Opis patentowy opublikowano: 1985 08 30 129244 C^r ltLNIA U- edu Patentowego Int Cl: G01R 29/22 Twórca wynalazku: Marek Yfójcieki Uprawniony z patentu: Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa /Polaka/ SPOSÓB POMIARU PARAMETRÓW REZpNATORDW PIEZOELEKTRYCZNYCH Wynalazek dotyczy sposobu pomiaru parametrów rezonatorów piezoelektrycznych.Znany jest sposób pomiaru podstawowych parametrów rezonatorów piezoelektrycznych, to znaczy czestotliwosci charakterystycznej i odpowiadajacej jej rezystancji strat, polegajacy na okresleniu czestotliwosci, przy której rezystancyjny czwórnik transmisyj¬ ny, z rezonatorem dolaczonym do jednej z galezi, nie przesuwa fazy sygnalu pomiarowego.Jest to tzw. czestotliwosc rezonansowa, przy której rezonator przedstawia soba jedynie rezystancje o wartosci wynikajacej jednoznacznie z wprowadzanego przez czwórnik tlumie¬ nia sygnalu pomiarowego• W zakresie wyzszych czestotliwosci pomiarowych pojawia sie wzrost bocznikujacego oddzialywania pojemnosci równoleglej rezonatora. Poczawszy od pewnej czestotliwosci przestaje istniec czestotliwosc rezonansowa tzn. rezonator dla zadnej czestotliwosci nie jest dwójnikiem czysto-rezystancyjnym. W zwiazku z tym, dla umozliwienia w omavtia- nym zakresie czestotliwosci wykorzystania metody transmisyjnej z kryterium fazowym, stosuje sie kompensacje pojemnosci równoleglej, poprzedzajaca wlasciwy pomiar. Kompen¬ sacja taka, ze wzgledu na znaczny rozrzut pojemnosci równoleglej i szeroki zakres czestotliwosci produkowanych rezonatorów piezoelektrycznych wielkiej czestotliwosci musi byc z reguly przeprowadzana indywidualnie dla kazdego rezonatora. Powoduje to do¬ datkowa komplikacje procedury pomiarowej oraz obciaza dokladnosc pomiaru bledem kom¬ pensacji pojemnosci równoleglej.^ 129 244 W zakresieLjrg£»J-0lfl1lw-Q6gl-». -W którym nie iatnieje czestotliwosc ^ezojransowa. rezonatora, stosowane sa takze metody transmisyjne z kryterium amplitudowym, w których okresla sie inna czestotliwosc charakterystyczna a mianowicie czestotliwosc odpowiadajaca ekstremum tlumienia rezystorowego czwórnika pomiarowego z rezonatorem dolaczonym do jednej z galezi czwórnika* Sposób ten ma jednak szereg mankamentów, z których najistotniejsze to mniejsza od metody z kryterium fazowym czulosc i dokladnosc pomiaru oraz trudnosc w ewentualnej automatyzacji stanowiska pomiarowego* Dla usuniecia wyzej opisanych niedogodnosci opracowano prosty i dokladny sposób pomiaru podstawowych parametrów rezonatorów piezoelektrycznych wielkiej czestotliwosci w szerokim zakresie czestotliwosci* Sposób wedlug wynalazku umozliwia okreslenie charakterystycznej czestotliwosci rezona¬ tora i odpowiadajacej jej konduktancji strat. Polega on na pomiarze wspólczynnika odbicia w plaszczyznie dolaczenia badanego rezonatora do dwuprzewodowej, najlepiej koncentrycznej linii pomiarowej* Pomiar sklada sie z dwu faz* W pierwszej z nich doprowadza sie czesto¬ tliwosc sygnalu zasilajacego linie pomiarowa do wartosci lezacej w poblizu lecz ponizej obszaru rezonansowego i okresla sie dla tej czestotliwosci wartosc kata fazowego wspól¬ czynnika odbicia* W drugiej fazie pomiaru przestraja sie czestotliwosc sygnalu pomiarowego, w ramach obszaru rezonansowego i doprowadza wartosci kata fazowego wspólczynnika odbicia do wartosci równej lub przesunietej o 180 w stosunku do wartosci kata fazowego okreslone¬ go w fazie pierwszej* Towarzyszy temu minimum modulu wspólczynnika odbicia* Mierzona jest czestotliwosc sygnalu pomiarowego, równa w tym przypadku charakterystycznej czestotliwosci rezonatora, oraz wartosc modulu wspólczynnika na podstawie którego oblicza sie równowazna konduktancje strat rezonatora.Sposób wedlug wynalazku cechuje nieskomplikowana procedura pomiarowa* Dzieki zastosowa¬ niu mikrofalowej techniki pomiarowej uzyskano mozliwosc bardzo dokladnej kalibracji stano¬ wiska pomiarowego za pomoca koncentrycznych wzorców admitancji dolaczanych w miejsce bada¬ nego rezonatora, co w konsekwencji prowadzi do wysokiej granicznej dokladnosci pomiaru* Przykladowo, biorac pod uwage parametry wzorców admitancji aktualnie dostepnych na swiecie, uzyskuje sie w pasmie czestotliwosci od 100 do 250 MHz graniczna dokladnosc pomiaru czesto- tliwosci rzedu kilka razy 10 i odpowiadajacej jej konduktancji strat kilku procent.Sposób wedlug wynalazku cechuje wysoka czulosc pomiaru tak czestotliwosci charaktery¬ stycznej jak konduktancji strat, w wiekszosci przypadków kilkakrotnie wyzsza niz stosowa¬ nych metod transmisyjnych.Wykorzystanie w prezentowanym sposobie kryterium fazowego umozliwia automatyzacje po¬ miaru czestotliwosci* Pakt iz kryterium fazowemu towarzyszy kryterium amplitudowe - ekstremum modulu wspólczynnika odbicia - umozliwia wykorzystanie w praktycznych pomiarach równiez kryterium amplitudowego, na przyklad w uproszczonych stanowiskach wykorzystujacych jedynie pomiar modulu wspólczynnika odbicia badz zwiazanego z nim wspólczynnika fali stojacej* Sposób,wedlug wynalazku urnofeliwia__równie^z_dokla«dne wyznaczenie czestotliwosci rezonansu szeregowego i konduktancji dynamicznej badanego rezonatora. Istnieja bowiem proste scisle zaleznosci wiazace czestotliwosc mi-erzona prezentowana metoda fr oraz odpowiadajaca jej129244 J konduktancje charakterystyczna Ge z czestotliwoscia rezonansu szeregowego f i konduktan- 3 cja dynamiczna rezonatora G 3 Ol 2 2 f 2Q Y + B S O O &1 Gr O 1 \ 2 1- ( o 'o ) 2 2 Y + B o o gdzie: B - susceptancja pojemnosci równoleglej rezonatora, G-'- konduktancja dynamiczna rezonatora, Y - adraitancja charakterystyczna linii pomiarowej, Q - wspólczynnik dobroci rezonatora, f - czestotliwosc rezonansu ^szeregowego, fr - czestotliwosc charakterystycz¬ na rezonatora mierzona prezentowana metoda, Gr - równowazna konduktancja strat rezonatora dla czestotliwosci fr • Sposób wedlug wynalazku objasniono blizej na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czestotliwosciowa charakterystyke wspólczynnika odbicia w plaszczyznie dolaczenia rezona¬ tora piezoelektrycznego do linii o admitancji charakterystycznej Y , gdy faza wspólczyn¬ nika odbicia zgodna jest z faza kalibracji, a fig# 2 - gdy faza wspólczynnika odbicia przesunieta jest w stosunku do fazy kalibracji o 180 .Dla czestotliwosci lezacych nieco ponizej obszaru rezonansowego rezonator przedstawia soba jedynie susceptancje pojemnosci równoleglej i dolaczony do linii pomiarowej powoduje powstanie wspólczynnika'odbicia, którego modul równy jest jednosci a kat fazowy równy jest zwiekszajac czestotliwosc sygnalu pomiarowego doprowadza sie do ponownego osiagniecia fazy wspólczynnika odbicia tp? zgodnej z faza kalibracji w stosunku do niej o 180 Pig« 2 .Stanowi temu odpowiada mierzona czestotliwosc charakterystyczna rezonatora fr i mini¬ malna wartosc modulu wspólczynnika odbicia | T| min. Równowazna konduktancja strat Gr odpowiada czestotliwosci fr obliczana jest w oparciu o nastepujaca zaleznosc Gr - ReTv—- L 1 + 1. - |rl min e * |r| mine**r gdzie:|T| min - minimalna wartosc modulu wspólczynnika odbicia, czynnika odbicia dla czestotliwosci mierzonej, Y - admitancja charakterystyczna linii pomiarowej^.Gr__.- równowazna_konduktancja strat rezonatora na czestotliwosci mierzonej,...Re [ 3 - czesc rzeczywista wyrazenia w nawiasach. PL