Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов



Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов
Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов

 


Владельцы патента RU 2491712:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") (RU)

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к устройствам стабилизации частоты резонатора на ПАВ, и может использоваться в устройствах, использующих высокостабильные резонаторы. Техническим результатом является снижение времени выхода на рабочую частоту резонатора, исключение температурного градиента между нагревателем и резонатором, снижение энергопотребления и упрощение конструкции термостабилизированного резонатора при сохранении его первоначальных, без нагревателя, размеров. Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов содержит один или более встречно-штыревой преобразователь и отражатели поверхностных акустических волн, выполненные из короткозамкнутых металлических полосок, при этом в качестве нагревательного элемента используются короткозамкнутые отражатели, секционированные для увеличения сопротивления постоянному току с количеством секций на отражатель одна или более. 10 ил.

 

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к электрическим резонаторам, предназначенным для работы в составе генераторов, узкополосных фильтров для частотной селекции радиосигналов, работающих в широком интервале температур, и может использоваться в устройствах связи, автоматики и управления.

Известны генераторы, узкополосные фильтры с использованием резонаторов на поверхностных, приповерхностных, сдвиговых и т.п. акустических волнах, всего более 10 типов поверхностных акустических волн - в дальнейшем будем называть их устройствами с резонаторами на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Известен резонатор на поверхностных акустических волнах ([1] - US Patent No.: US 2010/0237742 A1, Int. C1. H01L 41/04, H03B 5/32, Sep.23, 2010 (Фиг.3)), содержащий по меньшей мере один встречно-штыревой преобразователь и два отражателя.

Известен нагреватель, интегрированный в ПАВ устройство ([2] - US Patent No.: US 7,898,365 B2, Int. C1. H03H 9/64, Mar.1, 2011, (Фиг.4)). Нагреватель состоит из пленочного резистора с контактными площадками и размещен на кварцевой крышке ПАВ устройства.

Известен маломощный компактный нагреватель для пьезоэлектрических устройств ([3] - US Patent No.: US 60,060,692, Int. C1. H05B 1/00, May 9, 2000 (Фиг.5)), содержащий резистивный нагревательный элемент, находящийся под пьезоэлектрическим устройством.

Известен кварцевый резонатор с подогревом для генератора ([4] - US Patent No.: US 5,917,272, Int. C1. H01L 41/08, Jun.29, 1999 (Фиг.6)), содержащий нагревательный элемент, расположенный под резонатором.

Известен температурно скомпенсированный резонатор ([5] - US Patent No.: US 5,696,423, Int. C1. H01L 41/08, Dec.9, 1997 (Фиг.7)), содержащий нагревательный элемент в виде проводника, расположенного вокруг резонатора на том же слое.

Известно устройство для регулирования температуры таких электронных компонентов, как устройства на ПАВ ([6] - US Patent No.: US 4,518,944 Int. C1. H01C 7/02; H01L 41/08, May 21, 1985 (Фиг.8)), состоящее из позистора, служащего нагревательным элементом, ПАВ-устройства, наклеенного сверху на позистор, и теплоизолирующей прокладки между позистором и корпусом устройства.

Известно устройство для регулирования температуры ПАВ резонатора, использующее нагревающийся транзистор, расположенный на теплопроводящей плате вместе с резонатором и схемой генератора ([7] - J.V. Adier, R.L. Clark, D.P. Chen, Low Noise, Low Jitter Hybrid Ovenized SAW Oscillators // IEEE Ultrasonics Symposium 2000, p.25-28 (Фиг.9)).

Известно устройство для регулирования температуры ПАВ резонатора, использующее в качестве нагревателя/охладителя термоэлектрический элемент, расположенный под резонатором ([8] - Z.M. Ashari, F. Sidek and A.N. Nordin Measurements and Modeling of temperature Compensated Surface Acoustic Wave Resonators // Proceedings of 2010 Asia-Pacific Conference on Applied Electromagnetics (APACE 2010) (Фиг.10)).

Наиболее близким по технической сущности решением, взятым за прототип, является акустический резонатор с интегрированным нагревателем, предназначенный для использования в генераторах ([9] - US Patent No.: 7,378,781 B2, Int. C1. H01L 41/08, May 27, 2008, (Фиг.2)). Резонатор содержит пьезоподложку, встречно-штыревые преобразователи (ВШП), отражатели, нагревательные элементы. Нагревательные элементы расположены на поверхности подложки вблизи ВШП и отражателей с одной стороны ПАВ-структуры.

Общим недостатком известных аналогов и прототипа, описанных выше, является наличие внешнего по отношению к акустическому каналу нагревателя резонатора. Это приводит к наличию большого градиента температуры, особенно в момент включения, и погрешности в установлении требуемой температуры акустического канала, увеличенному времени выхода на температурный режим, повышенному энергопотреблению. Термодатчики также расположены вне зоны канала, что приводит к дополнительной погрешности определения температуры. Известные технические решения увеличивают общие размеры устройства (резонатор плюс нагреватель) и зачастую просто громоздки.

Целью изобретения является снижение времени выхода на рабочую частоту резонатора, исключение температурного градиента между нагревателем и резонатором, снижение энергопотребления и упрощение конструкции резонатора с нагревателем при сохранении его первоначальных, без нагревателя, размеров.

Для достижения указанной цели предлагается резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов, выполненный на пьезоэлектрическом звукопроводе, содержащий один или более встречно-штыревой преобразователь и отражатели поверхностных акустических волн, выполненные из короткозамкнутых металлических полосок.

Согласно изобретению в качестве нагревательного элемента для температурной стабилизации рабочей области резонатора используются короткозамкнутые отражатели поверхностных акустических волн, выполненные из короткозамкнутых металлических полосок и секционированные для увеличения сопротивления постоянному току с количеством секций на отражатель одна или более. Таким образом, нагреватель максимально приближен к объекту температурного контроля, разогревается непосредственно рабочая область резонатора, исключается температурный градиент в рабочей области.

Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого резонатора из литературы не известны, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 показана схема предлагаемого резонатора, на фиг.2 - схема прототипа предлагаемого изобретения, на фиг.3 - топология аналога предлагаемого резонатора, на фиг.4-10 - схемы аналогов предлагаемого резонатора.

На фиг.2 приведена схема прототипа предлагаемого изобретения. Акустический резонатор с интегрированным нагревателем [9], взятый за прототип, содержит пьезоподложку 50, встречно-штыревые преобразователи (ВШП) 52, 56, отражатели 58, нагревательные элементы 55. Нагревательные элементы 55 расположены на поверхности подложки вблизи ВШП и отражателей с одной стороны ПАВ-структуры (на фигуре сверху).

На фиг.1 показана схема предлагаемого резонатора с нагревателем. Резонатор расположен на пьезоэлектрическом звукопроводе 2 и содержит один или более встречно-штыревой преобразователь 3, и два отражателя 1. Отражатели поверхностных акустических волн 1 выполнены из короткозамкнутых металлических полосок и секционированы для увеличения сопротивления постоянному току с количеством секций на фиг.1, равным трем на каждый отражатель. При подаче на электроды отражателей 1 постоянного или переменного тока выделяющееся тепло разогревает электроды отражателей 1, которые разогревают тонкий слой пьезоэлектрического звукопровода 2, находящийся в зазорах между электродами отражателей и под отражателями 1 практически до одной температуры.

Принцип работы предлагаемого резонатора основан на том, что центральная частота резонатора определяется скоростью ПАВ и топологией ВШП и отражателей, причем скорость ПАВ имеет значение для центральной частоты резонатора только внутри акустического канала, где расположены ВШП и отражатели. Более того, толщина слоя подложки, в котором распространяется ПАВ, составляет не более десяти длин волн ПАВ, поэтому достаточно стабилизировать температуру только в этом слое. Таким образом, достаточно стабилизировать температуру только на площади, ограниченной ВШП и отражателями и на глубину распространения ПАВ (назовем это рабочей областью резонатора). Известные технические решения разогревают всю подложку, что приводит к излишнему энергопотреблению, длительному выходу на режим, погрешности установки температуры рабочей области. Для решения этой задачи необходимо изменить схему подогрева рабочей области резонатора, используя в качестве нагревательных элементов части самого резонатора. Это становится возможным, если в резонаторе применены короткозамкнутые отражатели ПАВ (как на Фиг.2, элементы 25, 26). Такие отражатели представляют собой ряд закороченных двумя шинами металлических полосок. Эта структура вполне может быть использована в качестве нагревателя. Если приложить напряжение к шинам, то в полосках потечет ток и выделится тепло. Каждая полоска имеет достаточно большое сопротивление, однако при их большом числе в узкополосных резонаторах (более 1000) общее сопротивление такого нагревателя может оказаться недостаточным с практической точки зрения для построения эффективной системы терморегулирования. Решить эту проблему можно секционированием отражателя, т.е. разбивая его на некоторое число последовательно соединенных секций так, как показано на Фиг.1. Последовательно соединенные секции отражателей 1 расположены на пьезоподложке 2 с ВШП 3 в общем акустическом канале. При этом общее сопротивление секционированного отражателя увеличивается по отношению к первоначальному сопротивлению отражателя согласно формуле:

RN=N2R0,

где N - количество секций отражателя,

R0 - первоначальное сопротивление отражателя.

Так как обычно число полосок отражателя намного больше, чем число полосок ВШП, полоса отражения отражателя намного уже полосы пропускания ВШП, и основной вклад в стабилизацию частоты дает именно отражатель - отдельно подогревать ВШП нет необходимости. Кроме того, ВШП 3 расположен между двумя короткозамкнутыми отражателями 1, используемыми в качестве нагревателей, и подогревается ими с двух сторон.

В резонаторе на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов (Фиг.1) при подаче напряжения на контакты секций отражателей 1 происходит наиболее быстрый разогрев рабочей области резонатора, поскольку нагревателями являются сами штыри отражателя.

На фиг.3 изображена топология аналога предлагаемого резонатора. ПАВ резонатор содержит пьезоэлектрический звукопровод 10 и расположенные на его поверхности по меньшей мере один встречно-штыревой преобразователь 21 и два отражателя 25, 26.

На фиг.4 показан нагреватель, интегрированный в ПАВ устройство. Нагреватель 40 состоит из пленочного резистора 50 с контактными площадками 52 и размещен на кварцевой крышке 42 ПАВ устройства.

На фиг.5 приведен маломощный компактный нагреватель для пьезоэлектрических устройств, содержащий резистивный нагревательный элемент 18, находящийся под пьезоэлектрическим устройством 12.

На фиг.6 показан кварцевый резонатор с подогревом для использования в генераторе, содержащий нагревательный элемент 40, расположенный под резонатором 12.

На фиг.7 изображен температурно скомпенсированный резонатор, содержащий нагревательный элемент 215 в виде проводника, расположенного вокруг резонатора 157 на том же слое 150.

На фиг.8 показано устройство для регулирования температуры таких электронных компонентов, как устройства на ПАВ, состоящее из позистора 12, служащего нагревательным элементом, ПАВ-устройства 10, наклеенного сверху на позистор 12, и теплоизолирующей прокладки 14 между позистором и корпусом устройства 16.

На фиг.9 изображено устройство для регулирования температуры ПАВ резонатора, использующее нагревающийся мощный регулирующий транзистор, расположенный на гибридной теплопроводящей плате вместе с резонатором и схемой и помещенной в вакуумированный корпус для снижения тепловых потерь, увеличения добротности и улучшения характеристик генератора.

На фиг.10 приведено устройство для регулирования температуры ПАВ резонатора, использующее в качестве микронагревателя/охладителя термоэлектрический элемент, расположенный под резонатором.

В ФГУП "РНИИРС" разработано техническое предложение, которое снижает время выхода на рабочую частоту резонатора, исключает температурный градиент между нагревателем и резонатором, снижает энергопотребление и упрощает конструкцию резонатора с нагревателем при сохранении его первоначальных, без нагревателя, размеров.

Резонатор на поверхностных акустических волнах с использованием отражателей в качестве нагревательных элементов, содержащий один или более встречно-штыревых преобразователей и отражатели поверхностных акустических волн, выполненные из короткозамкнутых металлических полосок, отличающийся тем, что в качестве нагревательного элемента используются короткозамкнутые отражатели, секционированные для увеличения сопротивления постоянному току с количеством секций на отражатель одна или более.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронным приборам на основе поверхностных акустических волн. .

Изобретение относится к акустоэлектронным устройствам на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и может быть использовано для определения физических и химических параметров газовых сред (жидкости), преимущественно для создания беспроводных дистанционных аналитических систем на основе ПАВ-сенсоров и систем радиочастотной идентификации.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности для создания генераторов сверхвысокочастотного диапазона.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приборостроении и электронной промышленности для корпусирования и герметизации изделий функциональной электроники.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения деформации, а также сосредоточенных сил, давления газов и жидкостей.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения деформации, а также сосредоточенных сил, давления газов и жидкостей.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в акустоэлектронных устройствах для обработки сигналов на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в фильтрах промежуточных и несущих радиочастот для селекции сигналов в радиотелефонах, пейджерах, мобильных системах связи и т.д.

Изобретение относится к пьезоэлектрическому элементу, содержащему кристалл с по меньшей мере одной, в основном плоской плоскостью для акустического использования поверхностных волн.

Изобретение относится к акустоэлектрони ке и может быть использовано в радиоэлектронных узкополосных частотноселектирующих системах с повышенной частотной избирательностью .

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для физико-химического анализа жидких и газообразных сред. Достигаемый технический результат - повышение избирательности мод колебаний при увеличении числа датчиков возбуждаемых мод. Мультиплексорная акустическая решетка содержит плоскопараллельную пластину из пьезоэлектрического кристалла, имеющую кристаллографическую ось, лежащую в плоскости пластины и проходящую через условный центр пластины, встречно-штыревые преобразователи (ВШП), которые размещены симметрично парами на рабочей стороне пластины с образованием совокупности акустических каналов, направления распространения акустических волн в которых пересекаются в условном центре пластины, где имеется зона вокруг условного центра в форме круга для пробы, акустические каналы выполнены с возможностью возбуждения в пластине семейства пластинчатых мод колебаний с длиной волны, меньшей или равной толщине пластины. 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к акустоэлектронным приборам, предназначенным для преобразования угловой скорости вращения основания в электрический сигнал. Микроакустомеханический гироскоп содержит основание, структуру инерционных масс, размещенных в шахматном порядке, пьезоэлектрические преобразователи и измерительные ВШП суммарного поля ПАВ от регулярной структуры инерционных масс. На внешней поверхности несущего основания нанесена тонкая пленка из пьезоэлектрика с установленными на ней регулярной структурой инерционных масс и измерительными ВШП для каждого из направлений вращения. При этом измерительные ВШП размещены симметрично относительно положения регулярной структуры инерционных масс и перпендикулярно осям вращения несущего основания. На внутренней поверхности несущего основания выполнен трапецеидальный выступ, большее основание которого обращено в сторону внешней поверхности несущего основания, активные пьезоэлектрические преобразователи установлены симметрично друг другу на боковых поверхностях трапецеидального выступа. Технический результат заключается в обеспечении преобразования угловых скоростей вращения несущего основания в электрические сигналы одновременно относительно двух осей вращения. 2 ил.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам, предназначенным для дистанционного контроля различных физических и химических величин. Технический результат - исключение разрушения встречно-штыревых преобразователей (ВШП) и отражателей, повышение чувствительности и уменьшение затухания ПАВ. Для этого газочувствительный элемент выполнен из двух частей, одна из которых расположена внутри герметичного корпуса на пьезоэлектрическом звукопроводе между соседними отражателями ПАВ и содержит два вложенных друг в друга секционированных ВШП, причем секции первого ВШП имеют верхнюю общую шину, а секции второго ВШП имеют нижнюю общую шину, шины секций первого ВШП, расположенные между секциями второго ВШП соединены меандровым электродом, общим для обоих ВШП, при этом шинами первого ВШП является нижняя шина и меандровый электрод, а шинами второго ВШП - верхняя шина и меандровый электрод, а вторая часть газочувствительного элемента расположена вне герметичного корпуса и выполнена в виде двух газочувствительных пленок, имеющих одинаковый импеданс и выполненных в виде решеток параллельно соединенных наностержней окиси цинка, каждая газочувствительная пленка расположена на сапфировой подложке и имеет верхний и нижний электроды, которые подключены к шинам каждого из секционированных ВШП соответственно. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх