本發(fā)明專(zhuān)利屬于電子器件領(lǐng)域，特別是超諧波共振的頻率信號(hào)放大裝置。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及高清視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們對(duì)高頻信號(hào)的需求日益增加。而當(dāng)前普遍使用的調(diào)頻方法是通過(guò)調(diào)整電路參數(shù)、元器件的數(shù)值或通過(guò)調(diào)相方法間接實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，但因寄生電容和電子器件通過(guò)能力差等因素的存在，限制信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)產(chǎn)生和頻率的放大。目前，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，振動(dòng)理論應(yīng)用于電子器件設(shè)計(jì)制造技術(shù)會(huì)極大推動(dòng)電子技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于含有立方非線(xiàn)性的柔性體結(jié)構(gòu)，當(dāng)激勵(lì)力頻率接近于結(jié)構(gòu)線(xiàn)性固有頻率的三分之一時(shí)，非線(xiàn)性項(xiàng)調(diào)整自由振動(dòng)的頻率，自由振動(dòng)項(xiàng)不會(huì)衰減至零而是精確等于激勵(lì)頻率的三倍，會(huì)產(chǎn)生超諧波共振現(xiàn)象。本發(fā)明專(zhuān)利利用該原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)三倍頻率的放大，再級(jí)聯(lián)n個(gè)頻率放大裝置可以得到三的n次指數(shù)倍數(shù)頻率放大信號(hào)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
一種超高頻信號(hào)放大發(fā)生裝置，包括低頻信號(hào)靜電激勵(lì)裝置、高頻信號(hào)發(fā)生裝置和濾波電路三部分。
對(duì)于含有立方非線(xiàn)性的柔性體結(jié)構(gòu)，當(dāng)激勵(lì)力頻率接近于結(jié)構(gòu)線(xiàn)性固有頻率的三分之一時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超諧波共振現(xiàn)象。在某些情況下，自由振動(dòng)振幅甚至大于受迫振動(dòng)的振幅，可以利用該原理制造超高頻信號(hào)發(fā)生裝置。
低頻信號(hào)靜電激勵(lì)裝置包括低頻信號(hào)源、驅(qū)動(dòng)極板和微米梁組成，微米梁上表面鍍有一層100納米厚鍍金金屬膜層；低頻信號(hào)源一端連接驅(qū)動(dòng)極板，另一端連接微米梁，低頻信號(hào)源產(chǎn)生的交流信號(hào)電壓在驅(qū)動(dòng)極板和微米梁之間形成交變電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生交變作用力，驅(qū)動(dòng)微米梁產(chǎn)生橫向振動(dòng)；當(dāng)?shù)皖l信號(hào)源輸出電壓信號(hào)頻率接近于微米梁的一階固有頻率三分之一時(shí)，微米梁產(chǎn)生超諧波共振，低頻信號(hào)源輸入能量與微米梁消耗能量相等，微米梁振動(dòng)幅值保持不變。
高頻信號(hào)放大裝置包括上表面鍍有鍍金金屬膜層的微米梁、變壓器初級(jí)線(xiàn)圈、垂直于微米梁的一對(duì)磁極和限流電阻組成；微米梁上表面鍍金金屬膜層，微米梁左端與限流電阻連接，限流電阻另一端與變壓器初級(jí)線(xiàn)圈連接，變壓器另一端與微米梁上表面鍍金金屬膜層的右端連接，形成閉合回路。微米梁共振振動(dòng)時(shí)，其上表面的鍍金金屬膜層隨著微米梁做同步振動(dòng)，切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)驅(qū)動(dòng)閉合回路中的自由電荷定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流；當(dāng)微米梁振動(dòng)處于非線(xiàn)性振動(dòng)，且滿(mǎn)足微米梁基頻是低頻信號(hào)源驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率的三倍時(shí)，微米梁做超諧波振動(dòng)，微米梁振動(dòng)由振動(dòng)頻率為驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率的受迫振動(dòng)和頻率為驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率三倍等奇數(shù)倍的等幅自由振動(dòng)組成，微米梁振動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電流信號(hào)與微米梁振動(dòng)頻率一致，微米梁振動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電流信號(hào)經(jīng)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈耦合傳遞到變壓器次級(jí)線(xiàn)圈。
濾波電路由變壓器次級(jí)線(xiàn)圈、高、低通濾波電路和輸出端子組成。變壓器次級(jí)線(xiàn)圈連接高、低通濾波電路；高、低通濾波電路兩端接信號(hào)輸出端子，濾波電路濾除低于和高于激勵(lì)頻率三倍頻信號(hào)后，只留下三倍頻信號(hào)，經(jīng)由輸出端子輸出三倍頻電信號(hào)。該三倍頻信號(hào)作為下一級(jí)放大電路的輸入信號(hào)，可以得到初始輸入信號(hào)的倍頻信號(hào)。再逐級(jí)放大，可以得到超高頻信號(hào)。
本發(fā)明專(zhuān)利所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：
1.本裝置可以產(chǎn)生輸入頻率3指數(shù)倍的放大信號(hào)；
2.微米梁超諧波自由振動(dòng)屬于穩(wěn)定振動(dòng)，能產(chǎn)生穩(wěn)定的超高頻電信號(hào)。
附圖說(shuō)明
圖1三倍頻頻率信號(hào)放大裝置示意圖。
圖中：1、低頻信號(hào)源2、鍍金金屬膜3、微米梁4、限流電阻5、磁極、6、變壓器初級(jí)線(xiàn)圈7、變壓器次級(jí)線(xiàn)圈；8、高、低通濾波電路9、信號(hào)輸出端子10、微米梁固定端11、驅(qū)動(dòng)極板
具體實(shí)施方案
下面結(jié)合附圖1和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：
具體實(shí)施方案
下面結(jié)合附圖1和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括低頻信號(hào)靜電激勵(lì)裝置、高頻信號(hào)發(fā)生裝置和濾波電路三部分。
低頻信號(hào)靜電激勵(lì)裝置包括低頻信號(hào)源1、驅(qū)動(dòng)極板11和微米梁3組成，微米梁3上表面鍍有一層100納米厚鍍金金屬膜2層；低頻信號(hào)源1一端連接驅(qū)動(dòng)極板11，另一端連接微米梁3，低頻信號(hào)源1產(chǎn)生的交流信號(hào)電壓在驅(qū)動(dòng)極板11和微米梁3之間形成交變電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生交變作用力，驅(qū)動(dòng)微米梁3產(chǎn)生橫向振動(dòng)；當(dāng)?shù)皖l信號(hào)源1輸出電壓信號(hào)頻率接近于微米梁的一階固有頻率三分之一時(shí)，微米梁3產(chǎn)生超諧波共振，低頻信號(hào)源1輸入能量與微米梁3消耗能量相等，微米梁3振動(dòng)保持穩(wěn)定。
高頻信號(hào)放大裝置包括上表面鍍有鍍金金屬膜層2的微米梁3、變壓器初級(jí)線(xiàn)圈6、垂直于微米梁的一對(duì)磁極5和限流電阻4組成；微米梁3上表面鍍金金屬膜層2左端與限流電阻4連接，限流電阻4另一端與變壓器初級(jí)線(xiàn)圈6連接，變壓器初級(jí)線(xiàn)圈6另一端與微米梁3上表面鍍金金屬膜層2的右端連接，形成閉合回路。微米梁3發(fā)生共振振動(dòng)時(shí)，其上表面的鍍金金屬膜層2隨著微米梁3做同步振動(dòng)，切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)驅(qū)動(dòng)閉合回路中的自由電荷定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流；微米梁3振動(dòng)處于非線(xiàn)性振動(dòng)，且滿(mǎn)足微米梁3基頻是低頻信號(hào)源1驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率的三倍時(shí)，微米梁3做超諧波振動(dòng)，微米梁3振動(dòng)由振動(dòng)頻率為驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率的受迫振動(dòng)和頻率為驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率三倍等奇數(shù)倍的等幅自由振動(dòng)組成，微米梁3振動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電流信號(hào)與微米梁3振動(dòng)頻率一致，微米梁3振動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電流信號(hào)經(jīng)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈6耦合傳遞到變壓器次級(jí)線(xiàn)圈7。
濾波電路由變壓器次級(jí)線(xiàn)圈7、高、低通濾波電路8和輸出端子10組成。變壓器次級(jí)線(xiàn)圈7連接高、低通濾波電路8；高、低通濾波電路8兩端接信號(hào)輸出端子9，高、低通濾波電路8濾除低于三倍頻和高于三倍頻信號(hào)后，只留下三倍頻信號(hào)，經(jīng)由輸出端子9輸出三倍頻電信號(hào)。該三倍頻信號(hào)作為下一級(jí)放大電路的輸入信號(hào)，可以得到初始輸入信號(hào)的倍頻信號(hào)。再逐級(jí)放大，可以得到超高頻信號(hào)。
實(shí)施例的具體工作過(guò)程為：
硅納米梁3的長(zhǎng)度、寬度和高度分別為15微米、2微米和2微米，硅納米梁3的密度和彈性模量分別為2300kg/m3和190gpa。硅納米梁3兩端為固定端10約束，實(shí)驗(yàn)測(cè)得納米梁3一階共振頻率為36mhz。低頻信號(hào)源1產(chǎn)生12mhz的激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)納米梁3做超諧波振動(dòng)，納米梁3鍍金金屬膜層2切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生頻率為12mhz和頻率為36mhz的電流信號(hào)。下截止頻率為13mhz的低通濾波器濾除掉12mhz以下的電流信號(hào)，上截止頻率為37mhz的高通濾除掉高于36mhz信號(hào)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明所述的保護(hù)范圍之內(nèi)。