一種基于多條耦合器的聲表面波振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，包括直流電源和直流干擾濾除電路，所述直流電源的輸出端連接直流干擾濾除電路，所述聲表面波振蕩器還包括共集電極放大電路和電容反饋式電路；所述直流干擾濾除電路與由共集電極放大電路和電容反饋式電路組成的并聯(lián)電路相串聯(lián)，所述電容反饋式電路由聲表面波器件和匹配電路串聯(lián)組成；共集電極放大電路的輸出端和匹配電路的輸出端連接；由于本發(fā)明的振蕩器中的聲表面波器件基于多條耦合器設(shè)計(jì)，使得該聲表面波振蕩器在體聲波和旁瓣抑制方面能力上較普通振蕩器得到提高，輸出振蕩信號(hào)具有了更好的周期性和穩(wěn)定性。
【專利說明】—種基于多條耦合器的聲表面波振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種振蕩器，特別是一種基于多條耦合器的聲表面波振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]振蕩器是一種無需外部激勵(lì)信號(hào)，就能將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換為具有一定頻率和振幅信號(hào)輸出的電子系統(tǒng)。聲表面波振蕩器由于具有高的頻率穩(wěn)定度和小的接入系數(shù)，因此在正弦波、方波等各種信號(hào)源，以及載波電路、傳感器等高頻及甚高頻領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]聲表面波器件作為聲表面波振蕩器的核心元件，其設(shè)計(jì)參數(shù)不僅決定了聲表面波振蕩器振蕩信號(hào)的頻率，而且其性能特別是聲表面波器件頻率特性中的體聲波抑制和旁瓣抑制特性的優(yōu)良與否，將直接影響到整個(gè)聲表面波振蕩器的性能指標(biāo)和穩(wěn)定性。聲表面波器件中的輸入換能器在激發(fā)聲表面波信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)激發(fā)出一種體聲波信號(hào)，該體聲波信號(hào)在自由基片表面上傳播時(shí)，其與表面波信號(hào)具有相同的傳播路徑。此時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)上使用的等叉指、雙換能器型聲表面波器件，體聲波信號(hào)則會(huì)被耦合到輸出換能器，并對(duì)聲表面波器件的響應(yīng)特性造成影響，引起聲表面波器件的頻譜特性曲線出現(xiàn)帶內(nèi)波紋過大及右邊帶出現(xiàn)高于聲表面波同步頻率的假響應(yīng)現(xiàn)象。同時(shí)，采用傳統(tǒng)上使用的等叉指、雙換能器型聲表面波器件，器件的頻譜特性曲線的第一旁瓣僅僅比主瓣的峰值低13.26dB，如果再綜合考慮信號(hào)反射、體聲波干擾、假響應(yīng)等問題，旁瓣與主瓣峰值的差值將遠(yuǎn)小于這個(gè)值，因此，在測(cè)量中旁瓣信號(hào)很難與主瓣信號(hào)分離出來，將產(chǎn)生很大干擾。
[0004]綜上，設(shè)計(jì)ー種周期性好、性能穩(wěn)定的聲表面波振蕩器是十分有必要的，且重點(diǎn)應(yīng)對(duì)其核心元件聲表面波器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，由于其中的聲表面波器件基于多條稱合器設(shè)計(jì)，使得該聲表面波振蕩器在體聲波和旁瓣抑制方面能力上較普通振蕩器得到提高，輸出振蕩信號(hào)具有了更好的周期性和穩(wěn)定性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:
[0007]—種基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，包括直流電源和直流干擾濾除電路，所述直流電源的輸出端連接直流干擾濾除電路，所述聲表面波振蕩器還包括共集電極放大電路和電容反饋式電路；所述直流干擾濾除電路與由共集電極放大電路和電容反饋式電路組成的并聯(lián)電路相串聯(lián)，所述電容反饋式電路由聲表面波器件和匹配電路串聯(lián)組成；共集電極放大電路的輸出端和匹配電路的輸出端連接；
[0008]所述直流電源用于提供穩(wěn)定、恒定的直流電流；直流電源抗干擾電路用于濾除直流電源中的存在的高次諧波、尖峰電壓及噪聲干擾信號(hào)；共集電極放大電路用于放大振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)；基于多條稱合器的聲表面波器件用于對(duì)通過聲表面波器件的振蕩信號(hào)的選頻；匹配電路與聲表面波器件構(gòu)成電容反饋式電路，用于使所述聲表面波振蕩器中的振蕩信號(hào)被反饋放大；當(dāng)直流電源開通后所述聲表面波振蕩器輸出振蕩波形。
[0009]優(yōu)選的,所述聲表面波產(chǎn)生器件包括在同一壓電基片材料上依次制作的輸入換能器、多條耦合器和輸出換能器，其中，多條耦合器的長度等于輸入換能器的最大聲孔徑與輸出換能器的最大聲孔徑長度之和；多條耦合器的上端與輸入換能器的最大聲孔徑上端對(duì)齊，且多條耦合器的下端與輸出換能器的最大聲孔徑下端對(duì)齊。
[0010]優(yōu)選的，所述輸入換能器和輸出換能器均采用變跡換能器。
[0011]優(yōu)選的，所述直流電源采用12V直流電源。
[0012]優(yōu)選的，所述直流干擾濾除電路由電容Cl、電容C2和電感LI組成；所述共集電極放大電路由晶體管放大器Q1，偏置電阻R1、偏置電阻R2和反饋電阻R3組成；所述電容反饋式電路由基于多條耦合器的聲表面波器件SAW、電容C3、電容C4和電感L2組成；其中:
[0013]所述直流電源的輸出端分別連接電容Cl的正極、電容C2和電感LI，電容Cl的、電容C2和電感LI三者并聯(lián)組成濾除直流干擾電路；電容Cl的負(fù)極和電容C2的輸出端與聲表面波器件SAW的輸入端S2相連，電感LI的另一端與聲表面波器件SAW的輸入端S1、電感L2以及電阻Rl分別相連；晶體管放大器Ql的基極、偏置電阻Rl的另一端和偏置電阻R2三者相連，Ql的集電極、電感L2的另一端和電容C4三者相連，Ql的發(fā)射極、反饋電阻R3和電容C3三者相連；SAW的輸出端S3與電容C3相連；偏置電阻R2的另一端、反饋電阻R3的另一端以及SAW的輸出端S4均接地。
[0014]優(yōu)選的，所述晶體管放大器Ql采用硅NPN C3355型高頻三極管放大器。
[0015]本發(fā)明的另ー個(gè)目的在于提供ー種聲表面波產(chǎn)生器件，其包括在同一壓電基片材料上依次制作的輸入換能器、多條耦合器和輸出換能器，其中，多條耦合器的長度等于輸入換能器的最大聲孔徑與輸出換能器的最大聲孔徑長度之和；多條耦合器的上端與輸入換能器的最大聲孔徑上端對(duì)齊，且多條耦合器的下端與輸出換能器的最大聲孔徑下端對(duì)齊。
[0016]優(yōu)選的，所述輸入換能器和輸出換能器均采用變跡換能器。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)如下:
[0018]第一，基于多條耦合器的聲表面波器件對(duì)體聲波的分離作用。這主要因?yàn)槎鄺l耦合器在對(duì)輸入換能器激發(fā)的混合聲波信號(hào)中的聲表面波信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)移的過程中，并不改變聲波信號(hào)中體聲波信號(hào)的傳播方向，可對(duì)其中的體聲波信號(hào)進(jìn)行分離。
[0019]第二，允許輸入換能器和輸出換能器同時(shí)加權(quán)。多條耦合器在進(jìn)行體聲波分離的同時(shí)，還有ー個(gè)重要的特性——避免了傳統(tǒng)雙換能器結(jié)構(gòu)中輸入和輸出不能同時(shí)采用變跡換能器的問題，由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中輸入換能器激勵(lì)的聲表面波振幅在波陣面上不相等，如果對(duì)輸出換能器再采用變跡換能器，則會(huì)出現(xiàn)輸入與輸出傳遞函數(shù)之積不成立的情況。而采用多條耦合器后的聲表面波器件則允許輸入換能器、輸出換能器同時(shí)采用變跡換能器，可提高聲表面波器件的旁瓣信號(hào)抑制能力，進(jìn)而提高聲表面波振蕩器的振蕩性能。因此，本發(fā)明中的振蕩器輸出的振蕩信號(hào)具有比傳統(tǒng)聲表面波振蕩器更好的周期性和穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的電路原理示意圖。[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中基于多條耦合器的聲表面波器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中器件的頻率響應(yīng)特性測(cè)試圖。
[0024]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中振蕩器輸出波形。
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明的基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，包括直流電源、直流干擾濾除電路、共集電極放大電路和電容反饋式電路，其中，所述直流電源的輸出端連接直流干擾濾除電路，直流干擾濾除電路與由共集電極放大電路和電容反饋式電路組成的并聯(lián)電路相串聯(lián)，所述電容反饋式電路由聲表面波器件和匹配電路串聯(lián)組成。共集電極放大電路的輸出端和匹配電路的輸出端連接，直流電源開通后本發(fā)明的振蕩器輸出振蕩波形。
[0027]直流電源用于提供穩(wěn)定、恒定的直流電流；直流電源抗干擾電路用于濾除直流電源中的存在的高次諧波、尖峰電壓及噪聲干擾信號(hào)；共集電極放大電路用于放大振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)；基于多條稱合器的聲表面波器件用于振蕩信號(hào)的選頻，即聲表面波器件內(nèi)_3dB帶通內(nèi)的信號(hào)可通過，-3dB帶通外的信號(hào)被濾除；匹配電路與聲表面波器件構(gòu)成電容反饋式電路，用于使振蕩器中的振蕩信號(hào)被反饋放大。
[0028]共集電極放大電路與基于多條耦合器的聲表面波器件和匹配電路組成的電容反饋式電路共同組成正反饋振蕩器。
[0029]如圖3所示，所述聲表面波產(chǎn)生器件包括在同一壓電基片材料上依次制作的輸入換能器1、多條I禹合器2和輸出換能器3,其中，多條f禹合器2的長度等于輸入換能器I的最大聲孔徑與輸出換能器3的最大聲孔徑長度之和；多條耦合器2的上端與輸入換能器I的最大聲孔徑上端對(duì)齊，且多條耦合器2的下端與輸出換能器3的最大聲孔徑下端對(duì)齊；所述輸入換能器I和輸出換能器3均為變跡換能器。
[0030]本發(fā)明的基于多條稱合器的聲表面振蕩器的工作原理如下:
[0031 ] 當(dāng)直流電源的直流電壓經(jīng)過直流電源抗干擾電路后，共集電極放大電路中的晶體管放大器中的電流將會(huì)由零突然増加，這種突變的電流中包含頻譜分量很寬的各種頻譜分量，當(dāng)這些頻譜信號(hào)通過由基于多條耦合器的聲表面波器件和匹配電路組成的選頻網(wǎng)絡(luò)(即電容式反饋電路)時(shí)，只有頻率在聲表面波器件聲同步頻率附近的信號(hào)能夠通過，而其他頻率信號(hào)被濾除。通過選頻網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)由工作在線性放大區(qū)的晶體管放大器組成的電容反饋式電路進(jìn)行放大，并經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)再次選頻后重復(fù)施加到晶體管放大器上，如此不斷反復(fù)循環(huán)被放大、選頻、反饋，并產(chǎn)生較大的輸出電壓。同時(shí)，隨著這種輸入振蕩信號(hào)電壓幅值的増加，晶體管放大器逐漸由放大區(qū)進(jìn)入截至區(qū)或飽和區(qū)，進(jìn)入非線性性狀態(tài)，系統(tǒng)輸出的振蕩波形的幅值增加會(huì)非常有限，并逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)后進(jìn)行等幅度振蕩。值得提到的是，本發(fā)明的波振蕩器中的起振過程實(shí)際上很短暫，在電源電壓施加的瞬間就會(huì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)輸出。
[0032]為了更好地說明本發(fā)明，發(fā)明人給出以下的實(shí)施例，需要說明的是，以下實(shí)施例僅僅是本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施的一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)，本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于該例。
[0033]實(shí)施例1
[0034]如圖2所示，遵循本發(fā)明的技術(shù)方案，本實(shí)施例的基于多條耦合器的聲表面波振蕩器的結(jié)構(gòu)如下:
[0035]聲表面波器件SAW的兩個(gè)輸入S1、S3分別指輸入換能器I的兩個(gè)電極，SAW的兩個(gè)輸出端S2和S4分別指輸出換能器3的兩個(gè)電扱。
[0036]直流電源采用12V直流電源。
[0037]直流干擾濾除電路由電容Cl、電容C2和電感LI組成。直流電源的輸出端分別連接電容Cl、電容C2和和電感LI ；電容C1=IO u F，電容C2=0.1uF,電感L1=SOOmH0
[0038]共集電極放大電路由晶體管放大器Q1，偏置電阻R1、偏置電阻R2和反饋電阻R3組成。晶體管放大器Ql采用硅NPN C3355型高頻三極管放大器，偏置電阻Ri=R2=75k Q，反饋電阻R3=IOO Q。
[0039]電容反饋式電路由基于多條耦合器的聲表面波器件SAW、電容C3、電容C4和電感L2 組成。電容 C3=C4=27pF，電感 L2=725nH。
[0040]直流電源的輸出端分別連接電容Cl的正極、電容C2和電感LI，電容Cl的、電容C2和電感LI三者并聯(lián)組成濾除直流干擾電路；電容Cl的負(fù)極和電容C2的輸出端與聲表面波器件SAW的輸入端S2相連，電感LI的另一端與聲表面波器件SAW的輸入端S1、電感L2以及電阻Rl分別相連；
[0041]晶體管放大器Ql的基極、偏置電阻Rl的另一端和偏置電阻R2三者相連，Ql的集電極、電感L2的另一端和電容C4三者相連，Ql的發(fā)射極、反饋電阻R3和電容C3三者相連；SAff的輸出端S3與電容C3相連；偏置電阻R2的另一端、反饋電阻R3的另一端以及SAW的輸出端S4均接地。
[0042]為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，發(fā)明人使用Agilent E5062A射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)基于多條耦合器的聲表面波器件SAW測(cè)試，得到如圖4所示的頻率響應(yīng)特性測(cè)試圖，與文獻(xiàn)(しaliendo し，Verardi P, Verona E, et a1.Advances in SAff-based gas sensors[J].SmartMaterials&Structures, 1997,6(6):689-699.)中所報(bào)道的傳統(tǒng)等叉指、雙換能器結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)特性相比較可知，本實(shí)施例中的基于多條耦合器的聲表面波器件的體聲波抑制能力較好，且旁瓣抑制高近40dB。
[0043]本實(shí)施例的基于多條I禹合器的聲表面波振蕩器的振蕩波形輸出如圖5所不,可以看出，本實(shí)施例的振蕩器不僅成功輸出了振蕩波形，且由于其核心器件聲表面波器件采用了具有多條耦合器的器件結(jié)構(gòu)，有效地分離了體聲波信號(hào)，且輸入換能器和輸出換能器均采用了變跡換能器，因此，提高了聲表面波器件對(duì)體聲波引起的假響應(yīng)信號(hào)及旁瓣的抑制能力，使振蕩器的振蕩信號(hào)具有了更好的周期性和穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，包括直流電源和直流干擾濾除電路，所述直流電源的輸出端連接直流干擾濾除電路，其特征在于，所述聲表面波振蕩器還包括共集電極放大電路和電容反饋式電路；所述直流干擾濾除電路與由共集電極放大電路和電容反饋式電路組成的并聯(lián)電路相串聯(lián)，所述電容反饋式電路由聲表面波器件和匹配電路串聯(lián)組成；共集電極放大電路的輸出端和匹配電路的輸出端連接； 所述直流電源用于提供穩(wěn)定、恒定的直流電流；直流電源抗干擾電路用于濾除直流電源中的存在的高次諧波、尖峰電壓及噪聲干擾信號(hào)；共集電極放大電路用于放大振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)；基于多條稱合器的聲表面波器件用于對(duì)通過聲表面波器件的振蕩信號(hào)的選頻；匹配電路與聲表面波器件構(gòu)成電容反饋式電路，用于使所述聲表面波振蕩器中的振蕩信號(hào)被反饋放大；當(dāng)直流電源開通后所述聲表面波振蕩器輸出振蕩波形。
2.如權(quán)利要求1所述的基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，其特征在于，所述聲表面波產(chǎn)生器件包括在同一壓電基片材料上依次制作的輸入換能器(I )、多條稱合器(2)和輸出換能器(3)，其中，多條耦合器(2)的長度等于輸入換能器(I)的最大聲孔徑與輸出換能器(3 )的最大聲孔徑長度之和；多條耦合器(2 )的上端與輸入換能器(I)的最大聲孔徑上端對(duì)齊，且多條耦合器(2)的下端與輸出換能器(3)的最大聲孔徑下端對(duì)齊。
3.如權(quán)利要求2所述的基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，其特征在干，所述輸入換能器(I)和輸出換能器(3)均采用變跡換能器。
4.如權(quán)利要求1所述的基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，其特征在于，所述直流電源采用12V直流電源。
5.如權(quán)利要求1所述的基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，其特征在于，所述直流干擾濾除電路由電容Cl、電容C2和電感LI組成；所述共集電極放大電路由晶體管放大器Ql，偏置電阻R1、偏置電阻R2和反饋電阻R3組成；所述電容反饋式電路由基于多條耦合器的聲表面波器件SAW、電容C3、電容C4和電感L2組成；其中: 所述直流電源的輸出端分別連接電容Cl的正極、電容C2和電感LI，電容Cl的、電容C2和電感LI三者并聯(lián)組成濾除直流干擾電路；電容Cl的負(fù)極和電容C2的輸出端與聲表面波器件SAW的輸入端S2相連，電感LI的另一端與聲表面波器件SAW的輸入端S1、電感L2以及電阻Rl分別相連；晶體管放大器Ql的基極、偏置電阻Rl的另一端和偏置電阻R2三者相連，Ql的集電極、電感L2的另一端和電容C4三者相連，Ql的發(fā)射極、反饋電阻R3和電容C3三者相連；SAW的輸出端S3與電容C3相連；偏置電阻R2的另一端、反饋電阻R3的另ー端以及SAW的輸出端S4均接地。
6.如權(quán)利要求5所述的基于多條耦合器的聲表面波振蕩器，其特征在干，所述晶體管放大器Ql采用硅NPN C3355型高頻三極管放大器。
7.—種聲表面波產(chǎn)生器件,其特征在于，包括在同一壓電基片材料上依次制作的輸入換能器(I)、多條耦合器(2)和輸出換能器(3)，其中，多條耦合器(2)的長度等于輸入換能器(I)的最大聲孔徑與輸出換能器(3 )的最大聲孔徑長度之和；多條耦合器(2 )的上端與輸入換能器(I)的最大聲孔徑上端對(duì)齊，且多條耦合器(2)的下端與輸出換能器(3)的最大聲孔徑下端對(duì)齊。
8.如權(quán)利要求7所述的聲表面波產(chǎn)生器件，其特征在于，所述輸入換能器(I)和輸出換能器(3)均采用變跡換能器。
【文檔編號(hào)】H03H9/25GK103457571SQ201310367507
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】文常保, 巨永鋒, 許宏科, 李演明, 溫立民, 全思, 于曉晨 申請(qǐng)人:長安大學(xué)