RU2479118C1 - Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на пав и узкополосный фильтр на пав с повышенной температурной стабильностью частоты - Google Patents
Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на пав и узкополосный фильтр на пав с повышенной температурной стабильностью частоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479118C1 RU2479118C1 RU2012107580/08A RU2012107580A RU2479118C1 RU 2479118 C1 RU2479118 C1 RU 2479118C1 RU 2012107580/08 A RU2012107580/08 A RU 2012107580/08A RU 2012107580 A RU2012107580 A RU 2012107580A RU 2479118 C1 RU2479118 C1 RU 2479118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- narrow
- temperature
- temperature stability
- piezoelectric substrate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к частотно-избирательным средствам, и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигнала. Техническим результатом является создание узкополосного фильтра с повышенной температурной стабильностью. Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на ПАВ основан на выборе угла среза пьезоэлектрической подложки, оптимального с точки зрения температурной стабильности частоты, при этом при температуре окружающей среды, ниже которой наблюдают уход частоты выше допустимого предела, подложку нагревает резистивный нагреватель, сформированный по тонкопленочной технологии на диэлектрической пластине и приклеенный к пьезоэлектрической подложке, при достижении температуры на несколько градусов выше той, при которой был включен нагреватель, его выключают, при этом нагреватель включают и выключают посредством ключа, управляемого по сигналам с термодатчика, приклеенного на пьезоэлектрическую подложку. Устройство содержит пьезоэлектрическую подложку, на которой выполнена структура из двухмодовых резонаторов, а также резистивный нагреватель, термодатчик, ключ. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к частотно-избирательным средствам, и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигнала.
Фильтры промежуточной частоты, используемые в приемных трактах систем радиосвязи, должны удовлетворять ряду требований по электрическим и эксплуатационным параметрам, иногда взаимоисключающим. Они должны иметь малые вносимые потери, высокий уровень внеполосного подавления, равномерность АЧХ и малую неравномерность группового времени задержки в полосе пропускания, хорошую прямоугольность. Желательны малые габариты и масса, а в большинстве случаев требуется также высокая стабильность частоты в широком интервале температурных воздействий.
Известен способ повышения температурной стабильности узкополосного прибора на ПАВ [1]. Для решения задачи обеспечения температурной стабильности в широком диапазоне температур предложена оригинальная конструкция температурного компенсатора с зазором между кварцевой подложкой и биметаллической пластиной 8 мкм. В этом случае пластина не будет воздействовать на кварцевую подложку при отрицательных температурах. Существенным недостатком такой конструкции является ее сложность: зазор необходимо выполнить с большой точностью (не хуже ±1 мкм), иначе конструкция просто не будет работать. Конструкция не является жесткой и прочной, сомнительна ее устойчивость к ударам и тряске, а также к старению материалов.
Кроме того, основные проблемы использования данного технического решения связаны с тем, что компенсация температурного ухода подчиняется линейному закону, а зависимость частоты узкополосного фильтра на ПАВ от температуры - парабола, поэтому эффективно такая конструкция работает только на линейном участке (склоне) параболы.
Известно также, что для обеспечения высокой стабильности частоты фильтров в широком диапазоне температурных воздействий большое значение имеет правильный выбор пьезоматериала. В [2] показано, что оптимальным с точки зрения термостабильности фильтра является пьезоматериал с таким значением температуры точки поворота t0, которое симметрично относительно верхней и нижней предельных температур. Температура точки поворота t0 в свою очередь связана с углом среза пьезоэлектрической подложки. Описанный в [2] выбор угла среза пьезоэлектрической подложки выбран в качестве прототипа для способа.
Многим из перечисленных выше требований удовлетворяют фильтры на ПАВ на основе многомодовых резонаторов с поперечными связями [3]. В [4] представлен фильтр с увеличенной полосой пропускания (до 0,15%). Описанные фильтры хорошо показали себя в эксплуатации, некоторые из них выпускаются серийно. Эти фильтры имеют полосу пропускания более 0,06% и диапазон температурных воздействий (-40÷+70)°С.
Для некоторых применений требуются фильтры с относительной полосой пропускания 0,04% и менее. Без принятия специальных мер температурный уход частоты фильтра в данном случае даже при оптимальном выборе пьезоматериала может составить до 30% и более от полосы пропускания фильтра, что неприемлемо.
В [5] описан фильтр на ПАВ с относительной полосой пропускания 0,08%, рабочей частотой 80,5 МГц, собранный из трех последовательно соединенных двухмодовых резонаторов. Для исключения чрезмерного температурного дрейфа каждая из трех пьезоплат фильтра была установлена в термостатируемый объем. Поддержание заданной температуры производилось с помощью электронного регулятора, управляющего резистивным нагревателем, расположенным под пьезоэлектрической подложкой.
Недостатками этого фильтра, выбранного в качестве прототипа, являются значительная потребляемая мощность: до (4,5-5) Вт; сложная схема стабилизации частоты; сильная зависимость частоты от температуры: до 0,47-0,50 кГц/град (или 1,1×10-4). При допустимом уходе частоты ±5 кГц уход частоты при максимальной температуре +70°С составляет -9 кГц, что превышает допустимое значение. При кратковременном перегреве устройства до +80°С (что нередко происходит при эксплуатации) уход частоты превышает допустимый в 2,5 раза, фильтр перестает работать (искажается сигнал).
Предлагаемое изобретение решает задачу создания узкополосного фильтра с повышенной температурной стабильностью.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на ПАВ, основанном на выборе угла среза пьезоэлектрической подложки оптимального с точки зрения температурной стабильности частоты, при температуре окружающей среды, ниже которой наблюдают уход частоты выше допустимого предела, включают резистивный нагреватель, сформированный по тонкопленочной технологии на диэлектрической пластине и приклеенный к пьезоэлектрической подложке, при достижении температуры на несколько градусов выше той, при которой был включен нагреватель, его выключают, при этом нагреватель включают и выключают посредством ключа, управляемого по сигналам с термодатчика, приклеенного на пьезоэлектрическую подложку.
Указанный технический результат достигается тем, что узкополосный фильтр на ПАВ с повышенной температурной стабильностью частоты, содержащий пьезоэлектрическую подложку, на которой методом тонкопленочной технологии выполнена структура из двух и более последовательно соединенных поперечно-связанных двухмодовых резонаторов, резистивный нагреватель и термодатчик, выполненный на терморезисторе, содержит управляемый сигналами с термодатчика ключ, который соединен с резистивным нагревателем и источником питания, а резистивный нагреватель выполнен по тонкопленочной технологии на диэлектрической пластине и приклеен к пьезоэлектрической подложке.
На фиг.1 представлена зависимость частоты фильтра от температуры (угол среза Θ=33°).
На фиг.2 приведена принципиальная электрическая схема фильтра с согласующими элементами, нагревателем и терморезистором (термодатчиком).
На фиг.3 показана сборка из пьезоэлектрической подложки с термодатчиком и нагревателем.
На фиг.4 показан внешний вид 3-резонаторного фильтра с нагревателем (без согласующих элементов).
На фиг.5 представлена зависимость частоты фильтра от температуры при оптимизированном угле среза (Θ=38,5°), но в отсутствие температурной стабилизации.
Способ осуществляют следующим образом.
На базе проведенных исследований по оптимизации угла среза пьезокварца для фильтров на ПАВ [2] выбирают оптимальный для заданных параметров фильтра пьезокварц с углом среза Θ.
Для примера на фиг.1 представлена температурная зависимость частоты фильтра, изготовленного на пьезокварце с углом среза Θ=33° в отсутствие температурной стабилизации. Эта зависимость представляет собой параболу, что характерно для пьезокварца.
Теоретическое значение температуры точки поворота (поворотной температуры, при которой частота принимает максимальное значение) для данного угла среза +114°С, а экспериментальное +51°С. Сдвиг точки поворота в область низких температур обусловлен влиянием конечной толщины пленки алюминия на поверхности пьезокварца. Выбранный угол среза обеспечивает высокую стабильность частоты в высокотемпературной части диапазона температурных воздействий, т.е. от +25 до +75°С.
Фильтр спроектирован на основе двухмодового резонатора с поперечными связями с относительной полосой пропускания не более 0,045% в соответствии с методикой, представленной в [2].
В качестве нагревателя пьезоплаты использован пленочный 3-секционный резистор, сформированный методом тонкопленочной технологии на плате из ситалла СТ-50.
Размеры платы нагревателя выбраны такими, чтобы они соответствовали размерам пьезоэлектрической подложки, на которой методом тонкопленочной технологии сформирована структура из трех поперечно-связанных двухмодовых резонаторов. Плата нагревателя приклеивалась к пьезоэлектрической подложке, образуя с ней одно целое, после чего получившаяся сборка (пьезоэлектрическая подложка + плата нагревателя) приклеивалась к основанию стандартного корпуса ПИЖМ 151.15-8 (фиг.3 и 4).
При этом габариты фильтра оставались такими же, как и без нагревателя.
Устройство работает следующим образом. При заданном диапазоне температурных воздействий (от -55 до +75°С) управление нагревателем проводится в ключевом режиме с помощью электронного ключа: при температуре ниже +30°С электронный ключ открывается, и на нагреватель подается постоянное напряжение +27 В. При достижении температуры +(45-50)°С электронный ключ закрывается, отключая напряжение от нагревателя. Во всем диапазоне заданных температурных воздействий (в том числе при минимальной температуре -55°С) мощность нагревателя достаточна для того, чтобы поддерживать температуру пьезоплат с ПАВ резонаторами в пределах от +25 до +75°С.
При работе в нормальных условиях и при повышенных температурах мощность нагревателем практически не потребляется. В условиях пониженных температур (-40÷-60)°С средняя потребляемая мощность составляет (1,0÷1,2) Вт. При этом изменение частоты фильтра не превышало 3-4 кГц при центральной частоте полосы пропускания фильтра 199,425 МГц, что соответствует относительному уходу частоты от номинала не более ±1,0×10-5.
В отсутствие температурной стабилизации даже при оптимальном выборе материала для пьезоэлектрической подложки относительный уход частоты в температурном диапазоне -55…+75°С составит не менее ±5,0×10-5 (фиг.5).
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет улучшить температурную стабильность частоты узкополосных фильтров в 5 раз.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ №2260902.
2. Белоусов В.А., Гапшин В.К., Яковлев Ф.Ф. Сверхузкополосные высокостабильные фильтры на поверхностных акустических волнах с малыми вносимыми потерями для радиосвязной аппаратуры. XI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», г.Воронеж, 12-14 апреля 2005 г., т.1, с.281.
3. M.Tanaka, T.Morita, K.Ono and Y.Nakazawa: Narrow bandpass filters using double-mode SAW resonators on quartz, Proc. IEEE Freq. Contr. Symp (1984), pp.286-293.
4. Яковлев Ф.Ф., Белоусов В.А., Гапшин В.К. Высокостабильный сверхузкополосный фильтр с малыми вносимыми потерями и увеличенной полосой пропускания. XIII Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», г.Воронеж, 17-19 апреля 2007 г., т.2, с.1248-1252.
5. Орлов О.А., Гапшин В.К., Яковлев Ф.Ф., Вебер А.А. Сверхузкополосный фильтр на поверхностных акустических волнах для тракта промежуточной частоты приемника. Х Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», г.Воронеж, 13-15 апреля 2004 г., т.1, с.567.
Пояснения к фиг.3:
1 - резонаторы;
2 - пьезоэлектрическая подложка;
3 - термодатчик;
4 - плата нагревателя;
5 - клей.
Claims (2)
1. Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на ПАВ, основанный на выборе угла среза пьезоэлектрической подложки оптимального с точки зрения температурной стабильности частоты, отличающийся тем, что при температуре окружающей среды, ниже которой наблюдают уход частоты выше допустимого предела, включают резистивный нагреватель, сформированный по тонкопленочной технологии на диэлектрической пластине и приклеенный к подложке, при достижении температуры на несколько градусов выше той, при которой был включен нагреватель, его выключают, при этом нагреватель включают и выключают посредством ключа, управляемого по сигналам с термодатчика, приклеенного на пьезоэлектрическую подложку.
2. Узкополосный фильтр на ПАВ с повышенной температурной стабильностью частоты, содержащий пьезоэлектрическую подложку, на которой методом тонкопленочной технологии выполнена структура из двух и более последовательно соединенных поперечно-связанных двухмодовых резонаторов, резистивный нагреватель и термодатчик, выполненный на терморезисторе, отличающийся тем, что содержит управляемый сигналами с термодатчика ключ, который соединен с резистивным нагревателем и источником питания, а резистивный нагреватель, сформирован по тонкопленочной технологии на диэлектрической пластине и приклеен к пьезоэлектрической подложке.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107580/08A RU2479118C1 (ru) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на пав и узкополосный фильтр на пав с повышенной температурной стабильностью частоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107580/08A RU2479118C1 (ru) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на пав и узкополосный фильтр на пав с повышенной температурной стабильностью частоты |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2479118C1 true RU2479118C1 (ru) | 2013-04-10 |
Family
ID=49152441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012107580/08A RU2479118C1 (ru) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на пав и узкополосный фильтр на пав с повышенной температурной стабильностью частоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2479118C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU212699U1 (ru) * | 2022-05-23 | 2022-08-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Миг Трейдинг" | Миниатюрный прецизионный термостат для термостабилизации пав-резонатора в составе генератора на пав |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2260902C2 (ru) * | 2003-03-05 | 2005-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения | Способ повышения температурной стабильности узкополосного прибора на пав |
US20090321415A1 (en) * | 2008-06-25 | 2009-12-31 | Honeywell International Inc. | Flexible heater comprising a temperature sensor at least partially embedded within |
-
2012
- 2012-02-28 RU RU2012107580/08A patent/RU2479118C1/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2260902C2 (ru) * | 2003-03-05 | 2005-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения | Способ повышения температурной стабильности узкополосного прибора на пав |
US20090321415A1 (en) * | 2008-06-25 | 2009-12-31 | Honeywell International Inc. | Flexible heater comprising a temperature sensor at least partially embedded within |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU212699U1 (ru) * | 2022-05-23 | 2022-08-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Миг Трейдинг" | Миниатюрный прецизионный термостат для термостабилизации пав-резонатора в составе генератора на пав |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1716619B1 (en) | Discrete voltage tunable resonator made of dielectric material | |
US7378781B2 (en) | Acoustic wave resonator with integrated temperature control for oscillator purposes | |
KR20010023310A (ko) | 저역 통과 구성을 이용하는 saw 필터 및 그 제조 방법 | |
TW201236362A (en) | Piezoelectric oscillator | |
SE424033B (sv) | Mikrovagsoscillatorkrets innefattande en dielektrisk resonator | |
US20140125422A1 (en) | Self-oscillation circuit | |
JP2004048686A (ja) | 高安定圧電発振器 | |
Koohi et al. | Reconfigurable radios employing ferroelectrics: Recent progress on reconfigurable RF acoustic devices based on thin-film ferroelectric barium strontium titanate | |
Su et al. | Scaling surface acoustic wave filters on LNOI platform for 5G communication | |
RU2479118C1 (ru) | Способ повышения температурной стабильности частоты узкополосного фильтра на пав и узкополосный фильтр на пав с повышенной температурной стабильностью частоты | |
AU550978B2 (en) | An improved trapped energy resonator for multiple resonator application | |
US6707347B2 (en) | Crystal oscillator that utilizes the power transistor of an output amplifier to heat the crystal resonator | |
Kadota et al. | Ultra wide band elastic resonators and their application: SH 0 mode plate wave resonators with ultra wide bandwidth of 29% | |
RU2491712C1 (ru) | Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов | |
US9979372B2 (en) | Reconfigurable microwave filters | |
CN102739157A (zh) | 真空集成电阻加热式恒温晶体振荡器 | |
US2471143A (en) | Piezoelectric apparatus | |
JPWO2006103852A1 (ja) | 厚み縦圧電共振子 | |
US6710510B1 (en) | Method and apparatus for modifying acoustic wave characteristics | |
Koohi et al. | Reconfigurable Radios Employing Ferroelectrics | |
Wang et al. | High-Performance Wideband SAW Filters on LNOI Platform | |
Kadota et al. | Tunable filter using ultra wide band elastic resonator | |
Spears | Thermally compensated crystal oscillators | |
JPH0540569Y2 (ru) | ||
JPH0637583A (ja) | 2ポートsaw共振子 |