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諧振器對(duì)于振蕩器和濾波器的性能至關(guān)重要,常見(jiàn)諧振器類型包括傳輸線諧振器、同軸諧振器、介質(zhì)諧振器、晶體諧振器、陶瓷諧振器、表面聲波(SAW)諧振器、體聲波(BAW)諧振器以及釔鐵石榴石(YIG)諧振器。下面就來(lái)介紹一下這幾款振蕩器:
電感/電容(LC)儲(chǔ)能電路諧振器 以簡(jiǎn)單的晶體管收音機(jī)為例,此類收音機(jī)將電感/電容(LC)振蕩器用作調(diào)諧器。當(dāng)所接收的無(wú)線電信號(hào)與LC諧振電路的共振頻率相匹配時(shí),所述調(diào)諧器允許其以相對(duì)較低的電阻通過(guò);然而,當(dāng)接收信號(hào)與LC電路的共振頻率不同時(shí),該調(diào)諧器將大幅削弱該信號(hào)。在該例中,所述諧振器中的電容器或電感器允許調(diào)節(jié)。具體而言,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)收音機(jī)上的調(diào)諧鈕時(shí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)可變?cè)恼{(diào)節(jié),從而使得諧振器的共振頻率發(fā)生變化。大多數(shù)射頻和微波濾波器由一個(gè)或多個(gè)耦合諧振器組成,而且該諧振器的品質(zhì)因數(shù)(Q因數(shù))決定了相應(yīng)濾波器的接收靈敏度。 傳輸線諧振器和同軸諧振器 傳輸線可實(shí)現(xiàn)射頻或微波電磁波的寬帶傳輸。由于傳輸線本身的性質(zhì),可以選擇某一段傳輸線并令其以特定頻率諧振,從而使得其實(shí)質(zhì)上構(gòu)成具有極高Q因數(shù)的調(diào)諧LC電路。平面?zhèn)鬏斁€諧振器用于共面、帶狀及微帶傳輸線,而且在體積較小時(shí)還可用于微波電路系統(tǒng)。同軸諧振器用于壓控振蕩器(VCO)、同軸諧振振蕩器(CRO)及濾波器元件中。此外,此類諧振器也用作振蕩器、帶通/帶阻濾波器及電磁干擾(EMI)濾波器的元器件。 介質(zhì)諧振器 介質(zhì)諧振器由非導(dǎo)電材料(通常為陶瓷)制成,用于微波和毫米波頻段。此類諧振器通過(guò)表面介電常數(shù)的快速變化而將電磁波局限于其內(nèi)部,并令其在兩側(cè)表面上來(lái)回反彈前行。在諧振頻率下,電磁能量在諧振器中形成大幅振蕩的波。該諧振頻率由諧振器的物理尺寸和材料介電常數(shù)決定。介質(zhì)諧振器可代替濾波器和振蕩器等元件中的諧振腔,而且由于εr值較高,因此在小尺寸設(shè)計(jì)中較有優(yōu)勢(shì)。由于此類諧振器不但具有電磁波損耗低電磁波效果,而且能夠?qū)崿F(xiàn)較高的Q因數(shù),因此主要用作對(duì)無(wú)線電波頻率進(jìn)行控制的毫米波電子振蕩器,或用作帶通濾波器和帶通天線。 晶體諧振器 石英晶體具有壓電特性(即在機(jī)械受力時(shí)產(chǎn)生電荷的能力),因此用作高質(zhì)量的機(jī)電諧振器。當(dāng)壓電材料機(jī)械受力時(shí),其正負(fù)電荷的中心發(fā)生移位,從而產(chǎn)生外部電場(chǎng)。與此相反,在壓電材料上施加外部電場(chǎng)時(shí),可使得該材料發(fā)生拉伸或壓縮。石英晶體諧振器便是利用這一原理制成的器件,其中,首先將石英切割為具有特定尺寸的薄片,然后將該石英片置于兩個(gè)電極之間即可。由于石英的切割方式?jīng)Q定了諧振器的物理和電氣參數(shù),因此石英片按照晶體原材料的切割方法分為不同類型。例如,AT石英片用于要求振蕩器在500kHz~約300MHz范圍內(nèi)工作的電子設(shè)備,而BT石英片能夠以2.536MHz/mm的頻率常數(shù)提供可重復(fù)特性。雖然BT石英片的溫度穩(wěn)定性不如AT石英片,但由于頻率常數(shù)較高,因此可用于高頻應(yīng)用。 陶瓷諧振器 陶瓷諧振器的精確度劣于石英晶體,但由于價(jià)格便宜,因此可以在精確度要求不高的應(yīng)用中用作晶體諧振器的替代品。陶瓷諧振器的工作原理類似于晶體諧振器,也基于材料的壓電特性,相應(yīng)材料例如有鈦酸鉛鋯(PZT)。在陶瓷諧振器中,陶瓷基板由頂?shù)變蓚€(gè)金屬電極夾置于其間。當(dāng)電極上施加電壓時(shí),陶瓷基板開(kāi)始振動(dòng),從而產(chǎn)生取決于基板材料厚度的共振頻率。 SAW和BAW諧振器 類似于晶體諧振器,表面聲波(SAW)諧振器同樣用于高頻應(yīng)用。表面聲波(SAW)諧振器由叉指式換能器構(gòu)成,該換能器的壓電材料上設(shè)有由兩個(gè)光刻工藝形成的光柵反射器。光刻為一種利用光將光敏化學(xué)光致抗蝕劑(也稱光刻膠)上的幾何圖案轉(zhuǎn)移至基板上的工藝。所述兩個(gè)反射器形成諧振腔,而該諧振腔進(jìn)一步由所述換能器連接至外部電路。SAW諧振器的用途包括汽車遙控車門(RKE)裝置、安保系統(tǒng)及車庫(kù)開(kāi)門裝置。BAW諧振器的原理類似于SAW諧振器,只不過(guò)其諧振效應(yīng)由體聲波,而非表面聲波產(chǎn)生。 YIG諧振器 釔鐵石榴石(YIG)諧振器用作振蕩器和濾波器元件。YIG是一種合成石榴石,該材料的磁性使得其能夠以高Q值和低相位噪聲的方式振動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)多倍頻程帶寬。在使用球形釔鐵石榴石單晶作為諧振子的結(jié)構(gòu)中,該球形諧振子安裝于陶瓷棒上,并且由設(shè)于諧振子周圍的一對(duì)極小的半圓環(huán)進(jìn)行電磁耦合。其中,為了防止直接電磁耦合,所述一對(duì)半圓環(huán)相互垂直設(shè)置。YIG諧振器的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)在于,其允許通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度,將頻率調(diào)諧至3GHz~50GHz范圍內(nèi)的任一點(diǎn)上。除此之外,通過(guò)將多個(gè)上述由球形諧振子和一對(duì)半環(huán)組成的結(jié)構(gòu)相互級(jí)聯(lián),還可制成YIG濾波器。