,同时得到几种谐振频率。几个振荡器可以使用同一个谐振器。但在信号幅度增加时,不会出现线性效应。各种不同振动之间的耦合,主要由下列两方面引起:1)振荡器之间的电子耦合。2)振荡材料本身引起的耦合(通过非线性效应)。文中只考虑了两个谐振频率之间的耦合,其实验数据符合 B.V.A 谐振器。为了消除振荡器之间的电子耦合,可用两个隔离的频率综合器对谐振器进行无源测试。主振模的频率变化,是根据其它模的幅度进行测量的。为了明确起见,把这种效应称做间接幅频效应(或引入的幅频效应)。这里介绍的一些特殊情况包括:采用三次和五次泛音和 B 模的5兆赫 AT 切和 SC 切晶体。本文给出了一些实验结果和曲线图,同时提出了一些应用。     

加速度灵敏度优于2×10~(-10)/g的SC切10MHz高Q晶体的设计

力一频效应的理论和实验研究证明,晶体谐振器的加速度灵敏度直接与装架的位置和结构有关。本文的目的就是要阐明低灵敏度晶体谐振器的一种新的设计方法。加在晶体振动部份的表面力和体积力的影响都必须加以考虑。本文将详细介绍这种新的设计方案。统计结果表明,目前在工业上在最不合适的轴向上能够达到的加速度灵敏度在3×10~(-11)/g和2×10~(-10)/g之间。这些数值是用相位调制反射计或用传统的振荡器以“2g翻转”测试法在所有方向上进行试验测得的(均以5MHz和10MHz加以说明。)     

复合谐振器的寄生谐振及模型

已经研究出几种可用于说明复合谐振器特性的三维模型。由这些模型推算出的谐振频谱(包括寄生谐振频率)与实验数据符合得很好。发现谐振器的几何形状和尺寸是引起寄生谐振的直接原因,并且与主谐振有重要的关系。已经发现谐振频率和材料性能密切相关,并对其实质进行了讨论。     

5MHz空气隙石英谐振器的研制

通常的高精密石英谐振器采用的是电极膜直接被在石英晶体谐振片上,玻璃壳火封或冷压焊封装结构。本文介绍一种结构全新的高精密石英谐振器的设计、工艺和性能。它的电极膜是被在靠近石英晶体谐振片的上下二个电容器上,电极膜与谐振片形成空气隙形状,所以称为空气隙石英谐振器或无电极石英谐振器。它的外壳采用了密封性能很好的金属化氢焊和电子束焊封接装技术,使产品提高Q值和改进老化。尤其是石英晶体谐振片采用了SC切型进一步提高了短期频率稳定度和加速度灵敏度。