ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР
Устройство относится к радиоэлектронике, в частности, к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и изготовлении элементов частотной стабилизации и селекции сигналов, таких как пьезоэлектрические резонаторы.
Пьезоэлектрические резонаторы содержат пластину из пьезоэлектрического материала с возбуждающими электродами, расположенными на главных гранях пластины. При подаче электрического напряжения на возбуждающие электроды в пьезоэлектрической пластине возбуждаются сдвиговые колебания, оказывающие частотно-стабилизирующее и селектирующее влияние на подводимое переменное электрическое напряжение.
Известны пьезоэлементы монолитных фильтров и резонаторов, содержащие пьезоэлектрическую пластину прямоугольной формы с размещенными на ее рабочих гранях одной или несколькими парами перекрывающихся возбуждающих электродов с выводами. Известные пьезоэлементы работают на принципе захвата энергии в подэлектродной области, что обуславливает наличие участка пьезопластины, равного 1214 ее толщины безэлектродного покрытия. Расстояние от торцовой грани пьезопластины до края электродного покрытия определяется допустимым уровнем потерь колебательной энергии у торцовой грани
пьезопластины и, следовательно, достаточно большими габаритами как по ширине, так и по длине пьезоэлемента.
При реализации устройств четвертого, восьмого порядков их габариты значительно возрастают, что затрудняет их применение в современной малогабаритной радиоэлектронной аппаратуре.
Известен пьезоэлемент, выполненный из кварца среза yzb/35°11 в виде пластины прямоугольной формы с возбуждающими электродами, продольная ось симметрии которой совмещена с осью Z, при этом приведен ряд соотношений для ширины пластины (RU, 2032252, кл.НОИ 41/00, 1995г.).
В известном устройстве решена задача расширения диапазона частот пьезоэлемента при обеспечении его минимальных размеров, однако известная конструкция резонатора не применима для изготовления микроминиатюрных ВЧ-резонаторов, где доминирующим фактором является размер электродов, а не размер пластины.
Известны пьезоэлектрические резонаторы с кварцевыми кристаллическими элементами SC-среза, возбуждаемыми поперечным полем (US, 4701681, кл.НОИ 41/08, 1987 г.).
Известен пьезоэлектрический резонатор, содержащий опорную деталь, удерживающую пьезоэлектрическую пластину Х-среза в двух и более точках лицевой и обратной стороны (JP, 62-26210, кл.НОЗН 9/05, 1987г.).
Недостатком известных устройств являются их относительно большие габариты и высокая себестоимость вследствие большого расхода сырья при изготовлении сложных срезов пластины.
Известен пьезоэлектрический резонатор, содержащий полосковый пьезоэлемент толщинно-сдвиговых колебаний, выполненный в виде прямоугольной пластины из пьезоэлектрического материала с нанесенными на ее главные грани тонкопленочными электродами (RU, 2007023, кл. НОЗН 9/15, 1992 г.). В известном устройстве на пьезоэлектрическую пластину нанесены электроды, линии раздела которых должны отстоять от поперечной оси каждой главной грани пластины на соответствующем расстоянии. Известное устройство характеризуется повышенной надежностью контакта пьезоэлемента при его монтаже в кристаллодержатель, однако известное устройство имеет относительно большие размеры, а также большое соотношение C°/Ci, где С° - собственная емкость, а Ci - динамическая емкость, что снижает частотный диапазон перестройки генератора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному резонатору является высокочастотный пьезоэлектрический резонатор, содержащий в герметичном корпусе с кристаллодержателем пьезоэле1стрическую пластину и расположенные на ее главных гранях электроды и контактные площадки (SU, 1811349, кл. НОЗН 9/19, 1990 г.). Известный резонатор содержит кварцевую пластину, длина и ширина которой выбраны таким образом, чтобы обеспечить требуемую добротность и моночастотность. Выполнение длины и ширины пластины в соответствии с заданным соотношением обеспечивает синхронность возвращения фронтов акустической волны в область возбуждения после отражения от краев кварцевой пластины.
Недостатком известного резонатора являются его большие габариты, а также высокая себестоимость, обусловленная значительным расходом сырья.
В рамках данной заявки решается задача создания такого высокочастотного (ВЧ) пьезоэлектрического резонатора, конструктивное выполнение которого позволит не только сделать его микроминиатюрным, но и уменьшить его себестоимость при сохранении высоких эксплуатационных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что в пьезоэлектрическом резонаторе, содержащем в герметичном корпусе с кристаллодержателем пьезоэлектрическую пластину и расположенные на ее главных гранях электроды и контактные площадки, электроды имеют размер вдоль электрической оси, пропорциональный целому числу полуволн.
При этом, в качестве пьезоэлектрической пластины он содержит пластину лантангаллиевого силиката.
Монокристаллы лантангаллиевого силиката (ЛГС) LaaGasSiOM являются перспективным пьезоэлектрическим материалом для обеспечения радиоэлектронной аппаратуры малогабаритными селектирующими устройствами, поскольку обладают комплексом определенных свойств. Кристаллы ЛГС имеют диэлектрическую проницаемость большую, чем кварц. Их симметрия (триклинная) допускает существование срезов с малым и даже нулевым температурным коэффициентом частоты (ТКЧ), при этом значение коэффициента электромеханической связи К в ЛГС существенно
больше значения этого же коэффициента в кварце. Лангасит не имеет фазовых переходов до температуры плавления, схэставляющей 1470°С.
Сущность устройства поясняется графическим материалом, где фиг.1 изображает конструкцию данного ВЧ пьезоэлектрического резонатора, а фиг.2 изображает вариант конструктивного исполнения пластины с электродом. На фиг-2 введено обозначение « , указывающее размер электрода вдоль электрической оси X.
Пьезоэлектрический резонатор содержит герметичный корпус 1 с кристаллодержателем 2, пьезоэлектрическую пластину 3, электроды 4 и контактные площадки 5 с выводами 6.
Данныйпьезоэлектрическийрезонаторсодержит
пьезоэлектрическую пластину 3 из лантангаллиевого силиката, пару возбуждающих электродов 4 на главных гранях пластины и выводы 6. Размер электродов вдоль электрической оси равен 1,64 мм. Пластина с электродами размещена в герметичном корпусе с кристаллодержателем. Для повышения степени моночастотности электроды на гравных гранях выполняют разновеликими: 1,64 мм. и 1,87 мм.
Авторами экспериментально был установлен такой размер электродов вдоль электрической оси X, который в сочетании с материалом пластины обеспечивает уменьшение размеров разонатора в 3-4 раза по сравнению с известными, при этом обеспечивается малое динамическое сопротивление и хорошая моночастотность за счет подавления нежелательных колебаний резонатора. Устройство имеет невысокую себестоимость за счет сокращения расхода дефицитных
материалов, при этом увеличивается преизводительность труда при его изготовлении.
Резонатор может широко использоваться в приемо-передаточной аппаратуре; в современных и перспективных конструкциях генераторов, фильтров, а также устройствах мобильной связи.