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。     

SC切石英晶体谐振器在甚高频低噪声振荡器中的应用

晶体控制的甚高频振荡器广泛应用于具有优良短期频率稳定度和低相位噪声的信号发生器中。这种振荡器均采用工作在泛音模的 AT 切晶体。由于 AT 切晶体谐振器的幅频效应,使相位噪声难以进一步减小。双旋转切晶体(例如 SC 切晶体)的幅频效应较 AT 切的小得多。因此,可使 SC 切晶体工作在较 AT 切晶体所允许的更大的激励电流上。如果能使振荡器固有的相位起伏不随晶体电流的增大而显著增大,则采用 SC 切晶体元件可以改善晶体控制甚高频信号发生器的短期频率稳定度和噪声。曾用三次泛音 SC 切晶体(而不是用五次泛音 AT 切晶体)进行过100MHz 低噪声振荡器的实际可行性试验。对 SC 切和 AT 切晶体元件的相频特性进行了测量。测量结果表明,晶体元件的功耗能够比使用 AT 切晶体增加6-10dB。对用双极结型晶体管振荡器的噪声源的检查表明,二次及三次失真是造成实际振荡器呈现显著相位闪变的原因。从解凡得堡(微分)方程中出现的频率校正项可了解到减小频率闪变的要求。桥式 T 形振荡器适合于作 SC 切甚高频晶体振荡维持电路。曾研究过这种电路的噪声源(包括调幅闪变噪声的幅相变换),并得到了对上述振荡器所预期的 L(f)的估算值。对相同的一对振荡器进行了测量,预计的 L(f)和所测得的 L(f)很一致。结果表明,和 AT 切甚高频晶体控制振荡器相比较,SC 切晶体控制的甚高频振荡器的L(f)得到了显著改善。     

高频浅体声波晶体频率源

本文论述了高频浅体声波(SBAW)晶体延迟线的设计和制造。为了避免低频体波源倍频后固有相位噪声的增大,就要求直接产生频率为千兆赫范围的信号。如果用一个体波晶体锁定千兆赫频率,就可改善其近载频相位噪声。本文所提到的延迟线采用近似AT和BT切晶体,因为AT切具有高的波速,而BT切则具有良好的温度稳定性。采用串联模型来选择设计参数。该模型利用窗口宽度,指数,波速及耦合常数来预测辐射电阻、电容和转换损耗。把该模型与传输损耗的实测数据结合起来考虑,就能准确地预测延迟线的总插入损耗。近来对该模型的仔细研究表明,在千兆赫频率上,插入损耗和Q值之间有着很好的折衷解决办法。用电子刻蚀法在有机玻璃保护层上做出0.4μm的图形。保护层一般是单层的。但也试验过多层方案。已经提出金属换能法的叉指是否灌封在晶体中的判断准则。通常金属叉指并不灌封在晶体中,器件仍具有低的插入损耗、高的Q值及良好的温度稳定性。AT切晶体的基波与五次泛音延迟线和BT切晶体的五次泛音延迟线均采用卸下(Lift—off)法制作。频率范围为3—5GHz。其最好的延迟线的插入损耗不到20,Q值大于2000。使用在高真空下冷焊的TO—8外壳还设计出了低耦合的封装。此延迟线不用有机材料,而是将其固定在一个无应力的不锈钢支架上。本文也给出了相应噪声和预老化数据。     

反应式离子刻蚀调节对石英声表面波谐振器电特性和温度特性的影响

近几年来,声表面波谐振器已经发展到在甚高频和超高频振荡器电路中使用的程度。与使用倍频电路的低频体波晶体相反,使振荡器工作在末级频率上的优点是众所周知的。如果要求用商用频率源复盖整个频带,就需要许多掩模,(因为一个掩模生产一个单一频率的谐振器)或一个有效的调节程序。为了减少所要求的掩模数,这个调节程序必须调节范围宽,对器件的其他特性影响小。对石英的反应式或离子刻蚀满足了这些原则。据文献报道,这种技术可以用来以隐埋的或者表面的换能器和以开槽反射器调节谐振器。我们的这些器件,是用镀铝表面换能器和反射器制成的。用CF_4和O_2等离子在平面反应器上刻蚀,结果在石英中刻蚀出了沟槽,并且对起掩模作用的铝模的影响极小。这些沟槽导致换能器和反射器组合中表面波速度较低,从而使频率向下偏移。以这样的速度同时产生的偏移可以用来在器件性能下降过大之前提供很大的调节范围。这样刻蚀可以影响器件的电特性和转折点温度。本文就甚高频频段的谐振器,研究这两种特性对器件的影响。还介绍了工作在194MHz上的谐振器的数据。     

低噪声500MHz频率源

本文介绍一种高可靠、长寿命频率源的设计。为了可靠的工作,该装置采用了备用结构型式,并用体波和声表面波谐振器来保证极低的相位噪声和寄生输出。500MHz 和400MHz 多路输出是由25MHz 参考输入或由一个内部100MHz 温度补偿晶体振荡器直接合成而产生的。当使用外部参考时,25MHz 输入滤波器和两个50MHz、100MHz 附加晶体滤波器保证在最后倍频之前将相位噪声本底减小到理论最小值。500MHz 倍频输出信号用两端口SAW 谐振器进行滤波。这些谐振器在50欧匹配系统中,工作的输入功率电平为+15dBm。滤波电路还保证将内外产生的调制边带减小到可以忽略的程度。在离载波大于2MHz 间隔频率上,其单边带相位噪声低于-174dBc/Hz。同样,在所有频率上,寄生信号均低于-110dBc。频率源工作在有电噪声的环境中。良好的有源、无源滤波和封装屏蔽可保证最小的导电和辐射敏感性。对系统的苛刻要求决定采用无单点故障的备用重复结构。提出的封装设想是使组件的内部连接最短,并使两个备用发生器在物理和电气上互不相关。     

SC切10MHz高稳定度石英谐振器

为了满足航天技术对石英谐振器频率稳定性、幅频特性、辐照特性,以及耐高温和耐高加速度的要求,研制了 SC 切10MHz 三次泛音高稳定度晶体谐振器,介绍了在制作过程中某些关键工艺的解决途径。同时,也列出了此种谐振器的实际性能指标和用此谐振器组装的振荡器的稳定度指标。测试结果证明,SC 切晶体谐振器确实比 AT 切的具有更多的优点。同时,也指出了存在的问题.     

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。     

首次从理论上阐明石英谐振器在室温、低温下1/f噪声和Q值的关系

石英晶体振荡器的极限稳定度是由时域噪声本底相对应的石英谐振器频率噪声决定的。只有减小电子噪声的起伏,才能测量谐振器本身的谐振频率起伏。使用π型传输网络和相位平衡电桥,能够将激励源的相位起伏抑制50-60dB。此测量系统曾在室温下测量了大量的成对谐振器,发现1/f 频率噪声电平和 Q 值之间的相互关系遵循1/Q~4规律。为了将谐振器频率起伏的测量扩展到极低温,研究了一种能测不同谐振器对的新测量系统。因此,在4K 和1K 温度下测得了1/f 频率噪声,并观察到随着 Q 值的增加而噪声大大减小。现在有一种理论能解释1/Q~4规律。这就是根据声波衰减和速度变化引起的三声子相互作用过程来解释。声波衰减和速度变化这两种现象均可用热声子的张弛时间来加以说明。     

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。     

一种宇航通信用低噪声高频晶振的系统设计

最好的石英谐振器的固有噪声确实比用该谐振器做成的晶振的低得多。本文对使用无源石英谐振器作基准通过锁相环,锁定高功率低噪声5兆赫压控晶振来改善秒级以上频率稳定度,并对5兆赫频率的稳定度向100兆赫VHF压控品振传递的环路设计问题进行了分析、计算。预计系统对于秒以上的短期频率稳定度最终可提高1000倍以上。     

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。     

晶体谐振器—振荡器测试设备及测试结果

一、引言美国陆军电子技术及器件实验室(ETDL)的频率控制与计时分部的主要任务是要提高晶体谐振器与振荡器工艺水平,以满足军队用户的要求。第二个任务是向计划管理人员、系统设计人员提供谘询并维持晶体谐振器与振荡器的军用技术指标(也就是MIL-C-3098和MIL-0-55310)。这些任务要求对晶体谐振器和振荡器的工艺水平有详细而实际的了解。本文的目的是概述本实验室的技术力量,介绍一些研究结果,并在需要时向国防部所属用户提供晶体振荡器的测试、选择、技术指标和研制方面的帮助。     

高稳定度低温蓝宝石微波频率源设计

利用蓝宝石晶体在低温下具有低损耗的特点,设计并研制了本征模式为WGH_12,0,0的蓝宝石微波腔。当温度稳定在6.4K时,其Q值能够达到4.0×10⁸。以此微波腔为基础,形成正反馈振荡回路,并根据POUND电路原理对环路中振荡信号的相位进行控制,提高整机稳定度指标。为满足频率互比测试的需求,采用共用一个低温装置的方案,构建了两台低温蓝宝石微波源,一路输出频率为9.204GHz,另一路输出频率为9.205GHz,两路信号混频,并用时间间隔计数器测量差频信号的频率。经计算,低温蓝宝石微波频率源的秒级频率稳定度达到了3.28×10^-15。     

一种低相位噪声频率合成器设计CSCD

本文介绍了一种5MHz^1GHz低噪声频率合成器的设计方案。在重点考虑输出信号相位噪声的情况下,综合运用直接式、间接式和直接数字式频率合成技术,对频率合成器系统中锁相环、分频、倍频、混频、衰减、放大、滤波、功分等环节进行了合理的设计。在现有硬件条件的基础上,频率合成器的相位噪声可达到一个较高的水平。     

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。     

脉冲多卜勒雷达中相位噪声的分析和测量

本文首先介绍了连续信号的相位噪声谱和信号谱之间的关系,同时,写出了连续信号相位噪声谱和离散信号相位噪声谱之间的关系。其次提出了用时序理论来分沂振荡器的相位噪声,从而可以用时序子报的办法来补能因相位噪声所引起的振荡器频率不稳。最后介绍了几种脉冲多卜勒雷达测试相位噪声的办法。     

怎样减小振动对SC切石英晶体振荡器的影响

要给现代化通讯、导航及雷达系统提供必要的频谱纯度,就必须减小石英谐振器的加速灵敏度(γ),例如从γ=10~(-10)/g 减小到γ=10~(-12)/g。为了实现这一目的,当前正在研究几种(仅与谐振器有关的)无源法。专门设计的单谐振器和双谐振器是无源法应用的两个实例。应用电子线路的有源法已经进行了研究,它能进一步使振动影响减到1/50。然而,用来实现这种方法的变容二极管的非线性限制了可能达到的最终减小量。本文介绍一种可供使用的有源法。这种方法的原理是应用 SC 切晶体的线性电压～频率特性,而要点在于把相位适当的振动模拟信号电压直接加在晶体电极上。用几块不同的SC 切晶体所做的一系列试验都确认了这种有源法的效果。把晶体振荡器略加修改,是为了加入补偿电压,而不会改变振荡器的电路原理。补偿测试范围:加速度1至14g,振动频率50至500Hz;补偿电压大小取决于γ的初值,可从-20至+20V(峰-峰值)。初步实验结果表明,在不连续的频率上γ值几乎能降低三个数量级,在50到500Hz 连续频率范围能降低一个数量级。     

现代石英晶体振荡器测量方法

近年来误差修正技术的引入,使得石英晶体谐振器(以下简称晶体)电参数的测量技术有了重大进步。论述了以下基于现代网络分析仪的测量方法。—1 GHz高频晶体及其泛音参数测量。—分步摘除法寄生振荡测量。—晶体在窄温区的活性及频率下降特性描述。—虚拟电容负载谐振测量法。—激励电平相关性(DLD)测量法识别晶体非线性特性。     

用声表面波振荡器测量位移

利用声表面波(SAW)延迟线振荡器能制成一个位移传感器。这种延迟线振荡器具有两块铌酸锂(LiNbO_3)板,每一块板的表面带有一个叉指式换能器(1DT),把两块板的传播表面的一部分相互搭接在一起。在声表面波传感器中,振荡频率取决于声表面波元件的传播途径长度,这个长度通过移动振荡器的两块铌酸锂板中的一块板来改变。本文所说的声表面波位移传感器具有很高的灵敏彦,达300Hz/μm 和1.0kHz/μm。它是通过在 Y—X 两块铌酸锂板的表面上分别用6.5对(间距为0.55mm)和5对(间距为0.4mm)的叉指式换能器来实现的。声表面波延迟线振荡器的模态转换在某个给定的传播途径长度上出现,可用频谱分析仪观察。     

锁相改善体效应管振荡器的相位噪声

本文根据多卜勒测速系统对频率源短稳的要求,结合工程实例讨论了锁相改善振荡器相位噪声的几个问题。