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433 मेगाहर्ट्ज आवृत्ति ऑफसेट पर एसएवी अनुनादक। सर्फ़ैक्टेंट फ़िल्टर (SAW)

जैसा कि पहले ही संकेत दिया गया है, एकल-इनपुट रेज़ोनेटर कई मायनों में वॉल्यूमेट्रिक कंपन प्रकारों का उपयोग करने वाले क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर के समान हैं। इसलिए, इन दो प्रकार के रेज़ोनेटर पर आधारित स्व-ऑसिलेटर के व्यावहारिक सर्किट काफी हद तक समान हैं। इन योजनाओं पर अध्याय में अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी। 4, लेकिन यहां हम केवल यह ध्यान देते हैं कि उन्हें तीन-टर्मिनल सक्रिय तत्वों का उपयोग करके बनाया जा सकता है, मुख्य रूप से ट्रांजिस्टर जैसे, या सक्रिय दो-टर्मिनल उपकरणों का उपयोग करके, जिनमें से सबसे विशिष्ट प्रतिनिधि एक सुरंग डायोड है। आइए विचार करें कि अध्याय में ऊपर प्रस्तुत सामग्री कैसी है। 2 को एकल-इनपुट SAW रेज़ोनेटर के साथ स्व-ऑसिलेटर पर लागू किया जा सकता है।

आइए एक उदाहरण के रूप में चित्र में स्व-ऑसिलेटर सर्किट पर विचार करें। 2.16. SAW रेज़ोनेटर कलेक्टर और ट्रांजिस्टर के आधार के बीच जुड़ा हुआ है। यह स्पष्ट है कि ऐसे सर्किट में अनुनादक केवल आवृत्ति रेंज में काम कर सकता है जहां इसकी इनपुट प्रतिबाधा प्रकृति में आगमनात्मक होती है, अर्थात, श्रृंखला की आवृत्तियों और समानांतर अनुनादों के बीच के क्षेत्र में। आइए चित्र में चित्र की कल्पना करें। 2.16 चित्र के रूप में। 2.17, यानी चित्र में सेल्फ-ऑसिलेटर सर्किट के समान एक सर्किट के रूप में। 2.1. यदि सभी सूत्रों में § 2.1-2.6 हम फीडबैक सर्किट चित्र के वाई-पैरामीटर को प्रतिस्थापित करते हैं। 2.17, तो हम एकल-इनपुट अनुनादक (छवि) के साथ एक स्व-थरथरानवाला के लिए संक्षिप्त समीकरण प्राप्त करते हैं। 2.16 फॉर्म में (2.20)। आइए एक रैखिक अनुनाद प्रणाली ω k और नियंत्रण प्रतिरोध R की प्राकृतिक आवृत्तियों को खोजने की प्रक्रिया पर अधिक विस्तार से विचार करें।

चित्र में सर्किट के लिए फीडबैक सर्किट। 2.17 को वाई-पैरामीटर के निम्नलिखित मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया गया है [(2.2 के समान)]:

जहां Yp एकल-इनपुट SAW अनुनादक की इनपुट चालकता है।

फिर, (2.8) के समान, हम निम्नलिखित विशेषता समीकरण प्राप्त करते हैं, जिससे ω k और α * k निर्धारित करना संभव होगा:

जहां z p, SAW रेज़ोनेटर का इनपुट प्रतिरोध है, जो z p = 1/Y p के बराबर है।

गणितीय गणनाओं को सरल बनाने के लिए समीकरण (2.65) और (2.66) इस धारणा के तहत प्राप्त किए गए थे कि एई की इनपुट और आउटपुट रैखिक चालकता शून्य के बराबर है। सामान्य तौर पर, यदि ये चालकताएं प्रतिक्रियाशील हैं, तो उन्हें औपचारिक रूप से कैपेसिटेंस सी 1 और सी 2 के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। यदि वे अनिवार्य रूप से प्रकृति में प्रतिरोधी हैं, तो समीकरण (2.65) और (2.66) अधिक जटिल हो जाएंगे।

(2.65) और (2.66) से यह स्पष्ट है कि यदि एई जड़त्वहीन है, यानी φ = 0, तो (2.65) से हमारे पास है

नतीजतन, स्व-थरथरानवाला ω k की रैखिक प्रणाली की गुंजयमान आवृत्ति वह होगी जिस पर सर्फैक्टेंट अनुनादक के इनपुट प्रतिरोध का प्रतिक्रियाशील घटक श्रृंखला से जुड़े कैपेसिटर सी 1 की श्रृंखला के प्रतिरोध के बराबर होगा और C 2 इसके इनपुट से जुड़ा है।

§ 1.9 से सामग्री का उपयोग करके, (2.67) या (2.65) से ω k का मान प्राप्त करना आसान है। मामले φ = 0 के लिए, चित्रमय समाधान (2.67) चित्र में प्रस्तुत किया गया है। 2.18. सामान्य स्थिति में, हमें प्राकृतिक आवृत्ति ω k के दो मान प्राप्त होते हैं: ω" k और ω" k।

यदि आवृत्ति ω k निर्धारित है, तो (2.66) से हम R निर्धारित कर सकते हैं। चित्र में। चित्र 2.19 R की ग्राफिकल परिभाषा दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि आवृत्ति ω" k, आवृत्ति ω" k की तुलना में नियंत्रण प्रतिरोध R के अधिक मान से मेल खाती है। यह बताता है कि सिस्टम, एई इनपुट करंट के गैर-रेखीय घटक की अनुपस्थिति में, आमतौर पर उस आवृत्ति के पास संचालित होता है जो आर के बड़े मूल्य से मेल खाती है।

तीन-पोल एई पर सेल्फ-ऑसिलेटर के लिए एकल-इनपुट SAW रेज़ोनेटर पर स्विच करने के लिए अन्य सभी सर्किटों के लिए, यह चित्र में सेल्फ-ऑसिलेटर के समान ही संभव है। 2.16, संक्षिप्त समीकरण प्राप्त करें (2.20)। विभिन्न स्विचिंग योजनाओं के लिए वे केवल समीकरणों के गुणांकों में भिन्न होंगे।

आइए दो-पोल सक्रिय तत्व पर एकल-इनपुट SAW अनुनादक के साथ एक स्व-थरथरानवाला पर विचार करें। ऐसे सेल्फ-ऑसिलेटर का सबसे सरल आरेख चित्र में दिखाया गया है। 2.20.

चूँकि SAW रेज़ोनेटर की इनपुट चालकता की आवृत्ति निर्भरता, जैसा कि पहले ही संकेत दिया गया है, काफी जटिल है, सादगी के लिए आगे का विचार (पहले की तरह) इस धारणा के तहत किया जाएगा कि स्व-उत्तेजना मार्जिन छोटा है, अर्थात आवृत्ति बैंड संभावित स्व-दोलन की दर पासबैंड SAW अनुनादक की तुलना में काफी कम है। आइए हम एई के रैखिक भाग को स्व-ऑसीलेटर की रैखिक अनुनाद प्रणाली में श्रेय दें, और इसके वर्तमान के गैर-रेखीय घटक को वर्तमान स्रोत i(u) के रूप में प्रदर्शित करें। फिर विचाराधीन स्व-थरथरानवाला के समतुल्य सर्किट को चित्र के रूप में दर्शाया जा सकता है। 2.21. इस मामले में, निम्नलिखित समानता सत्य है।

सतह ध्वनिक तरंगों के उपयोग के लिए धन्यवाद, इस प्रकार के फिल्टर की आवृत्ति रेंज उच्च आवृत्तियों तक विस्तारित होती है और कई गीगाहर्ट्ज़ के मूल्यों तक पहुंच सकती है। सतह तरंग फिल्टर को लागू करने के लिए, क्वार्ट्ज प्लेट के समान पीज़ोइलेक्ट्रिक्स का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, ब्रॉडबैंड फ़िल्टर बनाने के लिए क्वार्ट्ज का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है। आमतौर पर बेरियम टाइटेनेट या लिथियम नाइओबेट का उपयोग किया जाता है।

क्वार्ट्ज या पीजोसेरेमिक फिल्टर से SAW फिल्टर के संचालन में अंतर यह है कि इसमें पीजोइलेक्ट्रिक के वॉल्यूमेट्रिक कंपन का उपयोग नहीं किया जाता है, बल्कि सतह पर फैलने वाली एक तरंग होती है। शरीर की तरंगों की घटना से बचने के लिए जो आवृत्ति प्रतिक्रिया को विकृत कर सकती हैं, विशेष डिजाइन उपाय किए जाते हैं।

रैखिक चरण प्रतिक्रिया के साथ SAW फ़िल्टर

पीज़ोइलेक्ट्रिक प्लेट की सतह पर सतह तरंग का उत्तेजना आमतौर पर λ/2 की दूरी पर इसकी सतह पर जमा दो धातु पट्टियों का उपयोग करके किया जाता है। कनवर्टर की दक्षता बढ़ाने के लिए स्ट्रिप्स की संख्या बढ़ा दी जाती है। चित्र 1 सतह ध्वनिक तरंग फ़िल्टर का सरलीकृत डिज़ाइन दिखाता है।

चित्र 1. सर्फ़ेक्टेंट फ़िल्टर का सरलीकृत डिज़ाइन

यह आंकड़ा दिखाता है कि एक सतह तरंग कैसे फैलती है और इनपुट के समान ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके फिर से विद्युत कंपन में परिवर्तित हो जाती है। कृपया ध्यान दें कि पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट के सिरों पर ध्वनिक तरंगों के अवशोषक होते हैं, जो उनके प्रतिबिंब को खत्म कर देते हैं। तथ्य यह है कि तरंग दो दिशाओं में फैलती है इसका मतलब है कि इसकी ऊर्जा समान रूप से विभाजित होती है और इसका आधा हिस्सा अवशोषक द्वारा अवशोषित होता है। परिणामस्वरूप, वर्णित डिवाइस का नुकसान 3 डीबी से कम नहीं हो सकता। एक और मूलभूत सीमा यह है कि कुछ सर्फेक्टेंट ऊर्जा प्राप्तकर्ता कनवर्टर के आउटपुट पर रहनी चाहिए। अन्यथा, निर्दिष्ट आयाम-आवृत्ति प्रतिक्रिया का एहसास करना संभव नहीं होगा। परिणामस्वरूप, सतह तरंगों पर इस प्रकार के फिल्टर के लिए पासबैंड में हानि 15 ... 25 डीबी तक पहुंच जाती है

उनका संचालन सिद्धांत डिजिटल एफआईआर फिल्टर के समान है। आउटपुट पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर में धातु स्ट्रिप्स की लंबाई के कारण आवेग प्रतिक्रिया का एहसास होता है। गणना करते समय, एक आदर्श (आयताकार) आयाम-आवृत्ति प्रतिक्रिया का चयन किया जाता है। बैंडपास फ़िल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया के लिए आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करने का एक उदाहरण चित्र 2 में दिखाया गया है।

चित्र 2. फ़िल्टर की आदर्शीकृत आवृत्ति प्रतिक्रिया का आकार

फिर, आवेग प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए, आदर्श आवृत्ति प्रतिक्रिया से फूरियर रूपांतरण किया जाता है। इसकी लंबाई कम करने के लिए, और, परिणामस्वरूप, प्राप्तकर्ता कनवर्टर में धातु स्ट्रिप्स की संख्या, कम ऊर्जा वाले गुणांक को हटा दिया जाता है। ऐसी आवेग प्रतिक्रिया का एक उदाहरण चित्र 3 में दिखाया गया है।

चित्र 3. SAW फ़िल्टर की असतत आवेग प्रतिक्रिया का आकार

हालाँकि, जब कुछ गुणांकों को हटा दिया जाता है, तो आयाम-आवृत्ति विशेषता का आकार विकृत हो जाता है। स्टॉपबैंड में, अवांछित आवृत्ति घटकों के कम दमन गुणांक वाले क्षेत्र दिखाई देते हैं।

इन प्रभावों को कम करने के लिए, परिणामी आवेग प्रतिक्रिया को हैमिंग या ब्लैकमैन-हैरिस टाइम विंडो से गुणा किया जाता है। प्रत्येक गुणांक को विद्युत संकेत में ध्वनिक तरंग के प्राप्तकर्ता कनवर्टर में इलेक्ट्रोड की अपनी जोड़ी द्वारा दर्शाया जाएगा।

ब्लैकमैन-हैरिस विंडो के साथ इसकी आवेग प्रतिक्रिया को संसाधित करने के बाद फ़िल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया के आकार का एक उदाहरण चित्र 4 में दिखाया गया है। वही चित्र सतह ध्वनिक तरंगों पर फ़िल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया को दर्शाता है, अशुद्धि को ध्यान में रखते हुए ट्रांसड्यूसर की धातु पट्टियों की लंबाई का निर्माण।

चित्र 4. निर्माण संबंधी अशुद्धियों को ध्यान में रखे बिना ब्लैकमैन-हैरिस विंडो का उपयोग करके SAW फ़िल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया

इस प्रकार के SAW फ़िल्टर का निस्संदेह लाभ आयाम-आवृत्ति प्रतिक्रिया का उत्कृष्ट आकार है। एक अन्य लाभ उनकी रैखिक चरण विशेषता है, जो डिजिटल प्रकार के मॉड्यूलेशन का उपयोग करके उपकरण बनाते समय महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है।

हालाँकि, एक महत्वपूर्ण कमी पासबैंड की केंद्र आवृत्ति पर महत्वपूर्ण प्रविष्टि हानि है। यह मोबाइल रेडियो संचार प्रणालियों और सेल फोन के अत्यधिक संवेदनशील रिसीवरों के पहले चरण में इस प्रकार के बैंडपास फिल्टर के उपयोग की अनुमति नहीं देता है। इसी कारण से, रेडियो ट्रांसमीटरों के आउटपुट चरणों में इन फिल्टर का उपयोग करना अवांछनीय है (फिल्टर पर आउटपुट दोलन शक्ति के एक महत्वपूर्ण हिस्से की रिहाई इसके विनाश की ओर ले जाती है)।

कम नुकसान के साथ SAW फ़िल्टर

कम नुकसान वाली सतह ध्वनिक तरंगों पर आधारित फिल्टर के निर्माण का आधार SAW अनुनादक हैं। इन अनुनादकों का संचालन सिद्धांत परावर्तक झंझरी द्वारा सतह ध्वनिक तरंग के प्रतिबिंब पर आधारित है। संचालन पट्टियों (या पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट में खांचे) के बीच की दूरी तरंग दैर्ध्य के आधे के बराबर होती है। परावर्तकों के बीच की दूरी को अनुनादक ट्यूनिंग आवृत्ति पर ध्वनिक तरंग दैर्ध्य के गुणक के रूप में चुना जाता है। परिणामस्वरूप, परावर्तकों के बीच एक स्थायी तरंग दिखाई देती है। इस प्रकार के SAW रेज़ोनेटर का डिज़ाइन चित्र 5 में दिखाया गया है।

चित्र 5. सतह ध्वनिक तरंग अनुनादक (SAW अनुनादक) का डिज़ाइन

ऐसे SAW अनुनादक की सतह के एक भाग की तस्वीर चित्र 6 में दिखाई गई है। इस चित्र में, सतह के एक भाग को एक बिंदीदार रेखा से हाइलाइट किया गया है और पास में एक विस्तृत दृश्य में दिखाया गया है। स्पष्टता के लिए, आयाम फोटो में दिखाए गए हैं।

चित्र 6. SAW अनुनादक की सतह के एक भाग का फोटोग्राफ

एक विकल्प के रूप में, SAW अनुनादक को सतह ध्वनिक तरंगों के लंबे उत्सर्जक पर बनाया जा सकता है। इस मामले में, तरंग उत्सर्जक के दूर के तत्वों से परावर्तित होती है। एक समान डिज़ाइन चित्र 7 में दिखाया गया है।

चित्र 7. SAW अनुनादक का दूसरा संस्करण

एक SAW रेज़ोनेटर अपनी विशेषताओं में पारंपरिक क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर से अलग नहीं है, जो वॉल्यूमेट्रिक ध्वनिक तरंगों का उपयोग करता है। इसका विद्युत परिपथ एक श्रृंखला गुंजयमान परिपथ से मेल खाता है। विशेषताओं की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, उन्हें क्वार्ट्ज प्लेटों पर निर्मित किया जाता है। इस सर्किट का विशिष्ट गुणवत्ता कारक 12000 है। सतह ध्वनिक तरंग अनुनादक का समतुल्य सर्किट चित्र 8 में दिखाया गया है।

चित्र 8. सतह ध्वनिक तरंग गुंजयमान यंत्र का समतुल्य सर्किट

SAW रेज़ोनेटर का उपयोग करके, पारंपरिक फ़िल्टर के समान फ़िल्टर लागू किए जाते हैं। नैरोबैंड बैंडपास फ़िल्टर आमतौर पर इस सिद्धांत का उपयोग करके कार्यान्वित किए जाते हैं। उनका संचालन सिद्धांत प्रसिद्ध और चेबीशेव पर आधारित है। पासबैंड में नुकसान अनुनादकों के गुणवत्ता कारक द्वारा निर्धारित किया जाता है और 2 ... 3 डीबी हो सकता है, जो रिसीवर के इनपुट चरणों और ट्रांसमीटरों के आउटपुट चरणों में इस प्रकार के SAW फिल्टर के उपयोग की अनुमति देता है।

एक सतह तरंग गुंजयमान यंत्र दो कनवर्टर्स के साथ बनाया जा सकता है, जिसका डिज़ाइन चित्र 9 में दिखाया गया है। दो कनवर्टर्स का उपयोग फ़िल्टर के इनपुट और आउटपुट को गैल्वेनिक रूप से अलग करने की अनुमति देता है।

चित्र 9. दो पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के साथ एक अनुनादक का डिज़ाइन

इस अनुनादक में, परावर्तक धातु की शॉर्ट-सर्किट स्ट्रिप्स के रूप में नहीं, बल्कि पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री में खांचे के रूप में बनाए जाते हैं। खांचे धातु की शॉर्ट-सर्किट पट्टियों की तरह ही प्रतिबिंब का कारण बनते हैं। इस अनुनादक का समतुल्य सर्किट चित्र 10 में दिखाया गया है। ऐसा सर्किट समाधान डिवाइस के इनपुट और आउटपुट को गैल्वेनिक रूप से अलग करने की अनुमति देता है।

चित्र 10. दो पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के साथ एक अनुनादक का समतुल्य सर्किट

एक पीज़ोइलेक्ट्रिक प्लेट पर कई रेज़ोनेटर लागू किए जा सकते हैं। इन्हें विद्युत या ध्वनिक संचार के माध्यम से एक दूसरे से जोड़ा जा सकता है। ध्वनिक रूप से जुड़े दो अनुनादकों के साथ एक सतह तरंग फ़िल्टर का डिज़ाइन चित्र 11 में दिखाया गया है।

चित्र 11. दो अनुनादकों के साथ एक सतह तरंग फ़िल्टर का डिज़ाइन

इस फिल्टर का समतुल्य सर्किट चित्र 12 में दिखाया गया है। इसमें, SAW अनुनादक दो ध्रुव बनाते हैं, जैसे बैंडपास या दूसरे क्रम के बटरवर्थ में।

चित्र 12. दो अनुनादकों के साथ सतह तरंग फिल्टर का समतुल्य सर्किट

ऐसे फ़िल्टर द्वारा कार्यान्वित विशिष्ट आयाम-आवृत्ति प्रतिक्रिया चित्र 13 में दिखाई गई है।

चित्र 13. दो अनुनादकों के साथ एक फिल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया

माना गया डिज़ाइन क्वार्ट्ज़ ट्विन के बराबर है। दो लोगों के बीच संचार के लिए, आमतौर पर एक युग्मन संधारित्र का उपयोग किया जाता है। सतह तरंग फ़िल्टर का एक समान डिज़ाइन चित्र 14 में दिखाया गया है।

चित्र 14. चार-गुहा SAW फ़िल्टर

फ़िल्टर का समतुल्य विद्युत परिपथ, जिसका डिज़ाइन चित्र 14 में दिखाया गया है, चित्र 15 में दिखाया गया है।

चित्र 15. चार-गुहा SAW फ़िल्टर का समतुल्य सर्किट

चित्र 16 में एक खुले ढक्कन वाले सर्फेक्टेंट फिल्टर की तस्वीर दिखाई गई है। आकार की तुलना के लिए पास में एक दस-कोपेक का सिक्का रखा हुआ है।

चित्र 16. SAW फ़िल्टर की उपस्थिति

कम नुकसान वाली सतह तरंगों पर आधारित एक अन्य प्रकार का बैंडपास फिल्टर सीढ़ी योजना का उपयोग करके बनाया गया है। तीन अनुनादकों के साथ यू-आकार के सीढ़ी फिल्टर का योजनाबद्ध आरेख चित्र 15 में दिखाया गया है।

चित्र 15. SAW अनुनादकों पर आधारित सीढ़ी फिल्टर की योजना

इस फ़िल्टर का समतुल्य सर्किट चित्र 16 में दिखाया गया है।

चित्र 16. SAW अनुनादकों पर आधारित सीढ़ी फिल्टर का समतुल्य सर्किट

सीढ़ी फ़िल्टर में SAW रेज़ोनेटर की एक विशिष्ट व्यवस्था चित्र 17 में दिखाई गई है।

चित्र 17. SAW रेज़ोनेटर पर आधारित सीढ़ी फ़िल्टर का डिज़ाइन

खुले शीर्ष कवर के साथ सतह तरंग सीढ़ी फ़िल्टर की उपस्थिति चित्र 18 में दिखाई गई है।

चित्र 18. सीढ़ी SAW फ़िल्टर और उसके केंद्रीय अनुनादक का बाहरी दृश्य

सतह ध्वनिक तरंग फ़िल्टर का सबसे प्रसिद्ध घरेलू निर्माता AEK LLC है (उदाहरण के लिए, फ़िल्टर A177-44.925M1)। इसके इनपुट और आउटपुट प्रतिरोध को 50 ओम के मानक मान पर लाने के लिए, निर्माता एक प्रतिरोध फ़िल्टर-ट्रांसफार्मर समाधान का उपयोग करने की अनुशंसा करता है जो पहले से ही हमें अच्छी तरह से ज्ञात है। और चूंकि यह एक कम-पास फ़िल्टर है, यह एक साथ उच्च-आवृत्ति क्षेत्र में अपूर्ण आयाम-आवृत्ति विशेषताओं की समस्याओं को समाप्त कर देगा, जो ट्रिपल इको प्रभाव या शरीर तरंग के प्रभाव के कारण हो सकता है।

चित्र 19. 50 ओम के मानक प्रतिरोध मान के साथ SAW फ़िल्टर मिलान सर्किट

विदेशी कंपनी ईपीसीओएस द्वारा उत्पादित फिल्टर में आवास के अंदर सभी मिलान सर्किट होते हैं, इसलिए यह सिग्नल स्रोत प्रतिरोध और 50 ओम का लोड प्रतिरोध प्रदान करने के लिए पर्याप्त है, और हमें वांछित आवृत्ति प्रतिक्रिया मिलेगी।

एकल-इनपुट गुंजयमान यंत्र। SAW रेज़ोनेटर का व्यापक रूप से अत्यधिक स्थिर ऑसिलेटर, बैंडपास फ़िल्टर और भौतिक मात्रा के सेंसर में उपयोग किया जाता है। सिंगल-इनपुट SAW रेज़ोनेटर का डिज़ाइन चित्र में दिखाया गया है। 1.12. इसमें पीज़ोइलेक्ट्रिक माध्यम की सतह पर स्थित एक इंटरडिजिटेटेड ट्रांसड्यूसर शामिल है, जिसके दाईं और बाईं ओर परावर्तक संरचनाएं स्थित हैं। SAW रेज़ोनेटर के लिए मुख्य पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री अत्यधिक स्थिर क्वार्ट्ज स्लाइस है। हालाँकि, जब रेज़ोनेटर का उपयोग SAW फ़िल्टर में किया जाता है, तो अन्य पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है, जैसे लिथियम नाइओबेट और लिथियम टैंटलेट।

आईडीटी द्वारा उत्तेजित और परावर्तक संरचनाओं द्वारा परावर्तित आंशिक सतह तरंगों की चरणबद्ध प्रकृति के कारण, संरचना के नीचे सब्सट्रेट में परावर्तक संरचना (आरएस) की अवधि के दोगुने के बराबर अवधि वाली एक स्थायी तरंग बनती है। परावर्तित तरंगों के लिए चरण मिलान की स्थितियाँ केवल f0 ≈VPAW /(2p) के निकट एक संकीर्ण आवृत्ति बैंड में संतुष्ट होती हैं। समान आवृत्ति बैंड में, अनुनादक की इनपुट चालकता में तेज बदलाव होता है और, परिणामस्वरूप, डिवाइस के बिखरने वाले मैट्रिक्स के पैरामीटर S11() में (चित्र 1.13)। स्कैटरिंग मैट्रिक्स गुणांक जटिल मात्राएं हैं और निष्क्रिय मल्टीपोर्ट नेटवर्क के गुणों का वर्णन करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। पैरामीटर S11() में भार से आपतित उच्च-आवृत्ति वोल्टेज तरंग के प्रतिबिंब गुणांक का अर्थ है, जो अनुनादक है। पूर्ण मिलान के साथ, कोई परावर्तित तरंग नहीं होती है, और आपूर्ति की गई सभी विद्युत शक्ति अनुनादक में अवशोषित हो जाती है। इस मामले में, सापेक्ष इकाइयों में S11 0 (डेसीबल S11 →−∞ में)।

चावल। 1.12. सिंगल-इनपुट रेज़ोनेटर टोपोलॉजी

चावल। 1.13. सिंगल-इनपुट रेज़ोनेटर मॉड्यूल S11()

सिंगल-इनपुट SAW रेज़ोनेटर का व्यापक रूप से दबाव या टॉर्क जैसे सेंसर के रूप में उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, एकल-इनपुट SAW रेज़ोनेटर का उपयोग 100 मेगाहर्ट्ज से 1 गीगाहर्ट्ज तक की आवृत्ति रेंज में अत्यधिक स्थिर ऑसिलेटर में किया जाता है। एकल-इनपुट रेज़ोनेटर का एक अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग यह है कि वे कम-नुकसान SAW प्रतिबाधा फ़िल्टर का मुख्य तत्व हैं, जिनमें मोबाइल फोन में उपयोग किए जाने वाले फ़िल्टर भी शामिल हैं।

दो-इनपुट गुंजयमान यंत्र।दो-इनपुट SAW रेज़ोनेटर का डिज़ाइन चित्र में दिखाया गया है। 1.14. दो-इनपुट रेज़ोनेटर में एक ध्वनिक चैनल में ध्वनि पाइप की सतह पर स्थित दो इंटरडिजिटेड ट्रांसड्यूसर शामिल होते हैं। परावर्तक संरचनाएं ट्रांसड्यूसर के दाईं और बाईं ओर स्थित हैं। आईडीटी और ओएस में इलेक्ट्रोड की अवधि, दो आईडीटी के बीच की दूरी, साथ ही आईडीटी और ओएस के बीच की दूरी का चयन किया जाता है ताकि ट्रांसड्यूसर द्वारा उत्तेजित और ओएस द्वारा प्रतिबिंबित आंशिक सतह ध्वनिक तरंगें चरण में हों। दो-इनपुट रेज़ोनेटर की आयाम-आवृत्ति प्रतिक्रिया का रूप एक संकीर्ण-बैंड फ़िल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया के समान होता है (चित्र 1.15)। अनुनादक की एक महत्वपूर्ण विशेषता उसका गुणवत्ता कारक है, जिसका अनुमान अनुमानित संबंध से लगाया जा सकता है

क्यू ≈f0 /f3, (1.9)

जहां f3 -3 डी के स्तर पर अनुनादक का आवृत्ति बैंड है।

चावल। 1.14. दो-इनपुट SAW अनुनादक की टोपोलॉजी

चावल। 1.15. दो-इनपुट SAW अनुनादक की आवृत्ति प्रतिक्रिया

जनरेटर के हिस्से के रूप में एक गुंजयमान यंत्र का उपयोग करने के मामले में, गुणवत्ता कारक चरण शोर के वर्णक्रमीय घनत्व और दोलन आवृत्ति की स्थिरता जैसे जनरेटर की ऐसी महत्वपूर्ण विशेषताओं को निर्धारित करता है। SAW रेज़ोनेटर का व्यापक रूप से 2.5 गीगाहर्ट्ज तक की आवृत्ति रेंज में अत्यधिक स्थिर ऑसिलेटर बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।

सतह ध्वनिक तरंगों पर आधारित अनुनादक (SAW)

पीजोइलेक्ट्रिक तत्व गुंजयमान यंत्र ध्वनिक ट्रांसड्यूसर

संरचनात्मक रूप से, SAW रेज़ोनेटर पीज़ोक्रिस्टलाइन सामग्री से बना एक सब्सट्रेट है, जिसकी सतह पर कंघी प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड स्थित होते हैं। उन्हें इंटरडिजिटेटेड ट्रांसड्यूसर (आईडीटी) कहा जाता है और विद्युत ऊर्जा को ध्वनिक ऊर्जा में और इसके विपरीत परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इनपुट आईडीटी इनपुट सिग्नल को एक विद्युत क्षेत्र में परिवर्तित करता है जो स्थान और समय में भिन्न होता है, जो व्युत्क्रम पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण, उपइलेक्ट्रोड क्षेत्र में लोचदार विरूपण का कारण बनता है, जो आउटपुट आईडीटी में सतह ध्वनिक तरंगों के रूप में फैलता है, जहां तरंगें वापस विद्युत वोल्टेज में परिवर्तित हो जाती हैं।

सबसे अधिक उपयोग एकल-चरण और दो-चरण इंटरडिजिटल कनवर्टर्स का होता है। एक एकल-चरण कनवर्टर (चित्र 2.7, ए) एक पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट 2 है जिसकी कामकाजी सतह पर धातु इलेक्ट्रोड 1 का एक कंघी लगाया जाता है, और रिवर्स साइड पर एक ठोस इलेक्ट्रोड 3 लगाया जाता है। एक दो-चरण कनवर्टर (चित्र 2.7, बी) पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट की सतह पर इलेक्ट्रोड के दो कंघे होते हैं: 1 और 3।

व्युत्क्रम पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव से उत्तेजित होकर, दो सतह तरंगें विपरीत दिशाओं में फैलती हैं। इन तरंगों को जोड़कर कुल तरंग प्राप्त की जाती है। एक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री का लोचदार विरूपण जब आवृत्ति एफ का एक वैकल्पिक वोल्टेज आईडीटी पर लागू होता है तो उसी आवृत्ति के एक सर्फैक्टेंट को उत्तेजित करता है यदि आईडीटी जाली एल की स्थानिक अवधि माध्यम एलसी में सर्फैक्टेंट की लंबाई के बराबर होती है। दो-चरण कनवर्टर का संचालन स्थिति एल = एलसी / 2 से मेल खाता है। आमतौर पर, आईडीटी इलेक्ट्रोड की चौड़ाई उनके बीच की दूरी के बराबर होती है और सर्फेक्टेंट संरचना की पिच होती है, जो एक चौथाई के बराबर होती है सर्फेक्टेंट की तरंग दैर्ध्य। ध्वनि पाइपलाइन का स्थानीय विरूपण, जो आसन्न पिनों की एक जोड़ी के नीचे उत्पन्न हुआ है, अगले अंतराल तक एलसी / 2 की दूरी तय करने के बाद, उस समय वहां दिखाई देता है जब बाहरी वोल्टेज की अगली आधी लहर अपनी अधिकतम तक पहुंच जाती है और बनती है वहां एक नई विकृति, आने वाली विकृति के चरण में। जब एक सर्फेक्टेंट ध्वनि पाइपलाइन के साथ फैलता है, तो यह प्रक्रिया कई बार दोहराई जाती है, और परिणामस्वरूप, आईडीटी के अंत तक, सर्फेक्टेंट का आयाम, धीरे-धीरे बढ़ते हुए, अधिकतम तक पहुंच जाएगा। पिनों के जितने अधिक जोड़े, आवृत्ति f0=V/lc के SAW वोल्टेज का आयाम उतना ही अधिक होगा और SAW जिनकी आवृत्तियाँ f0 से भिन्न होती हैं, उतनी ही अधिक मजबूती से दब जाती हैं (इस मामले में, SAW आंदोलन की समकालिकता और में परिवर्तन) पिनों के बीच विद्युत क्षेत्र बाधित है)। इससे IDT बैंडविड्थ में कमी आती है। पिन N के जोड़े की संख्या और बैंडविड्थ?f संबंध?f=f0/N से संबंधित हैं। LC सर्किट Q=f0/?f के गुणवत्ता कारक के लिए अभिव्यक्ति के साथ इसकी तुलना करने पर, हमें पता चलता है कि की संख्या पिन के जोड़े आईडीटी के गुणवत्ता कारक के मूल्य से मेल खाते हैं (क्यू=एन)। इस प्रकार, आईडीटी की आवृत्ति-चयनात्मक गुण पिन एच की पिच और उनके जोड़े की संख्या से निर्धारित होते हैं।

वह आवृत्ति जिस पर उच्च-आवृत्ति कंपनों का सर्फेक्टेंट में रूपांतरण सबसे प्रभावी होता है, ध्वनिक तुल्यकालन आवृत्ति कहलाती है। जब इनपुट दोलन आवृत्ति इससे विचलित हो जाती है, तो रूपांतरण दक्षता उतनी ही अधिक गिरती है, पिनों के बीच की दूरी उतनी ही अधिक होती है और इनपुट दोलन आवृत्ति ध्वनिक तुल्यकालन आवृत्ति से उतनी ही अधिक होती है। यह कारक SAW डिवाइस की आवृत्ति गुणों को निर्धारित करता है।

मौजूदा तकनीक के साथ, 1 माइक्रोन से कम की पिच प्राप्त करना मुश्किल है। यह चरण लगभग 2 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति से मेल खाता है। निचली ऑपरेटिंग आवृत्ति ध्वनि लाइन की व्यवहार्य लंबाई से निर्धारित होती है और 10 मेगाहर्ट्ज के आसपास चुनी जाती है।

SAW रेज़ोनेटर सिंगल-इनपुट या डबल-इनपुट हो सकते हैं। एकल-इनपुट रेज़ोनेटर में, ऊर्जा इनपुट और आउटपुट के कार्य एक दो-चरण आईडीटी (छवि 2.9, ए) द्वारा किए जाते हैं, दो-इनपुट रेज़ोनेटर (छवि 2.9, बी) में, एक आईडीटी पीढ़ी प्रदान करता है, दूसरा - ध्वनिक तरंगों का स्वागत और उन्हें विद्युत संकेत में परिवर्तित करना।

एकल-इनपुट SAW रेज़ोनेटर को बड़ी संख्या में इलेक्ट्रोड के साथ विस्तारित IDT के रूप में कार्यान्वित किया जाता है। इस मामले में, ध्वनिक तुल्यकालन आवृत्ति f0 पर एक अनुक्रमिक अनुनाद या आवृत्ति fpar = f0(1 + f/N) पर एक समानांतर अनुनाद होता है। SAW अनुनादकों की आवृत्ति गुण मुख्य रूप से परावर्तकों 4 के प्रतिबिंब गुणांक की आवृत्ति निर्भरता से निर्धारित होते हैं, जबकि आईडीटी गुंजयमान गुहा के साथ संचार के तत्व हैं।

नुकसान को कम करने के लिए, "स्प्लिट" इलेक्ट्रोड वाले बहु-तत्व आईडीटी, कम इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक वाले सब्सट्रेट और उच्च प्रतिबिंब गुणांक वाले वितरित रिफ्लेक्टर का उपयोग किया जाता है।

SAW रेज़ोनेटर, तापमान अस्थिरता की आवश्यकताओं के आधार पर, किसी भी पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है। अक्सर, एसटी कट क्वार्ट्ज का उपयोग विनिर्माण में किया जाता है, क्योंकि यह सबसे अधिक तापमान स्थिर होता है।

जब एक SAW रेज़ोनेटर एक विद्युत सर्किट से जुड़ा होता है, तो लोड प्रतिरोध के साथ श्रृंखला में एक अधिष्ठापन इसके आउटपुट से जुड़ा होता है, जो IDT की स्थैतिक क्षमता की भरपाई करता है।

SAW अनुनादकों के मुख्य पैरामीटर हैं:

• § ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज: मेगाहर्ट्ज़ की इकाइयों से गीगाहर्ट्ज़ की इकाइयों तक;
• § आवृत्ति स्थिरता: (1...10)* 10-6 प्रति वर्ष;
• § गुणवत्ता कारक: आवृत्ति (क्यू = 10400/एफ) पर निर्भर करता है और 104 से अधिक मान लेता है। गुणवत्ता कारक के बड़े मूल्य परावर्तक तत्वों से गुंजयमान गुहा में ध्वनिक ऊर्जा की वापसी से जुड़े होते हैं;
• § ट्यूनिंग सटीकता: आवृत्ति पर निर्भर करती है और (150...1000)*10-6 की सीमा में होती है। अलग-अलग लोड प्रतिरोध के साथ एक अतिरिक्त कनवर्टर की शुरूआत के कारण (1...10)*10-3 के भीतर आवृत्ति समायोजन की अनुमति है।

कम दूरी के रेडियो सिस्टम के लिए सतह ध्वनिक तरंग अनुनादक

वी. नोवोसेलोव

कम दूरी के रेडियो सिस्टम के लिए सतह ध्वनिक तरंग अनुनादक

यह लेख सतह ध्वनिक तरंग (एसएडब्ल्यू) रेज़ोनेटर के लिए समर्पित है और इसका उद्देश्य आधुनिक तकनीक के रूसी निर्माताओं का ध्यान इन उपकरणों की ओर आकर्षित करना और आवृत्ति पर रेडियो चैनल बनाने के लिए तकनीकी समाधान चुनने के लिए एसएडब्ल्यू रेज़ोनेटर के बारे में यथासंभव अधिक जानकारी प्रदान करना है। 433.92 मेगाहर्ट्ज का।

जेएससी एंगस्ट्रेम ने 433.92 मेगाहर्ट्ज (आरके1912, आरके1412, आरके1825) की आवृत्ति के साथ एसएडब्ल्यू रेज़ोनेटर के उत्पादन में महारत हासिल की है, जो एक शक्तिशाली उत्पादन लाइन पर सेमीकंडक्टर आईसी के साथ एकल तकनीकी प्रक्रिया में किया जाता है। वर्तमान में, उद्यम इन अनुनादकों के लिए रूसी बाजार की आवश्यकता को पूरा करता है और उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि के लिए आरक्षित क्षमता रखता है।

SAW रेज़ोनेटर ने कम-शक्ति संचारण उपकरणों के लिए मास्टर ऑसिलेटर की आवृत्ति को स्थिर करने के लिए एक तत्व के रूप में खुद को सफलतापूर्वक साबित कर दिया है। SAW रेज़ोनेटर की तकनीकी क्षमताओं के कारण ऐसे उपकरणों को कम दूरी के रेडियो सिस्टम में बहुत व्यापक अनुप्रयोग मिला है। विशेष रूप से सिस्टम के इस वर्ग से संबंधित उपकरणों के लिए, आवृत्ति रेंज 433.05...434.79 मेगाहर्ट्ज में 1.72 मेगाहर्ट्ज का आवृत्ति बैंड आवंटित किया जाता है। रेंज का उपयोग यूरोपीय मानक I-ETS 300 220 (433.92 मेगाहर्ट्ज) द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

हाल के वर्षों में, आवृत्ति 433.92 मेगाहर्ट्ज, जो आवंटित सीमा की मध्य आवृत्ति है, का उपयोग यूरोपीय क्षेत्र के देशों में कार के दरवाजे के ताले और उसके सुरक्षा अलार्म के लिए रिमोट कंट्रोल सिस्टम के लिए तेजी से किया जा रहा है।

एक कुंजी फ़ॉब के रूप में पोर्टेबल ट्रांसमीटरों के लिए तकनीकी समाधान, एक SAW रेज़ोनेटर का उपयोग करके विकसित किया गया और ऑटोमोटिव उद्योग में उपयोग किया जाता है, वर्तमान में अन्य क्षेत्रों में फैल रहा है। दरवाजे के ताले, गेराज दरवाजे, बाधाओं, जहाज मॉडल और खिलौनों के लिए मोबाइल रिमोट कंट्रोल सिस्टम के क्षेत्र से 433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति के साथ पोर्टेबल ट्रांसमीटरों का उपयोग करने का विचार तेजी से स्थिर प्रणालियों में प्रवेश कर रहा है जिसमें एक छोटी दूरी का रेडियो है चैनल इकाइयों के बीच संकेतों के आदान-प्रदान को सुनिश्चित करता है। कई अनुप्रयोगों में वायरिंग की आवश्यकता को समाप्त करना एक प्रमुख विक्रय बिंदु है।

433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर रेडियो चैनल के सफल स्थिर अनुप्रयोग का एक उदाहरण एक झोपड़ी या अपार्टमेंट के लिए एक सुरक्षा और फायर अलार्म प्रणाली है। सभी सिस्टम एक्चुएटर सेंसर बैटरी से संचालित होते हैं और इनमें एक रेडियो ट्रांसमीटर होता है। एक एकल सिस्टम रिसीवर घर के अंदर सभी सेंसरों की निगरानी करता है। ऐसी प्रणाली की स्थापना सरल और त्वरित है, क्योंकि इसमें सेंसर को जोड़ने की बात आती है।

433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर सूचना का वायरलेस प्रसारण भी घरेलू मौसम स्टेशन के लिए आकर्षक साबित हुआ है। तापमान, आर्द्रता, वायुमंडलीय दबाव, हवा की गति और रोशनी के मान रेडियो के माध्यम से स्वायत्त आउटडोर सेंसर से घर के अंदर प्राप्त इकाई के मॉनिटर तक डिजिटल रूप से प्रसारित होते हैं। यूरोपीय देशों में ऐसे मौसम स्टेशनों के अधिग्रहण में वृद्धि पूरी तरह से सभी सिस्टम इकाइयों की बैटरी शक्ति और इकाइयों को जोड़ने वाले तारों की पूर्ण अनुपस्थिति से जुड़ी है। 433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर SAW रेज़ोनेटर के उपयोग का एक और उदाहरण एक कार सुरक्षा प्रणाली है जो एक रेडियो चैनल का उपयोग करके यात्री कार के प्रत्येक पहिये में दबाव और तापमान की निगरानी करती है। सिस्टम दबाव में कमी और टायर के गर्म होने के बारे में ड्राइवर को तुरंत चेतावनी देता है। ऐसी परिस्थितियों में ड्राइविंग की गति कम करने से न केवल दुर्घटना रुकती है, बल्कि कुछ मामलों में, टायर को सुरक्षित रखते हुए मरम्मत सेवाओं के लिए कई सौ किलोमीटर अधिक ड्राइव करने की भी अनुमति मिलती है। ट्रांसमीटर प्रत्येक पहिये पर लगा होता है और टायर के जीवन भर चालू रहता है।

433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर ट्रांसमीटरों के उपयोग के सभी सूचीबद्ध उदाहरण और कई अन्य SAW अनुनादकों के मुख्य लाभों पर आधारित हैं:

• समय और तापमान सीमा पर क्वार्ट्ज आवृत्ति स्थिरता;
• चरण शोर का निम्न स्तर, उत्पन्न सिग्नल के स्पेक्ट्रम की असाधारण उच्च शुद्धता प्रदान करता है;
• उच्च गुणवत्ता कारक;
• अनुमेय बिजली अपव्यय का अपेक्षाकृत उच्च स्तर;
• बाहरी यांत्रिक प्रभावों के लिए उच्च प्रतिरोध;
• लघु;
• समकक्ष मापदंडों की उच्च प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता;
• विभिन्न प्रकार और डिज़ाइन;
• कम कीमत।

नीचे हम एक सर्फेक्टेंट रेज़ोनेटर के डिज़ाइन तत्व प्रस्तुत करते हैं और विशेषताओं के साथ उनके संबंध पर प्रकाश डालते हैं; रूसी और विदेशी कंपनियों के आधुनिक रेज़ोनेटर में प्राप्त मुख्य मापदंडों के मूल्य दिए गए हैं।

SAW रेज़ोनेटर का आधार क्वार्ट्ज एकल क्रिस्टल से काटी गई क्वार्ट्ज प्लेट है। एकल क्रिस्टल के अक्षों के सापेक्ष प्लेट का उन्मुखीकरण एक कतरनी बनाता है।

क्वार्ट्ज प्लेट की सतह पर धातु की एक पतली परत लगाई जाती है। एल्युमीनियम का प्रयोग सबसे अधिक किया जाता है। फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके, धातु में एक अनुनादक संरचना बनाई जाती है, जिसमें एक या दो काउंटर-पिन कन्वर्टर्स (आईडीटी) और दो परावर्तक झंझरी शामिल होते हैं।

अनुनादक डिज़ाइन के मुख्य तत्व चित्र में दिखाए गए हैं। 1.

चित्र 1. अनुनादकों की संरचनाएं और समतुल्य सर्किट: ए) एकल-इनपुट अनुनादक; बी) दो-इनपुट गुंजयमान यंत्र; ग) युग्मित अनुनादक

कन्वर्टर्स के माध्यम से एक विद्युत उच्च-आवृत्ति संकेत क्वार्ट्ज की सतह पर यांत्रिक (ध्वनिक) कंपन पैदा करता है, जो एक लहर के रूप में फैलता है। इस तरंग को सतह ध्वनिक तरंग (SAW) कहा जाता है। क्वार्ट्ज में सर्फेक्टेंट की गति विद्युत चुम्बकीय तरंग की गति से 100,000 गुना कम है। ध्वनिक तरंग का धीमा प्रसार SAW उपकरणों के लघुकरण का आधार है। अधिकतम रूपांतरण दक्षता समकालिकता आवृत्ति पर प्राप्त की जाती है, अर्थात, आपूर्ति किए गए विद्युत संकेत की ऐसी आवृत्ति पर जब ध्वनिक कंपन की तरंग दैर्ध्य कनवर्टर इलेक्ट्रोड की स्थानिक अवधि के साथ मेल खाती है। 433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर, ध्वनिक कंपन की तरंग दैर्ध्य 7 माइक्रोन है।

समकालिक आवृत्ति पर दो झंझरी दो दर्पणों की तरह काम करती हैं, जो एक ध्वनिक तरंग को दर्शाती हैं। गुंजयमान आवृत्ति पर झंझरी के बीच के क्षेत्र में यांत्रिक कंपन की ऊर्जा के संरक्षण और संचय के कारण, एक उच्च गुणवत्ता वाली दोलन प्रणाली का निर्माण होता है। पूरे सिस्टम की लंबाई कई सौ तरंग दैर्ध्य है। इस मामले में, 433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति के साथ अनुनादक के क्वार्ट्ज सब्सट्रेट की कुल लंबाई 3 मिमी से अधिक नहीं है।

433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर गुंजयमान आवृत्ति सेट करने की सटीकता और गुंजयमान यंत्र के सभी मापदंडों की उच्च प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता 100 मिमी के व्यास के साथ क्वार्ट्ज प्लेटों पर समूह उत्पादन और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादन के लिए आधुनिक तकनीकी उपकरणों का उपयोग करके प्राप्त की जाती है।

रेज़ोनेटर के तीन मुख्य प्रकार हैं: एकल-इनपुट, दो-इनपुट और युग्मित। चित्र में. चित्र 1 इस प्रकार के अनुनादकों की संरचना को दर्शाता है और संबंधित समकक्ष सर्किट को दिखाता है, जो अनुनाद आवृत्ति के निकट आवृत्ति प्रतिक्रिया को काफी अच्छी तरह से मॉडल करता है। बड़े पैमाने पर उत्पादन में सभी तीन प्रकार के अनुनादक तीन टर्मिनलों वाले आवास में उत्पादित होते हैं: दो पृथक, और एक आवास से जुड़ा हुआ। सरफेस-माउंटेड (एसएमडी) सिरेमिक रेज़ोनेटर की बढ़ती वैश्विक बाजार मांग के अनुसार, उद्योग अपने उत्पादन की मात्रा बढ़ा रहा है। आमतौर पर, 433.92 मेगाहर्ट्ज रेज़ोनेटर 5x5 मिमी एसएमडी पैकेज (क्यूसीसी8) का उपयोग करता है। TO-39 और SIP-4M प्रकार के मेटल-ग्लास हाउसिंग में 433.92 मेगाहर्ट्ज रेज़ोनेटर का उत्पादन बनाए रखा गया है। इन इमारतों की उपस्थिति और मुख्य आयाम चित्र में दिखाए गए हैं। 2.

चित्र 2. पतवारों की उपस्थिति और चित्र: ए) टीओ-39 पतवार; बी) सिम-4एम आवास; ग) QCC8 आवास

आइए गुंजयमान यंत्र को आवास के अंदर टर्मिनलों से जोड़ने की कुछ विशेषताओं पर नजर डालें। एकल-इनपुट रेज़ोनेटर (दो-टर्मिनल नेटवर्क) का क्रिस्टल तत्व आवास के दो इंसुलेटेड टर्मिनलों से जुड़ा होता है। इससे रेज़ोनेटर को चार-टर्मिनल नेटवर्क के रूप में उपयोग करना संभव हो जाता है। एकल-इनपुट रेज़ोनेटर के ऐसे कनेक्शन के लिए ट्रांसमिशन गुणांक S21 का एक विशिष्ट रूप चित्र में दिखाया गया है। 3. एकल-इनपुट रेज़ोनेटर के दो-पोल कनेक्शन के साथ, केवल प्रतिबिंब गुणांक S11 का उपयोग किया जा सकता है, जिसका रूप चित्र में दिखाया गया है। 4.

चित्र 3. एकल-इनपुट गुंजयमान यंत्र। ट्रांसमिशन गुणांक एस 21 का मॉड्यूल और चरण

चित्र 4. पाई चार्ट में एकल-इनपुट अनुनादक प्रतिबाधा

दो-इनपुट रेज़ोनेटर (चार-पोर्ट नेटवर्क) के क्रिस्टल तत्व को 4 कॉन्फ़िगरेशन के रूप में आवास के टर्मिनलों से जोड़ा जा सकता है। उनमें से दो (चित्र 1सी में I और II)।

चित्र 5. दो-इनपुट रेज़ोनेटर की आवृत्ति विशेषताएँ: ए) दो-इनपुट रेज़ोनेटर, 0 डिग्री। ट्रांसमिशन गुणांक S21 का मॉड्यूल और चरण; बी) दो-इनपुट अनुनादक, 0 डिग्री। पाई चार्ट में S11 और S21; ग) दो-इनपुट अनुनादक, 180 डिग्री। ट्रांसमिशन गुणांक S21 का मॉड्यूल और चरण; घ) दो-इनपुट अनुनादक, 180 डिग्री। पाई चार्ट में S11 और S21

यहां यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि = 180º वाला केवल दो-इनपुट रेज़ोनेटर सिग्नल पिन के बाहरी (ऑन-बोर्ड) कनेक्शन की अनुमति देता है। इस मामले में, एक एकल-इनपुट रेज़ोनेटर एक टर्मिनल ग्राउंडेड के साथ बनता है, जिसकी आवृत्ति प्रतिक्रिया का प्रकार चित्र में दिखाए गए से मेल खाता है। 4.

एक युग्मित अनुनादक (चित्र 1 सी) में दो एकल-इनपुट अनुनादक होते हैं, जिनके बीच एक कमजोर युग्मन स्थापित होता है, जो कंपन ऊर्जा को एक अनुनाद संरचना से दूसरे में प्रवेश करने की अनुमति देता है। वर्तमान में, एक डिज़ाइन व्यापक हो गया है जिसमें एकल-इनपुट रेज़ोनेटर ध्वनिक कंपन के कई तरंग दैर्ध्य की दूरी पर एक दूसरे के समानांतर एकल क्वार्ट्ज सब्सट्रेट पर स्थित होते हैं। एक युग्मित अनुनादक युग्मित अनुनादकों पर एक फिल्टर होने की अधिक संभावना है, हालांकि, वोल्टेज-नियंत्रित जनरेटर में उपयोग किए जाने पर ऐसे उपकरण की चरण प्रतिक्रिया आवृत्ति ट्यूनिंग रेंज का विस्तार करना संभव बनाती है। जैसे कि चित्र से देखा जा सकता है। 6, युग्मित अनुनादक के संचरण गुणांक का चरण ±180º की सीमा में भिन्न होता है, जबकि दो-इनपुट अनुनादक के लिए यह मान ±90º है।

चित्र 6. युग्मित अनुनादक। ट्रांसमिशन गुणांक एस 21 का मॉड्यूल और चरण

थरथरानवाला की आवृत्ति को प्रभावित करने वाली सभी विशेषताओं की स्थिरता अनुनादक के डिजाइन में मुख्य कारक है। स्थिरता क्वार्ट्ज सिंगल क्रिस्टल पर आधारित है। SAW अनुनादकों के संबंध में, तीन सबसे महत्वपूर्ण स्थिरता संकेतकों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

• लंबे समय तक आवृत्ति में बहाव या परिवर्तन (उम्र बढ़ने);
• बहुत कम समय में चरण शोर या आवृत्ति परिवर्तन;
• परिवेश के तापमान में परिवर्तन के कारण आवृत्ति में तापमान परिवर्तन।

आवृत्ति बहाव अनुनादक के निर्माण के दौरान उत्पन्न होने वाले क्वार्ट्ज तनाव के कमजोर होने से जुड़ा हुआ है। समय के साथ बहाव की मात्रा कम होती जाती है। आधुनिक SAW रेज़ोनेटर के लिए, पहले वर्ष में आवृत्ति में सापेक्ष परिवर्तन 50·10 -6 से 10·10 -6 तक की सीमा में है। कृत्रिम उम्र बढ़ने की तकनीक इन मूल्यों को 1·10 -6 तक कम कर सकती है।

चरण शोर का निम्न स्तर, और इसलिए SAW अनुनादकों पर आधारित जनरेटर के स्थिर सिग्नल के स्पेक्ट्रम की शुद्धता, क्रायोजेनिक तकनीक के अपवाद के साथ, अन्य सभी ज्ञात तकनीकी समाधानों से बेहतर है। SAW उपकरणों में चरण शोर की घटना के तंत्र में कई वर्षों के शोध ने अनुनादक के डिजाइन और विनिर्माण प्रौद्योगिकी, साथ ही जनरेटर सर्किट को अनुकूलित करना संभव बना दिया है। असाधारण रूप से उच्च परिणाम प्राप्त हुए हैं। SAW रेज़ोनेटर के साथ 500 मेगाहर्ट्ज जनरेटर के चरण शोर का पावर वर्णक्रमीय घनत्व -145 dBc/Hz था जब 1 kHz द्वारा ट्यून किया गया था और -184 dBc/Hz जब 100 kHz या अधिक से ट्यून किया गया था। अनुनादक के चरण शोर पर विस्तार से ध्यान दिए बिना, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जनरेटर की अत्यधिक उच्च वर्णक्रमीय विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए, यह स्थापित किया गया है कि आवृत्ति को 13...23 डीबीएम के सिग्नल स्तर पर स्थिर किया जाना चाहिए। . ऐसे रेज़ोनेटर का डिज़ाइन बड़े पैमाने पर उत्पादित रेज़ोनेटर से काफी भिन्न होता है, जिसे आमतौर पर 0 डीबीएम के सिग्नल स्तर के लिए डिज़ाइन किया जाता है।

SAW अनुनादक की आवृत्ति में तापमान बदलाव का परिमाण क्वार्ट्ज कटऑफ की पसंद से निर्धारित होता है। बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए, एसटी कट का उपयोग किया जाता है, जिसके लिए तापमान पर आवृत्ति की निर्भरता चित्र में दिखाए गए उल्टे परवलय के रूप में होती है। 7. बेहतर तापमान स्थिरता के साथ क्वार्ट्ज कट हैं। वर्तमान में, अनुनादकों की उच्च लागत के कारण उन्हें बड़े पैमाने पर उत्पादन में आवेदन नहीं मिला है।

चित्र 7. अनुनादक की तापमान-आवृत्ति विशेषता का दृश्य

ऑपरेटिंग तापमान रेंज में किसी भी बिंदु पर रेज़ोनेटर को डिज़ाइन करते समय एसटी कट के लिए चरम बिंदु तापमान टी सेट किया जा सकता है। एक सामान्य सीमा -40 से +85ºС तक मानी जाती है। ऑपरेटिंग रेंज (+22.5ºС) के मध्य में टू मान का चयन करने से स्पष्ट रूप से आप अत्यधिक तापमान पर आवृत्ति बहाव को कम कर सकते हैं।

परवलय का ढलान एक स्थिरांक है, जिसका मान ST-कट क्वार्ट्ज के लिए -0.032·10 -6 है। To से किसी भी तापमान विचलन के लिए आवृत्ति में तापमान बदलाव की गणना चित्र में दिखाए गए सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है। 7. 433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति और Т 0 = +22.5ºС के लिए, अनुनादक को +85ºС तक गर्म करने पर आवृत्ति बहाव की गणना 54 kHz देती है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि अनुनादकों की उत्पादन प्रक्रिया के दौरान, त्रुटियां उत्पन्न होती हैं जो कि के वास्तविक मूल्य को थोड़ा बदल देती हैं। आमतौर पर, विचलन सहनशीलता ±10ºС है। कुछ गुंजयमान यंत्र निर्माता ±15ºC की अधिक सहनशीलता का उपयोग करते हैं। 433.92 मेगाहर्ट्ज के लिए, टू शिफ्ट से तापमान रेंज की सीमाओं में से एक पर आवृत्ति में अतिरिक्त तापमान बदलाव होता है। इस मामले में, तापमान के प्रभाव से समग्र आवृत्ति बदलाव -73 kHz (To = 10ºС के लिए) और -83 kHz (To = 15ºС के लिए) हो सकता है।

तथ्य यह है कि विदेशी निर्माता, दक्षिणी देशों की गर्म जलवायु पर ध्यान केंद्रित करते हुए, टन को +35ºС और यहां तक ​​​​कि +40ºС पर रखते हैं, हमेशा संदर्भ जानकारी में इसका संकेत दिए बिना, रूसी डेवलपर्स का ध्यान आकर्षित करने योग्य है। ऐसी जलवायु के लिए जिसमें शून्य से ऊपर तापमान प्रबल होता है, इस तरह का बदलाव वास्तविक तापमान में आवृत्ति बहाव को कम करना संभव बनाता है। रूसी जलवायु के लिए उपकरणों में इस तरह के अनुनादक के उपयोग से शून्य से कम तापमान पर अनुचित रूप से बड़ी आवृत्ति बदलाव होता है।

तालिका 433.92 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति के साथ एकल-इनपुट रेज़ोनेटर के मुख्य मापदंडों के विशिष्ट मान दिखाती है, जो तकनीकी विशिष्टताओं टीयू 6322-013-07598199-2002 के अनुसार एंगस्ट्रेम ओजेएससी द्वारा निर्मित होते हैं।

मेज़। अनुनादकों के मुख्य मापदंडों के विशिष्ट मान RK1825, RK1912, RK1412

पैरामीटर नाम, माप की इकाई	पत्र पदनाम	आरके1825	आरके1912	आरके1412
1. नाममात्र अनुनाद आवृत्ति, मेगाहर्ट्ज	च 0	433,92	433,92	433,92
2. ट्यूनिंग सटीकता, kHz, और नहीं समूह 50 के लिए, समूह 75 के अनुसार, समूह 150 द्वारा	एफ	±35 ±60 ±135	±35 ±60 ±135	±35 ±60 ±135
3. 50 ओम पथ में सम्मिलन हानि, डीबी	ए	1,1	1,25	1,25
4. स्वयं का गुणवत्ता कारक	कु	12400	12100	12100
5. स्थैतिक धारिता, पीएफ	सह	2,5	2,10	2,10
6. गतिशील प्रतिरोध, ओम	आर एम	13,8	16	16
7. तापमान रेंज (-40; +85ºС), kHz में ऑपरेटिंग आवृत्ति में अधिकतम परिवर्तन	फुट	60	60	60
8. आवास का प्रकार		QCC8	को-39	एसआईपी-4एम

रेज़ोनेटर RK1912, RK1412 एक एकल क्रिस्टलीय तत्व का उपयोग करके निर्मित होते हैं और केवल आवास के डिज़ाइन में भिन्न होते हैं। इन अनुनादकों की आवृत्ति विशेषताओं का रूप चित्र में दिखाया गया है। 8.

चित्र 8. रेज़ोनेटर आरके1912 और आरके1412 के लक्षण: ए) 50 ओम पथ में संचरण गुणांक का मापांक और चरण; बी) पाई चार्ट पर अनुनादक प्रतिबाधा

मुद्रित सर्किट बोर्ड की सतह पर लगाने के लिए सिरेमिक आवास में निर्मित आरके1825 रेज़ोनेटर की विशेषताएं चित्र में दिखाई गई हैं। 9.

चित्र 9. आरके1825 गुंजयमान यंत्र की विशेषताएं: ए) 50 ओम पथ में संचरण गुणांक का मापांक और चरण; बी) पाई चार्ट पर अनुनादक प्रतिबाधा