关于B.V.A.石英谐振器的进一步发展

在1976年和1977年两届频率控制年会的论文集中,曾介绍过一种新型压电谐振器的设计。本文介绍有关5兆赫谐振器的幅频效应和老化与激励电平和石英材料相比较的最新结果。尤其要指出的是,可以使用极高的激励电平(一直到30毫瓦),而且激励电平的增加并不影响老化性能。此外,在给定的激励电平上能够得到“零老化率”。所渭“零老化激励电平”,就是老化率是在给定的功率损散时过零的。最后,将讨论BVA器件在工业生产方面的问题     

变换波登管式仪表的传压介质而导致的固有失准

大量的波登管结构的仪表,存在着一个特有的问题。由于它的存在,使这些仪表的准确度受到了很大的影响,但仪表的制造厂和用户几乎都没有注意到它。在研究这个问题本身之前,先分析一下     

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。     

SC切晶体谐振器工艺的改进

以前,我们已经讨论了 SC 切晶体的制作,从石英材料切割双转角晶片的技巧和确定 g 灵敏度的试验方法。本文将论述下列几个问题:1)一种采用旋转 X 切法的简化 X 射线定向;2)改变Ψ角时,频率随加速度的变化;3)介绍一个 SC 切成品晶体振荡器的试验结果。     

先进的声表面波-大规模集成频率合成器

快速跳频频率合成器是跳频式频谱展宽系统的关键部件。最近,TRW 已研制出最适合于上述用途的直接混频-分频频率合成器样机。该合成器产生的频率为1296兆赫到1536兆赫,步进间隔为3兆赫,能够以低于50毫微秒的速度进行频率转换。在整个设计中均采用声表面波和射频大规模集成器件来生产这种速度极快的小型合成器。     

用互相关法和用三个或多个振荡器法表征频率起伏

一个振荡器自身的稳定度可以用两个辅助振荡器并在这三个振荡器中两两进行比较的方法来加以测定。如果不是同时进行三次比较,直接应用这种原理就会得出错误的结果。然而,这些结果是受了测试系统噪声的影响。为了对三个振荡器进行比较,提出了一些新的方法。这些方法应用方差和互相关的概念,能够单独地表征振荡器的特性,而在不相关时,则可减少杂散噪声源的影响。所以在频率和相位起伏测量中能够得到较好的分辨度。     

氮化铝薄膜及复合体波谐振器

为了在超高频范围内对基模振荡器进行控制和运用滤波器,开展了对于小型体波谐振器的基本材料和器件特性的研究。本文报道了氮化铝(ALN)在构成复合谐振器几何形状和边缘支撑型晶片结构方面的性能。 ALN薄膜是在直流平板磁控管溅镀装置中,用中间电极溅射出来的AL和等离子气体中的N_2之间的等离子体反应生成的。一般溅镀条件是:溅镀压力=1×10~(-3)毛,空气含氮量=99.999％基片温度=200℃,直流功率-225瓦,溅镀率=1.2微米/小时。ALN薄膜的品质用扫描式电子显微镜(SEM)、X射线衍射法和奥格(Auger)电子分光镜进行鉴定。检测结果说明,溅镀的ALN薄膜具有严格的晶向结构,其C轴垂直于Si(硅)基片表面。对于由1.7微米ALN薄膜和8微米Si基片组成的谐振器,测出的基频串联谐振频率为328.53兆赫,基频并联谐振频率为328.61兆赫。这种规格谐振器的Q值约有7500,它在-20℃至+120℃范围内的实测温度系数约为-4×10~(-8)/℃。对于具有1.7微米ALN薄膜和6微米Si基片的谐振器,实测的温度系数是-6×10~(-6)/℃。这种规格谐振器的Q值约为5000,它的基频串联谐振频率是524.11兆赫,而基频并联谐振频率是524.45兆赫。应用微电子半导体加工技术,已经制成了边缘支撑型ALN晶片。晶片厚度为1.0至7微米,面积约为300平方微米。这种晶片是边缘支撑型的,这与以前报道的底膜支撑型薄膜是不相同的。厚度为6.5微米的典型ALN晶片在790兆赫附近产生基模谐振,耦合系数为10.3％。在-20℃至120℃范围内测得的温度系数可达到-20.5×10~(-6)/℃。目前,已按外延特性制造出具有水平C轴的氧化锌ZnO晶片。这种晶片显示出切变波谐振特性,这意味着晶片有很高的谐振Q和比较简单的模式结构。     

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。     

加拿大国家研究院(NRC)的时间传递工作

加拿大的CHU分别以3.330兆赫(3千瓦)、7.335兆赫(10千瓦)和14.670兆赫(3千瓦)的频率连续进行广播。每分钟用法语和英语报时,而它的第31个至第39个秒脉冲用频移键控(FSK)时间码发播。加拿大广播公司每天在历书时中午12点用它们的法语线路,而在每天历书时下午1点用它们的英语线路向全加拿大广播NRC的时间信号。在直接远距离拔号(DDD)的电话线路上,可以用法语和英语询问通话时钟(Talking Clocks)。在具有三重冗余码(triply redundant Code)发生器和逻辑电路的DDD电话线路上也可以使用FSK码,以保证不出错码。已研制出一种原型遥控钟,它能测量并校正由于遥远位置产生的延迟,甚至通过卫星也能保证毫秒的精度。利用“交响乐”卫星进行的双路卫星时间传递实验,在与法国实验了四年,与德国实验了两年之后,于1983年7月1日结束。在NRC时间实验室附近建设了两座带有3米天线、功率为1瓦的卫星地面站。采用低功率连续波音调,通过加拿大Anik通讯卫星用6/4GHz的商用频段进行的双向传输实验,取得了亚毫微秒的精度。正在计划进行伪随机噪声码(Prn Code)的传输实验。     

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/℃、