СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ УЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ УХУДШЕНИЙ АКТИВНОСТИ МОД В ДВУХМОДОВЫХ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРАХ С ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТАМИ ПЛОСКОВЫПУКЛОГО И ДВОЯКОВЫПУКЛОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 2008 года по МПК H03H9/19 H03H9/56 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при разработке и производстве двухмодовых кварцевых резонаторов, в том числе предназначенных для высокостабильных кварцевых генераторов.

Двухмодовое возбуждение кварцевых резонаторов позволяет строить кварцевые генераторы с высокими техническими характеристиками на основе датчика температуры, почти идеальным воплощением которого является сам же кварцевый резонатор [1].

Наилучшим сочетанием для резонаторов срезов ТД (SC) является одновременное возбуждение мод В и С, но оно редко применяется из-за опасности узкотемпературных ухудшений активности моды В, приводящих к срыву генерации. Поэтому обычно используются другие, менее выигрышные, но устойчивые комбинации [2]. Возможно применение других двухповоротных срезов для двумодового возбуждения в тех же целях [3]. В любом случае так называемые провалы активности мод в рабочем интервале температур совершенно недопустимы.

Известна только одна публикация, посвященная указанной проблеме, предлагающая способ ее преодоления [2]. На частном примере резонаторов среза ТД с плосковыпуклыми пьезоэлементами (ПЭ) в результате математических выкладок сформулированы ограничения на геометрию этих ПЭ, в частности на радиус кривизны поверхности при заданных линейных размерах элемента, когда упомянутые «провалы» активности моды В отсутствуют.

Задача данного изобретения заключается в том, чтобы более простым, не требующим обращения к теории и вычислениям, более универсальным, пригодным, возможно, и для моды С и других срезах и для других конфигураций ПЭ, и вводящим меньшие ограничения на их размеры способом обеспечить технический результат - предотвращение узкотемпературных ухудшений активности мод в двухмодовых кварцевых резонаторах с пьезоэлементами плосковыпуклого и двояковыпуклого профиля.

Поставленная задача решается тем, что на поверхность ПЭ вне зоны локализации колебаний рабочих мод наносят поглотитель акустических колебаний.

ПЭ, применяемые для двухмодового возбуждения, относятся к двухповоротным, в них рабочие моды В и С представлены толщинно-сдвиговыми колебаниями, для которых характерна локализация в средней части ПЭ, причем локализация усиливается в пластинах плоско- и двояковыпуклого профиля и тем более, чем радиус кривизны меньше [3]. Размеры зоны локализации определяются конкретным исполнением ПЭ и условиями его применения, например порядком возбуждаемых колебаний, и для однотипных ПЭ и условий применения остаются неизменными. Ангармонические колебания, особенно с высокими индексами, и другие мешающие колебания, напротив, занимают большие площадь и объем ПЭ, в некоторых случаях вплоть до его краев.

На примере плосковыпуклых ПЭ среза ТД экспериментально показано, что причиной резкого ухудшения активности моды В в некоторых точках температурного интервала является взаимодействие ее колебаний с ангармоническими колебаниями моды С высоких индексов, в том числе и теми из них, которые не возбуждаются электрическим путем, но при данной температуре имеют ту же самую частоту [2]. В принципе, рабочие колебания каждой из мод могут взаимодействовать с мешающими колебаниями любой природы, если совпадают их частоты. Поэтому предлагаемое техническое решение состоит в нанесении поглотителя акустических колебаний на поверхность ПЭ вне зоны локализации рабочих колебаний. В результате мешающие колебания ослабляются, взаимодействие с рабочими колебаниями не происходит или уменьшается до допустимых величин, но при этом условия существования полезных рабочих колебаний не ухудшаются.

Пример

Кварцевые резонаторы среза ТД (yxb1 /23°25'/ 34°) с плосковыпуклыми прямоугольными ПЭ размерами 10 мм × 7 мм и радиусами кривизны профиля 150 мм, а также 100 мм, с номинальной частотой колебаний третьего порядка моды С 10 МГц, имевшие "провалы" активности моды В и при этом не удовлетворяющие условиям [2], гарантирующим отсутствие таковых, предварительно исследовали при комнатной температуре. Измеряли их динамические сопротивления и добротности для каждой из мод В и С. Затем фиксировали наличие резкого возрастания динамического сопротивления моды В при определенной для каждого резонатора температуре. Это происходило в интервале, примерно, от 40°С до 55°С.

Резонаторы вскрывали и наносили на ПЭ поглотитель акустических колебаний в соответствиии с формулой изобретения. В качестве поглотителя акустических колебаний использовали композицию: клей К-400 с наполнителем нитрид бора. Эффективность использования состава невысока, известны композиции с гораздо лучшими поглощающими свойствами [4].

После полимеризации состава резонаторы вакуумировали и вновь измеряли их параметры. Динамические сопротивления и добротности каждой из мод вернулись к прежним значениям. Температурные испытания от минус 60°С до плюс 70°С не выявили резких изменений динамических сопротивлений. Для моды В наблюдались изменения исключительно плавного характера на несколько процентов, что вполне допустимо.

Таким образом, использование данного способа позволяет получить заявленный технический результат даже на резонаторах, теоретически непригодных. Если заранее не известно, имеется ли температурная аномалия динамического сопротивления, например, при изготовлении кварцевого резонатора, применение указанного способа может предотвратить ее появление.

Источники информации

1. Багаев В.П., Косых А.В., Ионов Б.П. и др. Прецизионный кварцевый генератор с цифровой термокомпенсацией // Радиотехнические пьезоэлектронные устройства. Омск, 1990, с.28-34.

2. Хоменко И.В., Косых А.В., Лепетаев А.Н. Исследование нестабильности динамического сопротивления В-моды двухмодового кварцевого резонатора ТД-среза в интервале температур // Омский научный вестник. 2005. Вып.3 (32). С.157-161.

3. Пьезоэлектрические резонаторы: Справочник. - М.: - Радио и связь, 1992. - 392 с.

4. Орлов B.C., Бондаренко B.C. Фильтры на поверхностных акустических волнах. - М.: Радио и связь, 1984. - 272 с., ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при разработке и производстве двухмодовых кварцевых резонаторов, в том числе предназначенных для высокостабильных кварцевых генераторов. Технический результат данного изобретения, заключающийся в предотвращении узкотемпературных ухудшений активности мод в двухмодовых кварцевых резонаторах с пьезоэлементами плосковыпуклого и двояковыпуклого профиля, достигается использованием способа предотвращения узкотемпературных ухудшений активности мод в двухмодовых кварцевых резонаторах с пьезоэлементами плосковыпуклого и двояковыпуклого профиля, содержащего этап нанесения поглотителя акустических колебаний на поверхность пьезоэлемента вне зоны локализации колебаний рабочих мод.

Способ предотвращения узкотемпературных ухудшений активности мод в двухмодовых кварцевых резонаторах с пьезоэлементами плосковыпуклого и двояковыпуклого профиля отличающийся тем, что на поверхность пьезоэлемента вне зоны локализации колебаний рабочих мод наносится поглотитель акустических колебаний.