RU198435U1

RU198435U1 - Quartz resonator thermostat

Info

Publication number: RU198435U1
Application number: RU2019130920U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Абрамзон
Original assignee: Игорь Владимирович Абрамзон
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-07-08

Abstract

Данная полезная модель относится к средствам, работающим в составе термостатированных кварцевых генераторов. Техническим результатом является повышение температурной стабильности КРТ без ухудшения его технологичности и увеличения размеров. В кварцевом резонаторе-термостате, содержащем вакуумированный корпус, внутри на его основании монтируют теплоизолирующую опору, к верхней части которой крепится керамическая подложка с размещенными на ней элементами системы термостатирования, а также монтажные лепестки, в которых монтируют кварцевую пьезопластину (ПП) с нанесенными на обе ее поверхности пленочными возбуждающими электродами, один из пленочных электродов наносится на центральную часть нижней поверхности ПП, обращенной к керамической подложке, а второй пленочный электрод наносится на всю верхнюю поверхность ПП. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.This utility model relates to the means operating as part of thermostated quartz oscillators. The technical result is to increase the temperature stability of MCT without deteriorating its manufacturability and increasing its size. In a quartz resonator-thermostat containing an evacuated housing, a heat-insulating support is mounted on its base inside, to the upper part of which a ceramic substrate with elements of the thermostating system placed on it is attached, as well as mounting petals in which a quartz piezoplate (PP) is mounted with applied to both its surface with exciting film electrodes, one of the film electrodes is applied to the central part of the lower surface of the PCB facing the ceramic substrate, and the second film electrode is applied to the entire upper surface of the PCB. 1 wp f-ly, 1 dwg.

Description

Данная полезная модель относится к области радиоэлектроники и предназначена для работы в составе термостатированных кварцевых генераторов.This utility model relates to the field of electronics and is designed to operate as a part of thermostatically controlled quartz oscillators.

Известны кварцевые резонаторы-термостаты (КРТ), содержащие вакуумированный корпус, внутри которого размещается кварцевая ПП с нанесенными на нее пленочными электродами для возбуждения в ПП механических колебаний, а также смонтированы система термостатирования, нагревающая кварцевую ПП до заданной рабочей температуры и поддержания ее с высокой точностью [1]. Такие КРТ наряду со схемой автогенератора являются основными частями термостатированного генератора (ТСКГ). Благодаря размещению системы термостирования внутри вакуумированного корпуса КРТ вблизи кварцевой ПП такие ТСКГ имеют миниатюрные размеры при низкой потребляемой мощности, по сравнению с ТСКГ обычной конструкции.Known quartz resonator thermostats (CMT), containing a vacuum housing, inside which is placed a quartz PP with film electrodes deposited on it to excite mechanical vibrations in the PP, and a thermostatic system is installed that heats the quartz PP to a given operating temperature and maintains it with high accuracy [1]. Such SRTs along with the oscillator circuit are the main parts of a thermostatically controlled generator (TSCG). Due to the placement of the thermostatic system inside the KRT evacuated housing near the quartz PP, such TSCGs have miniature dimensions at low power consumption, compared to a conventional design TSCG.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является КРТ состоит из вакуумированного корпуса, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через монтажные лепестки установлена на диэлектрической подложке, на которой также размещена система термостатирования КРТ. Диэлектрическая подложка закреплена на теплоизолирующей опоре, которая смонтирована на основании вакуумированного корпуса, имеющего выводы от возбуждающих электродов и системы термостатирования [2].The closest to the proposed utility model is the SRT consists of a vacuum case in which a quartz piezoelectric plate with film excitation electrodes deposited on it is mounted on a dielectric substrate through mounting petals, on which the SRT temperature control system is also placed. The dielectric substrate is mounted on a heat-insulating support, which is mounted on the basis of a vacuum enclosure having leads from exciting electrodes and a temperature control system [2].

Недостатком этой конструкции является ее относительно невысокая температурная стабильность частоты, вызванная градиентами температуры по поверхности кварцевой ПП из-за тепловых потерь через излучение. Для устранения этого недостатка над поверхностью кварцевой ПП требуется установка теплоотражающего металлического экрана, что ухудшает технологичность сборки КРТ и увеличивает его размеры [2].The disadvantage of this design is its relatively low temperature stability of the frequency caused by temperature gradients on the surface of the quartz PP due to heat loss through radiation. To eliminate this drawback, a heat-reflecting metal screen is required above the surface of the quartz PP, which impairs the manufacturability of the SRT assembly and increases its size [2].

Задача данной полезной модели - повышение температурной стабильности КРТ без ухудшения его технологичности и увеличения размеров.The objective of this utility model is to increase the temperature stability of the SRT without compromising its manufacturability and increasing size.

Данная задача достигается тем, что в КРТ, содержащем вакуумированный корпус, внутри которого на его основании монтируется теплоизолирующая опора, к верхней части которой крепится керамическая подложка с размещенными на ней элементами системы термостатирования, а также монтажные лепестками, в которых монтируется кварцевая ПП с нанесенными на обе ее поверхности пленочными возбуждающими электродами, один из пленочных электродов наносится на центральную часть нижней поверхности ПП, обращенной к керамической подложке, а второй пленочный электрод наносится на всю верхнюю поверхность ПП, при этом на периферийную часть нижней поверхности ПП могут дополнительно наноситься пленочные площадки, электрически изолированные от пленочного электрода, находящегося на той же поверхности кварцевой ПП.This task is achieved by the fact that in a CMT containing a vacuum housing, inside of which a heat-insulating support is mounted on its base, to the upper part of which is mounted a ceramic substrate with thermostatic system elements placed on it, as well as mounting petals in which a quartz PP is mounted with both of its surfaces are film exciting electrodes, one of the film electrodes is applied to the central part of the lower surface of the PP facing the ceramic substrate, and the second film electrode is applied to the entire upper surface of the PP, and film pads can be additionally applied to the peripheral part of the lower surface of the PP insulated from a film electrode located on the same surface of quartz PP.

Положительный эффект от применения данного технического решения состоит в том, что верхний пленочный возбуждающий электрод, выполненный из металла и нанесенный практически на всю верхнюю поверхность ПП, обеспечивает низкий коэффициент инфракрасного излучения с ПП в окружающую среду и, как следствие, незначительные температурные градиенты по поверхности ПП, что обуславливает значительное повышение стабильности частоты КРТ при изменении окружающей температуры по сравнению с прототипом без применения дополнительного теплоотражающего экрана. Дальнейшее снижение теплопотерь на излучение и повышение стабильности часты КРТ достигается нанесением на периферийную часть нижней поверхности ПП пленочных металлических площадок, электрически изолированных от пленочного электрода, находящегося на той же поверхности.The positive effect of the application of this technical solution is that the upper film exciting electrode made of metal and deposited on almost the entire upper surface of the PP provides a low coefficient of infrared radiation from the PP into the environment and, as a result, insignificant temperature gradients on the surface of the PP , which leads to a significant increase in the stability of the frequency of SRT with changing ambient temperature compared to the prototype without the use of an additional heat-reflecting screen. A further reduction in heat losses due to radiation and an increase in the stability of frequent CMTs is achieved by applying to the peripheral part of the lower surface of the PP film-like metal pads electrically isolated from the film electrode located on the same surface.

Конструкция предлагаемой полезной модели показана на Фиг. 1. Она содержит, содержащий вакуумированный корпус 1 с выводами 2 и 3 для подсоединения к источнику постоянного напряжения и схем автогенератора соответственно, внутри которого на его основании 4 монтируется теплоизолирующая опора 5, к верхней части которой крепится керамическая подложка 6 с размещенными на ней элементами системы термостатирования 7, а также монтажные лепестками 8, в которых монтируется кварцевая ПП 9 с нанесенными на обе ее поверхности пленочными возбуждающими электродами 10 и 11, при этом пленочный электрод 11 нанесен на всю верхнюю поверхность ПП 9, а нижний пленочный электрод 10 нанесен на центральную часть нижней поверхности ПП 9, кроме того, на периферийную часть нижней поверхности ПП 9 могут дополнительно наноситься пленочные металлические площадки 12, электрически изолированные от пленочного электрода 10.The construction of the proposed utility model is shown in FIG. 1. It contains, containing a vacuum case 1 with leads 2 and 3 for connecting to a constant voltage source and oscillator circuits, respectively, inside of which, on its base 4, a heat-insulating support 5 is mounted, to the upper part of which a ceramic substrate 6 with system elements placed on it is mounted temperature control 7, as well as mounting tabs 8, in which a quartz PP 9 is mounted with film exciting electrodes 10 and 11 deposited on both its surfaces, with a film electrode 11 applied to the entire upper surface of the PP 9, and a lower film electrode 10 applied to the central part the lower surface of the PP 9, in addition, on the peripheral part of the lower surface of the PP 9 can additionally be applied film metal pads 12, electrically isolated from the film electrode 10.

Данный КРТ работает следующим образом. При подключении выводов 2 и 3 к источнику напряжения и схеме автогенератора в КРТ возбуждаются механические колебания и включается система термостатирования 7, размещенная на керамической подложке 6, которая нагревает КРТ до рабочей температуры. В стационарном режиме средняя температура ПП 8 точно поддерживается системой термостатирования. При этом теплоотток от ПП 9 в окружающую среду излучением с ее верхней поверхности будет незначителен благодаря низкой излучательной способности покрывающего ее металлического пленочного электрода 11, а слабый теплоотток с нижней поверхности ПП 9 обеспечивается близостью к ней нагретой керамической подложки 6 и нанесением пленочных металлических площадок 12 на периферийную часть нижней поверхности ПП 9, снижающих ее излучательную способность. Значительное снижение интенсивности теплооттока с поверхностей ПП 9 обеспечивает ее равномерный нагрев и, как следствие, отсутствие в ней существенных температурных напряжений, зависящих от изменения окружающей температуры и влияющих на частоту КРТ. В результате обеспечивается значительное повышение температурной стабильности частоты КРТ без применения дополнительного металлического экрана.This SRT works as follows. When pins 2 and 3 are connected to the voltage source and the oscillator circuit in the SRT, mechanical vibrations are excited and the temperature control system 7 is placed on a ceramic substrate 6, which heats the SRT to operating temperature. In stationary mode, the average temperature of the software 8 is precisely supported by a temperature control system. In this case, the heat flow from PP 9 to the environment by radiation from its upper surface will be insignificant due to the low emissivity of the metal film electrode 11 covering it, and the weak heat flow from the bottom surface of PP 9 is ensured by the proximity of the heated ceramic substrate 6 to it and the deposition of film metal pads 12 on the peripheral part of the lower surface of the PP 9, reducing its emissivity. A significant decrease in the intensity of heat flow from the surfaces of PP 9 ensures its uniform heating and, as a result, the absence of significant temperature stresses in it, depending on changes in ambient temperature and affecting the frequency of SRT. The result is a significant increase in the temperature stability of the SRT frequency without the use of an additional metal screen.

Для экспериментальной проверки достигнутого положительного эффекта в предлагаемой полезной модели были изготовлены образцы КРТ предлагаемой конструкции на частоту 100 МГц с ПП среза IT диаметром 9 мм, возбуждаемой на 7-й механической гармонике. Практически на всю верхнюю поверхность ПП нанесен пленочный электрод методом термического напыления серебра толщиной 0.3 мкм с подслоем хрома 500 А, а на нижнюю поверхность ПП, обращенную к керамической подложке, в ее центральной части был нанесен такой же пленочный электрод диаметром 3 мм. Во второй группе КРТ на нижнюю поверхность ПП в ее периферийной части дополнительно наносились пленочные площадки из серебра той же толщины. Третья группа КРТ имела конструкцию аналогичную прототипу с пленочными электродами из серебра диаметром 3 мм, нанесенными в центре на обе поверхности ПП. Все КРТ подключались к схеме автогенератора и источнику постоянного напряжения для питания системы термостатирования, их внутренняя температура была установлена на экстремум температурно-частотной характеристики (ТЧХ), а система термостатирования настроена так, чтобы средняя температура ПП оставалась в пределах 0.1°С при изменении окружающей температуры в широких приделах. Температурная стабильность КРТ измерялась в температурной камере при изменении температуры в диапазоне (20-80)°С, при этом схема автогенератора оставалась снаружи камеры при постоянной температуре. Результаты измерений для трех групп КРТ приведены в таблице 1.To experimentally verify the achieved positive effect in the proposed utility model, we obtained MCT samples of the proposed design at a frequency of 100 MHz with a cutoff IT with a diameter of 9 mm excited at the 7th mechanical harmonic. Almost the entire upper surface of the PP was coated with a film electrode by thermal deposition of silver with a thickness of 0.3 μm with a chromium sublayer of 500 A, and the same film electrode 3 mm in diameter was deposited on its lower surface facing the ceramic substrate in its central part. In the second group of CMT, film pads of silver of the same thickness were additionally deposited on the lower surface of the PP in its peripheral part. The third group of SRT had a design similar to the prototype with film electrodes made of silver with a diameter of 3 mm, deposited in the center on both surfaces of the PP. All MCTs were connected to the oscillator circuit and a constant voltage source to power the temperature control system, their internal temperature was set to an extreme temperature-frequency characteristic (TCH), and the temperature control system was set so that the average temperature of the PC remained within 0.1 ° C when the ambient temperature changed in wide aisles. The temperature stability of MCT was measured in the temperature chamber with a temperature change in the range of (20-80) ° С, while the circuit of the self-oscillator remained outside the chamber at a constant temperature. The measurement results for the three groups of MCT are shown in table 1.

Поскольку температура ПП настроена на экстремум ТЧХ резонатора и поддерживается с высокой точностью, около 0.1°С, то изменения частоты КРТ от изменения окружающей температуры в камере вызваны практически полностью влиянием температурных градиентов в ПП. Из результатов эксперимента видно, что конструкция полезной модели обеспечивает 3-4-х кратное повышение стабильности частоты КРТ без применения дополнительного теплоотражающего экрана, что подтверждает заявляемый положительный эффект.Since the temperature of the PP is set to an extremum of the resonance frequency response of the resonator and is maintained with high accuracy, about 0.1 ° C, changes in the SRT frequency from changes in the ambient temperature in the chamber are caused almost entirely by the influence of temperature gradients in the PP. From the results of the experiment it can be seen that the design of the utility model provides a 3-4-fold increase in the stability of the SRT frequency without the use of an additional heat-reflecting screen, which confirms the claimed positive effect.

Источники информации:Sources of information:

1. Igor Abramzon, Vadim Tapkov, Alexey Kornilov, "Extraordinary OCXO solutions based on the IHR technology", Proceedings of IEEE International Frequency control symposium, 2017, pp.1. Igor Abramzon, Vadim Tapkov, Alexey Kornilov, "Extraordinary OCXO solutions based on the IHR technology", Proceedings of IEEE International Frequency control symposium, 2017, pp.

2. Патент RU на полезную модель №103042, H03B 5/32, опубликован 20.03.2011.2. RU patent for utility model No. 103042, H03B 5/32, published March 20, 2011.

Claims

1. Quartz resonator-thermostat (KRT), containing a vacuum enclosure, inside of which a heat-insulating support is mounted on its base, to the upper part of which is mounted a ceramic substrate with thermostat system elements placed on it, as well as mounting tabs in which a quartz piezoelectric plate (PP) is fixed ) with film exciting electrodes deposited on both its surfaces, characterized in that one of the film electrodes is applied to the central part of the lower surface of the PP facing the ceramic substrate, and the second film electrode made of metal is applied to the entire upper surface of the PP.

2. A quartz resonator-thermostat (MCT) according to claim 1, characterized in that film metal pads are electrically isolated from the film electrode located on the same surface on the peripheral part of the lower surface of the PP.