本發(fā)明涉及微波射頻領域，尤其涉及一種hbar諧振器及可調(diào)諧微波振蕩器。

背景技術：

隨著無線通信設備的飛速發(fā)展，微波射頻領域受到了人們的廣泛關注。頻率的產(chǎn)生源是大部分電子系統(tǒng)不可或缺的組成部分，特別是對微波毫米波頻率源的性能指標要求也越來越高。在很多現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，一些可調(diào)的信號源比如壓控振蕩器也廣泛應用于手機、衛(wèi)星通信、雷達等電子系統(tǒng)，因此對微波頻率源以及可調(diào)頻的微波頻率源的研究具有重要的意義。

傳統(tǒng)的微波信號源的設計一般是采用石英晶體諧振器在低頻下產(chǎn)生振蕩(一般為幾兆赫～幾十兆赫)，然后采用倍頻的辦法形成高頻信號，這樣做的缺點是造成線路復雜、體積大、成本高，同時經(jīng)過幾次倍頻之后，相位噪聲變大。采用介質(zhì)同軸諧振器雖然可直接工作在ghz，具有較好的溫度特性，但是成本較高，q值較低，體積較大；采用聲表面波諧振器雖然具有較高的q值，但由于其固有的叉指結構，受限于加工工藝的精度，很難將工作頻率擴展到ghz以上，而且制作成本較高。

隨著現(xiàn)在各種便攜式的電子設備以及軍事設備的快速應用，使得現(xiàn)在的可調(diào)振蕩器組件不斷向小型化、高頻率、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的基于lc或者晶體諧振器的壓控振蕩器雖然可以產(chǎn)生參考頻率信號，但是頻率較低，所需的各種頻率信號再由這個信號經(jīng)分頻、混頻或倍頻而得到。但與此同時也會帶來電路復雜、體積大而笨重、相位噪聲變大等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中存在的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種hbar諧振器，主要由頂電極、壓電薄膜和底電極組成的夾心換能器結構和其下的基底層構成，頂電極和底電極采用離子鍍鉻-金膜制備，壓電薄膜采用直流磁控濺射zno制備，基底層采用低損耗的藍寶石。

本發(fā)明第二方面提供了一種可調(diào)諧微波振蕩器，包括hbar諧振器、功率放大器和調(diào)諧器，其中，hbar諧振器具有高q值和多模諧振特性，決定環(huán)路振蕩頻率，功率放大器采用低噪聲系數(shù)的元器件組成，用于對信號功率進行放大，調(diào)諧器用于篩選目標頻率信號，通過調(diào)節(jié)調(diào)諧器，使hbar諧振器工作在不同模式上，以改變可調(diào)諧微波振蕩器環(huán)路輸出頻率。

優(yōu)選地，功率放大器主要由高頻低噪聲三極管和第一電阻、第二電阻、第三電阻、第三電容、第四電容構成，調(diào)諧器主要由第一電容、第二電容和電感組成的lc并聯(lián)諧振電路構成，hbar諧振器一端接地，另一端與功率放大器連接。

優(yōu)選地，hbar諧振器具有多模諧振特性，通過調(diào)整調(diào)諧器改變輸出頻率，調(diào)諧方法采用程序控制、電壓控制、開關控制等方法中的任意一種。

優(yōu)選地，lc并聯(lián)諧振電路計算公式為：其中

優(yōu)選地，高頻低噪聲三極管為nec公司的三極管2sc4226。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的hbar諧振器結構示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種可調(diào)諧微波振蕩器簡化電路示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種可調(diào)諧微波振蕩器兩相鄰模式的頻譜圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

圖1為本發(fā)明提供的hbar諧振器結構示意圖，hbar諧振器1是由頂電極10、壓電薄膜11和底電極12組成的夾心換能器結構110和其下的基底層13構成的。

具體地，hbar諧振器1采用mems工藝制備；其中，頂電極10和底電極12采用離子鍍鉻-金膜制備，壓電薄膜11采用直流磁控濺射zno制備，基底層13為低損耗的藍寶石。

具體地，hbar諧振器1在外加電場作用下，壓電薄膜11作厚度方向的伸縮振動，壓電薄膜體聲波換能器110將一部分能量注入低損耗的基底層13諧振腔中形成駐波，從而產(chǎn)生諧振。hbar的一個重要特點是具有多個分立諧振頻率，其頻率間隔是δf＝2v/dm，其中v為基底材料聲速，而dm為基底材料厚度。

具體地，本發(fā)明提供的hbar諧振器1，與傳統(tǒng)的石英晶體諧振器、介質(zhì)諧振器、聲表面波諧振器相比，具有體積小、高q值的優(yōu)勢。根據(jù)hbar諧振器1的q值計算公式：

可以得到hbar諧振器1的q值，其中f為諧振頻率，為輸入阻抗的相位。本發(fā)明提供的hbar諧振器1的q值在10⁴量級，這與產(chǎn)生信號的相位噪聲密切相關，即諧振q值越高，噪聲越低，反之諧振q值越低，噪聲越高。因此本發(fā)明提供的可調(diào)諧微波振蕩器體積更小、相位噪聲更低。

作為具體實施例，本例中hbar諧振器1采用的是低損耗的藍寶石作為基底層13，基底厚度400um，hbar的一個重要特點是具有多個分立諧振頻率，其頻率間隔是δf＝2v/dm，其中v為基底材料縱波聲速，而dm為基底材料厚度。藍寶石材料中的縱波聲速為11350m/s，可以計算得到該hbar諧振器的諧振模式頻率間隔大約為14mhz。

圖2為本發(fā)明提供的一種可調(diào)諧微波振蕩器簡化電路示意圖，包括hbar諧振器1、功率放大器2和調(diào)諧器3。

具體地，功率放大器2主要由高頻低噪聲三極管t和第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第三電容c3、第四電容c4構成，調(diào)諧器3主要由第一電容c1、第二電容c2和電感l(wèi)組成的lc并聯(lián)諧振電路構成，hbar諧振器1一端接地，另一端與功率放大器2連接。

具體地，hbar諧振器1，具有高q值和多模諧振特性，決定環(huán)路振蕩頻率，功率放大器2采用低噪聲系數(shù)的元器件組成，用于對信號功率進行放大，調(diào)諧器3用于篩選目標頻率信號，通過調(diào)節(jié)調(diào)諧器3，使hbar諧振器1工作在不同模式上，以改變可調(diào)諧微波振蕩器環(huán)路輸出頻率。

具體地，hbar諧振器1具有多模諧振特性，通過調(diào)整調(diào)諧器3改變輸出頻率，調(diào)諧方法采用程序控制、電壓控制、開關控制等方法中的任意一種。

具體地，高頻低噪聲三極管為nec公司的三極管2sc4226。

具體地，對于振蕩波來說，電路中的并聯(lián)諧振頻率必須在hbar諧振器1的頻率附近。電感l(wèi)或者電容c可以采用可變電感或者可變電容的形式，在忽略三極管內(nèi)部電容、pcb的寄生電容的情況下，由c1、c2并聯(lián)l組成的lc并聯(lián)諧振電路f計算公式如下：

其中

這僅為進一步優(yōu)化提供了初始的參考值，實際電路要復雜得多，因為實際電路中存在很多寄生電容的影響，這在微波電路中是不容忽視的，比如三極管的極間電容，pcb電容等。r1，r2和r3是直流偏置電阻。當通電以后，lc電路中產(chǎn)生振蕩時，可調(diào)諧微波振蕩器就開始工作，工作頻率通過l、c1、c2來調(diào)整。lc自由振蕩頻率應與hbar諧振器1的目標諧振頻率非常接近，這樣可調(diào)諧微波振蕩器才會穩(wěn)定在期望的目標頻率上。也可以通過采用壓控或者程控的方式對回路的調(diào)諧器進行調(diào)整，從而可以達到調(diào)頻的目的。

圖3為本發(fā)明提供的一種可調(diào)諧微波振蕩器兩相鄰模式的頻譜圖，本發(fā)明提供的電路頻率為1.302ghz，這正好是hbar諧振器1的諧振模式之一，測試得到輸出信號的頻譜，且通過調(diào)整調(diào)諧器在兩相鄰諧振模式之間實現(xiàn)了調(diào)頻功能，頻率間隔14mhz。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。