高频低相噪声表面横波振荡器研究

论文摘要

声表面波谐振器用途广泛,可作为频率控制元件用于高稳定性固定频率振荡器、窄带电压控制振荡器和极低相位噪声频率源。石英基片的声表面波谐振器具有工作温度范围宽、温度频率特性能好、尺寸小、可靠性高等一系列特点。特别是低相位噪声的声表面横波谐振器振荡器具有优良的抗振动性能,在移动通信、雷达、卫星和遥测遥控系统中起着举足轻重的作用。本论文以声表面横波器件基本结构的建模分析和振荡器电路设计为重点,采用理论计算与实验制作共进的模式进行研究。首先根据声波传输理论,通过分析反射栅、换能器的工作模式,建立了声学谐振器模型,并编写设计程序优化结构参数,为版图设计提供依据;其次通过分析相位噪声产生的机理,探索了降低相位噪声的方法,设计出声表面横波振荡器电路,并利用ADS2004进行仿真优化;最后研究了DC磁控溅射工艺参数对铝电极性能的影响,完成3-4微米线宽光刻、腐蚀。实验设计并制作出线宽为4μm,基波频率为316.7 MHz的声表面横波谐振器,其插入损耗为9.8 dB,Q高达690;完成调试STW Oscillator,其相位噪声达到了较高指标,在314.8 MHz,偏离载频1KHz处,相位噪声为-80 dBc/Hz。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 声表面横波谐振器理论及设计
• 2.1 声表面横波
• 2.2 声表面横波谐振器
• 2.2.1 反射栅
• 2.2.1.1 基本结构
• 2.2.1.2 反射特性
• 2.2.1.3 周期栅特性
• 2.2.2 叉指换能器
• 2.3 声表面横波谐振器设计
• 2.3.1 横波谐振器设计基础
• 2.3.2 材料选择
• 2.3.3 栅结构
• 2.3.4 铝膜厚度设计
• 2.3.5 结构设计
• 2.4 小结
• 第三章 振荡器理论及应用
• 3.1 振荡器理论
• 3.2 相位噪声
• 3.2.1 相位噪声分析
• 3.2.2 减少相位噪声的措施
• 3.3 振荡器电路设计
• 3.3.1 放大电路设计
• 3.3.2 振荡器仿真
• 3.4 小结
• 第四章 声表面波振荡器工艺研究
• 4.1 初始工艺选择
• 4.1.1 基片清洗
• 4.1.2 铝膜制备
• 4.1.3 甩胶
• 4.1.4 曝光
• 4.1.5 腐蚀
• 4.1.6 剥离
• 4.2 试验结果分析及工艺改进
• 4.3 小结
• 第五章 声表面横波振荡器实验结果分析
• 5.1 结构参数对谐振器传输特性的影响
• 5.2 声表面横波振荡器的测试
• 5.3 小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果