L—波段低损耗声表面波滤波器

普通的和低损耗的声表面波滤波器,在雷达、通讯、电视调谐设备的很多系统中。已经被广泛使用。低损耗声表面渡滤波器的频率范同为30兆赫到440兆赫。L—波段声表面波滤波器,可采用分辨率较高的制作技术(例如电子束掩模制造技术)和群型单向换能器的设计结构制造。文中介绍了用铌酸锂制造961兆赫群型单向换能器的制作结果和理论结果。还介绍了250兆赫群型样机的制作结果和Malocha提出的串联调谐匹配技术。     

用声表面波传感器进行压力和温度测量

本文介绍两种不同的声表面波传感器,即弱压压力传感器和声表面波温度传感器。压力传感器制作在一薄的石英晶片上,使两束表面弹性波在同一方向但在两个不同的侧向位置上传播。加在下表面上的压力的变化引起强烈的弯曲,从而改变两波的波速。采用差动检测法能够测出波速的变化(或者相应振荡器的频率偏移),同时也能够人大地消除因温度波动所引起的假速度(或频率)的变化。通过计算应变分布和相应频率漂移来得出石英薄片上声表面波延迟线具有最大压力灵敏度,而温度影响最小的两位置。把Y切割的理论结果与在105MHz取得的测帚结果进行了比较, 用具有LST和JCL晶向的石英片制作的温度传感器已在灵敏度(28ppm/K)、线性、响应时间(0.1S)和分辨力(50μK)方面进行了测试。将用表面波温度传感器取得的温度测量结果与用体波温度传感器(LC切)所测得的结果进行比较,提出一种采用声表面波温度探头的新型石英温度计。     

用静磁表面波延迟线构成振荡器

本文介绍利用外延钇铁石榴石(以下简称YIG)膜的静磁表面波构成静磁表面波延迟线振荡器的实验研究。通过“提升”换能器的应用,得到了一种压缩延迟线带宽的新方法。我们发现,单模工作的调谐范围主要受延迟线外部电路电长度的限制。外部电长度每改变360°,延迟线上就出现频率跃变。已经得到的最大调谐范围大约为600兆赫。这个范围主要受所用的AVANTEK砷化镓场效应晶体管放大器的限制,该放大器的电长度大致等效于45厘米的空气传输线。结论是,如果外部电路的电长度能尽量缩短(理想地做到O),就可能在一个倍频程或更宽频带内实现单模工作。     

用声表面波传感器作惯性制导和水声检测

本文研究声表面波传感器在惯性制导和水声检测方面的应用。在水声检测中,由于声表面波石英的动态负载而不是静态负载导致声表面波振荡器的频谱信息包含有边带。研究已经证明,传感器样机的灵敏度(用信噪比表示)至少与普通水听器的相当。声表面波作加速度计可提供高准确度、大动态范围(10~6)和不用模-数转换就可获得数字输出。采用比较简单的数字处理技术,加速度计就能够提供惯性数据,例如速度和位移。对声表面波加速度计的总误差率的研究证明,它们的误差率始终小于每小时一海里。声表面波振荡器传感器在高性能、中等价格的传感器应用方面是一种很有希望的竞争者。     

声表面波气体检测器

本文介绍一种利用声表面波的新型气体检测器的试验结果。声表面波(SAW)压电气体检测器由制作在一块压电衬底上的SAW双延迟线组成,每一延迟线都接有一振荡器。在一根延迟线振荡器的传播路径上涂以选择性吸收薄膜,而在另一传播路径上则不涂复而用作稳定参考。由吸附在涂有薄膜的延迟线上的气体所引起的质量负载或应力效应造成的相位延迟变化,导致相对于参考振荡器的频率偏移。这种频率偏移是与气体浓度成比例的。由于SAW能集中在薄膜附近,故检测器的灵敏度很高。另外,只要给SAW压电气体检测器涂以相应的选择性薄膜,就可以检测任何气体。为了证明这一点,现已制成一个利用三乙醇胺薄膜测量空气中二氧化硫(SO_2)的检测器,并且已经证明能够检测出浓度为10×10~(-9)的二氧化硫。对灵敏度、线性、再现性、选择性和可靠性的研究,发现在大多数情况下比其它类型的气体检测器优越。本文讨论器件性能(例如选择性和随时间的稳定性)的主要缺点,以及改善的可能方法和进一步研究的方向。     

军用精密声表面波振荡器的研制

近年来,美国雷声公司已经有研制300～600MHz可军用的声表面波振荡器的课题;此种振荡器在频率调节能力和稳定性两方面均达当代最高水平。本文不讨论这种振荡器的详细用途。对它的要求一般为:(1)噪声本底必需至少为-160dBc/Hz;(2)振动灵敏度至少应与AT切体波器件一样好;(3)振荡器频率应能在大致±10ppm频率窗内进行调节并加以保持。在某些情况还要求加热时间小于3分钟。在满足这些要求方面,雷声公司已取得明显进展。本文将对这种进展加以讨论。在频谱纯度方面,文中讨论了二个题目:其一是低噪声放大器。实验证明,当它与310MHz声表面波谐振器联用时,噪声本底可达-176dBc/Hz。其二主要讨论了外部振动对噪声边带的影响。研制声表面波振荡器最重要的方面之一就是它的频率调节能力。利用金衬微调技术被证实既适用于延迟线也适用于谐振器。文中给出了实验结果,也讨论了在焊封过程中产生频移(约100ppm数量级)这一复杂情况。但已提出一种外部牵引频率技术来重调频率。在很多应用场合要求用恒溫箱以保持常温,于是就要求快速加热,而给出的数据要能显示出3分钟加热周期的频率稳定度。最后,除上述要求外,还要求声表面波振荡器的长稳保持在～1ppm/年的水平。利用提供的数据来确定冷焊密封在TO-8型外壳中的器件的基本老化率,同时也示出微调器件以及低振动灵敏度器件的变化率。     

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。     

用数字补偿法降低声表面波振荡器的温度灵敏度

本文介绍一种用数字补偿法降低声表面波振荡器温度灵敏度的方法。AT切石英声表面波振荡器的初步研究结果表明,在-13到+97℃温度范围内,频率的变化从191.7×10~(-8)减小到5.2×10~(-6)。主要特点是在同一基片上使用两个延迟电路。第一延迟电路被调节来与声表面波具有低温灵敏度的方位保持一致。借助于反馈回路的振荡,该电路提供更精确的频率和时钟。第二延迟电路被调节来与声表面波具有高温灵敏度的方位保持一致,并通过其振荡频率起测温器件的作用。利用直接安放在基片上的温度表,把热接触和时间常数问题减到最小,从而得到准确的温度传感。温度表的频率(温度的一种直接量度)是递减计数,以便给预先校准好的只读存贮器提供地址。在每一温度上均在ROM的数据线上产生一个保持稳定时钟频率所需要的移相器控制字,然后送到电子可变移相器。     

静磁波振荡器的现状

当前在增加带宽和提高工作频率方面,要求不断提高现代雷达相通讯系统的性能,这就需要研究关于模拟信号处理的新技术和新工艺。实际上,用于上述目的的声表面波(SAW)器件,已经得到广泛应用,成效显著;但是对于要求中心频率高于1GHz的雷达和通讯系统,声表面波器件在制造上已经接近实际工艺的物理极限。本文介绍一种新工艺,能得到更高频率。这种工艺是以在外延铁淦氧膜(类似钇铁柘榴石[YIG])中传播的静磁波(MSW)为基础的。静磁波用于器件,使它能在0.5到30GHz微波中心频率上提供高达2.2GHz瞬时带宽。这种静磁波信号处理工艺,是在声表面波采用的横向滤波概念的基础上建立的,已经广泛研究了十年之久。本文首先研究静磁波的物理性质和极限,讨论它与声表面波的异同点。其次,讨论静磁波谐振器,并介绍静磁波振荡器的理论及现状。     

静磁波多路滤波器

本文介绍一种工作在X波段并依靠静磁波(MSW)在外延(YIG)膜上传播的10路滤波器组合的结构和作用,还研究了两种滤波技术。首先对这种滤波器在上述应用中的反射组合进行了试验,但是得出的结论是,在当时发展这种技术是不适当的。另一种技术使用了10个参差调谐的窄带静磁正向体波(MFVW)延迟线,这些延迟线由一个具有独立输出端的公用输入换能器馈电。这一方案具有接近子达到本装置目的的各种特点。     

低相位噪声倍频微波源

使用高次泛音体声波谐振器(HBAR),可能研制出直接工作在微波频率的低相位噪声倍频微波源。最近,已研制出一个L波段的低噪声源,它能提供约以5MHz为间隔的信号,并能得到与低频石英晶体稳定和倍频的微波源相同的相位噪声抑制度,高次泛音体声波谐振器(HBAR)直接倍频到微波源需要少量硬件,以达到用任何其它方法得到倍频微波源所具有的相同的相位噪声抑制度。稳定的工作是通过利用钇铝石榴石(YAG)、蓝宝石、铌酸锂式铝酸锂等晶体的高次泛音谐振来达到的。它们的固有损耗表明,其潜在Q值近似为石英晶体的十倍。已制成的这种谐振器的频率高达10GHz。对1.5GHz频段的压缩模式,已在几个样品中得到50,000以上的有载Q值。这些谐振器由其晶片上渡漠换能器组成。单纯的反射被限制在换能器之下区域内。晶体牢牢地被装在外壳中,以尽量减小外部振动对频率稳定度的影响。测量振动灵敏度的情况在一篇参考文献中简述。此倍频微波源包括一个用自动频率控制(AFC)回路稳定的低噪声压控振荡器(VCO)。在自动频率控制(AFC)鉴频器中,高次泛音体声波谐振器是决定频率的元件。测量的相位噪声与估计的性能很一致。本文提供了噪声特性的详细情况。用附加的数字控制电路将压控振荡器予调到高次泛音体声波谐振器(HBAR)的任一次响应上,可以很容易地实现倍频。因此,用最少的硬件得到了低相位噪声用电子方法控制的倍频源。     

基于电光调制技术的脉冲场强校准方法

研究脉冲场强的校准方法，分析S频段脉冲场强产生原理和校准装置组成。通过基于电光调制技术的铌酸锂光波导传感器法对脉冲功率产生的峰值场强进行测量，峰值场强(1～3)kV/m,脉宽(10～100)μs,占空比1%～10%,上升/下降时间小于100 ns,场强幅值测量偏差小于1 dB。通过分析不确定度来源对测量不确定度进行了评定，扩展不确定度1.7 dB。最后采用接收天线法对光波导传感器法的脉冲场强校准结果进行了验证。     

石英晶体和石英谐振器的非线性特性述评

石英晶体的非线性特性几乎是使谐振器和振荡器产生频率不稳定的总根源。虽然固有的和感应的非线性具有相同的量级,但还是有可能将两者加以区别。非线性引起两种不同的现象:一个有限幅度的波在非线性介质中的传播,或一个小幅度的波在非线性应变介质中的传播。谐波产生、幅频效应、相互调制是与第一类型有关的现象。它们取决于晶体的各向异性和几何形状,也取决于波的结构。对外部或内部扰动的灵敏性,是高频波和由扰动感应产生的准静态变形之间非线性耦合的结果。对温度、力、压力、加速度和电场的灵敏性都在进行研究,以便能应用于高稳定振荡器和传感器。描述晶体振荡的另一种方法是应用点阵波和声子的概念。这样一个微观模型,使我们能够借助于晶体非谐性引起的声子相互作用(有限的导热性、热膨胀、声衰减、速度变化等)进行单一的描述。     

基于相位匹配的大视场视觉检测系统

针对三维测量大量程和高精度测量问题,提出一种新型双目视觉检测系统.该系统通过向被测物投射间距可变的光栅条纹,将不同曲率的被测表面进行相位编码,由相位匹配得到被测物稠密的立体匹配点云;再由标定出的摄像机内外参数计算出被测物的精确三维坐标.为了解决传感器单元测量区域较小的问题,系统通过步进电机控制传感器移动,获取大型物体的全场三维数据点云;最后利用四元素法,实现大型物体的三维数据拼接.该系统长度测量标准差为36 μm,角度测量与坐标测量机(CMM)测量结果的相对误差0.2％.给出了某V型面三维实测的数据重建结果.对某大型特件(360 mm×300 mm)经过三维拼接正确复现了其三维形貌.该系统对于解决大型构件三维形貌的在线高精度检测问题具有较高工程应用价值.      

熔化石英球体体积的确定

描述了对水的密度进行绝对测量的熔化石英球体体积的确定。此球体的直径用光学干涉仪测量,即将此球体放置在两个平行标准板之间,而其间距的精确值已知。通过测量每块标准板表面到球体之间的间隙而测得其直径。为了使用精确的分数法,采用了两种波长:频率稳定的 He-Ne 激光器为633nm 及 He-Cd 激光器为441nm。详细阐述了为干涉仪克服熔化石英表面的低反射性而采取的特殊安排。同时,也介绍了一种消除由于石英球体的透明性而引起的伪效应的方法。此直径(大约85mm)测得值的标准偏差为5～12nm,体积上就相当于0.16～0.43ppm(1ppm=1×10~(-6)),此体积的总不确定度估计为0.26～0.48ppm。     

航空铝试块疲劳裂纹相控阵超声成像检测

表面疲劳裂纹扩展可导致结构失效,利用相控阵超声成像技术监测疲劳裂纹,获取结构完整性评价所需裂纹信息,可及时对结构失效提出安全预警。采用三点弯曲疲劳试验法在航空铝试块上生长疲劳裂纹,对裂纹开口面材料进行逐步切削来获得不同长度的疲劳裂纹,利用相控阵超声全矩阵采集(FMC)和全聚焦方法(TFM)获得的裂纹尖端和开口图像信息来监测裂纹扩展和测量裂纹长度,并测试了相控阵超声探头放置位置、裂纹张开/闭合、裂纹表面粗糙度对超声成像检测效果的影响。研究结果表明:相控阵超声探头从裂纹侧面入射检测能更好地对裂纹进行超声成像,并真实反映材料内部裂纹扩展前缘形貌。当疲劳裂纹长度大于3倍超声波长时,裂纹尖端和开口图像完全分离,相控阵超声全矩阵采集和全聚焦成像技术可有效测量裂纹长度,测量误差小于0.2 mm。相比裂纹张开时,疲劳裂纹闭合效应会使裂纹尖端超声图像信号减弱4.5 dB,长度测量值小0.6 mm。