一种提高声表面波振荡器频率稳定度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高声表面波振荡器频率稳定度的方法。该方法１），测试声表面波检测器的频率响应曲线，找出通带中损耗最低的频率点，并测量该频率点的相位φＤ；２）由振荡环路能够发生振荡的相位条件公式φＤ＋φＥ＝２ｎπ，ｎ取整数，将从步骤１获得的φＤ代入式中，计算出振荡环路电路部分的相移φＥ；３）通过调节振荡环路电路部分的相移网络，使振荡环路电路部分的相移满足由步骤２）得到的φＥ，完成相位匹配。相位匹配可以用移相器完成或电缆完成。本发明专利技术提供的方法可以明显提高声表面波振荡器的频率稳定度，可达±５Ｈｚ／ｓｅｃ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及一种通过相位 匹配提高声表面波振荡器频率稳定度的方法。
技术介绍
声表面波振荡器的频率稳定度是影响声表面波传感器检测下限与灵敏度的关键 因素之一，而对检测速度快的声表面波传感器，声表面波振荡器的短期频率稳定度尤其重 要。本专利技术涉及的正是。为了最大程度上消除外围环境如温度、振动等对振荡器频率稳定度的影响，声表 面波振荡器多采用双振荡环路差频输出的结构(见sensors and actuators, B, 18-19, 1994, pp443~447, improving the SAW gas sensor :device, electronics, and sensor layer)，结构框图如图1所示，由两个基本相同的声表面波检测器与对应的振荡电路构成 两路声表面波振荡环路，分别是第一声表面波振荡环路1和第二声表面波振荡环路2。第 一声表面波振荡环路1作为测试回路；第二声表面波振荡环路2则作为参考基准。每个振 荡环路主要由作为振荡器频率控制元件的声表面波检测器3和相关电路构成，相关电路主 要包括放大器4和相移网络5，声表面波振荡环路能够起振必须满足振荡条件，振荡条件包 括振幅条件和相位条件，振幅条件为振荡环路中放大器4的增益能补偿电路和声表面波检 测器的损耗，相位条件为整个振荡环路的相位是2 ji的整数倍。用公式表达为A>LP+Le， 小D+(j5E = 2n n，其中A为放大器的增益(dB)，Lp为声表面波检测器的插损，Lc为振荡环路 电路部分所引起损耗，为声表面波检测器的相移，^^为振荡环路电路部分的相移，n为 整数。根据振荡环路的振荡条件，在振荡环路的幅度满足条件的情况下，振荡环路的起振点 将由环路的相位决定，即只有在能使整个振荡环路的相移满足2 ji整数倍的频率点上才能 振荡。整个振荡环路的相移包括两部分声表面波检测器的相移和振荡电路相移ctE。 声表面波检测器在制作完成时，其通带各频点所对应的相位就已经完全一一确定，所以起 振点的选择只能通过调节振荡电路的相位来完成。具体过程是在声表面波检测器通带范围 内选择起振点，起振点确定后即可得到与起振点对应的相位6D，再由= 的关 系来调节振荡电路的相移6E，完成相位匹配。现有技术中，振荡环路的相位匹配是对声表面波检测器通带的中心频率处进行匹 配，使振荡环路在声表面波检测器通带的中心频率处满足相位条件。但是由于设计或工艺 原因，检测器的中心频率点和最低损耗点往往不重合，不重合时，中心频率处的损耗较大， 此时再在中心频率处进行相位匹配，导致振荡器的频率稳定度不够高。声表面波振荡器采用两路振荡环路差频输出的结构，可最大程度上消除外围环境 如温度、振动等对于振荡器频率稳定性的影响，但对环路本身的稳定性能影响不大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，为了提高声表面波振荡器的频率稳定度，声表面波振荡器采用双振荡环路差频输出的结构，同时，针对每一路振荡环路，提出对 振荡环路在声表面波检测器通带的最低损耗处进行相位匹配，以提高声表面波振荡器的频 率稳定度的方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的提高声表面波振荡器的频率稳定度的方法，包括采用声表面波振荡 器，进行相位匹配；其特征在于，所述的相位匹配是采用在声表面波检测器通带中损耗最低 处进行满足振荡条件的匹配，匹配过程及步骤如下1)首先，测试第一声表面波检测器3的频率响应曲线，找出通带中损耗最低的频 率点，并测量该频率点的相位再测试第二声表面波检测器3’的频率响应曲线，找出通 带中损耗最低的频率点，并测量该频率点的相位cK，；2)将从步骤1)获得的和(K，代入振荡环路能够发生振荡的相位条件公式中， 公式为cK+cK = 2nJI，n取整数，计算出振荡环路电路部分的相移t和(^，；3)通过调节第一声表面波振荡环路1中的相移网络5，使第一声表面波振荡环路 的电路部分的相移满足由步骤2)得到的(^，完成第一声表面波振荡环路1相位匹配；再按同样的方法对第二声表面波振荡环路2中的相移网络5'进行调节，使第二 声表面波振荡环路2的电路部分的相移满足由步骤2)得到的(^，，完成第二声表面波振荡 环路2相位匹配；完成双振荡环路的匹配后，声表面波振荡器开始振荡。上述技术方案中，所述的声表面波检测器采用声表面波延迟线结构或声表面波谐 振器结构。上述技术方案中，所述的相位匹配可以用移相器完成或同轴电缆完成。上述技术方案中，所述的第一声表面波检测器3和第二声表面波检测器3’的参数 完全相同或不同。本专利技术中，为了提高声表面波振荡器的频率稳定度，声表面波振荡器采用两路振 荡环路差频输出的结构，针对每一路振荡环路，提出对振荡环路在声表面波检测器通带的 最低损耗处进行相位匹配。本专利技术的优点在于本专利技术的提高声表面波振荡器频率稳定度的方法，声表面波振荡器采用双振荡环 路差频输出的结构，最大程度减小环境因素对振荡器频率稳定度的影响，同时，采用对振荡 环路在声表面波检测器通带损耗最低处进行满足振荡条件的相位匹配，提高了振荡环路 本身的频率稳定度，由实施例可知，采用本方法的声表面波振荡器的短期频率稳定度可达 士5Hz/sec，而采用现有技术，声表面波振荡器的短期频率稳定度一般在士 15Hz/sec及以 上，与现有技术相比，本专利技术提供的方法对声表面波振荡器的短期频率稳定度改善明显。附图说明图1本专利技术使用的双环路差频输出的声表面波振荡器结构框图；图2A声表面波双端对谐振器的频率响应曲线(幅频响应曲线)；图2B声表面波双端对谐振器的频率响应曲线(相频响应曲线)；图3A声表面波延迟线结构的频率响应曲线(幅频响应曲线)；图3B声表面波延迟线结构的频率响应曲线(相频响应曲线)；图4用现有的相位匹配方法对声表面波双端对谐振器匹配后得到的振荡器的频 率稳定度；图5用本专利技术提供的方法对声表面波双端对谐振器匹配后得到的振荡器的频率 稳定度；图6用现有的相位匹配方法对声表面波延迟线结构匹配后得到的振荡器的频率 稳定度；图7用本专利技术提供的方法对声表面波延迟线结构匹配后得到的振荡器的频率稳 定度；具体实施例方式现在结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的叙述。实施例1 在本实施例中，声表面波振荡器采用双环路差频输出的结构(如图1所示)，相位 匹配选用同轴电缆移相完成，第一声表面波检测器3和第二声表面波检测器3’选用声表面 波双端对谐振器结构。用网络分析仪测得第一声表面波检测器3的频率响应曲线如图2A和 图2B所示，其中图2A为幅频响应曲线，图2B为相频响应曲线第一声表面波检测器3的具体 测试参数如下中心频率为332. 6MHz,中心频率处相位为80°，中心频率处损耗为4. 6dB， 最低损耗处频率为332. 63MHz，最低损耗处相位为102°，最低损耗处损耗为3. 7dB。第二声 表面波振荡环路2中的第二声表面波检测器3’选用一个参数与声表面波检测器3完全相 同的器件，即声表面波双端对谐振器结构。在本实施例中，首先对声表面波检测器3用现有技术的相位匹配方法进行相位匹 配，即在声表面波检测器3的中心频率处进行相位匹配，由上面的测试结果可知第一声表 面波检测器3在中心频率处的相位为80°，所以第一声表面波振荡环路1电路部分的相移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高声表面波振荡器频率稳定度的方法，包括采用声表面波振荡器，进行相位匹配；所述的相位匹配采用在声表面波检测器通带中损耗最低处进行满足振荡条件的匹配，具体匹配过程及步骤如下：１）首先，测试第一声表面波检测器（３）的频率响应曲线，找出通带中损耗最低的频率点，并测量该频率点的相位φ↓［Ｄ］；再测试第二声表面波检测器（３’）的频率响应曲线，找出通带中损耗最低的频率点，并测量该频率点的相位φ↓［Ｄ’］；２）将从步骤１）获得的φ↓［Ｄ］和φ↓［Ｄ’］代入振荡环路能够发生振荡的相位条件公式中，公式为φ↓［Ｄ］＋φ↓［Ｅ］＝２ｎπ，ｎ取整数，计算出振荡环路电路部分的相移φ↓［Ｅ］和φ↓［Ｅ’］；３）通过调节第一声表面波振荡环路（１）中的相移网络（５），使第一声表面波振荡环路的电路部分的相移满足由步骤２）得到的φ↓［Ｅ］，完成第一声表面波振荡环路（１）相位匹配；再按同样的方法对第二声表面波振荡环路（２）中的相移网络（５′）进行调节，使第二声表面波振荡环路（２）的电路部分的相移满足由步骤２）得到的φ↓［Ｅ’］，完成第二声表面波振荡环路（２）相位匹配；完成双振荡环路的匹配后，声表面波振荡器开始振荡。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何世堂，刘久玲，李顺洲，刘明华，王文，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]