諧振器對于振蕩器和濾波器得性能至關(guān)重要,常見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。下面就來介紹一下這幾款振蕩器:
電感/電容(LC)儲能電路諧振器
以簡單得晶體管收音機為例,此類收音機將電感/電容(LC)振蕩器用作調(diào)諧器。當(dāng)所接收得無線電信號與LC諧振電路得共振頻率相匹配時,所述調(diào)諧器允許其以相對較低得電阻通過;然而,當(dāng)接收信號與LC電路得共振頻率不同時,該調(diào)諧器將大幅削弱該信號。在該例中,所述諧振器中得電容器或電感器允許調(diào)節(jié)。具體而言,當(dāng)轉(zhuǎn)動收音機上得調(diào)諧鈕時,可實現(xiàn)對相應(yīng)可變元件得調(diào)節(jié),從而使得諧振器得共振頻率發(fā)生變化。大多數(shù)射頻和微波濾波器由一個或多個耦合諧振器組成,而且該諧振器得品質(zhì)因數(shù)(Q因數(shù))決定了相應(yīng)濾波器得接收靈敏度。
傳輸線諧振器和同軸諧振器
傳輸線可實現(xiàn)射頻或微波電磁波得寬帶傳輸。由于傳輸線本身得性質(zhì),可以選擇某一段傳輸線并令其以特定頻率諧振,從而使得其實質(zhì)上構(gòu)成具有極高Q因數(shù)得調(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)濾波器得元器件。
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。此類諧振器通過表面介電常數(shù)得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得波。該諧振頻率由諧振器得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得諧振腔,而且由于εr值較高,因此在小尺寸設(shè)計中較有優(yōu)勢。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)較高得Q因數(shù),因此主要用作對無線電波頻率進(jìn)行控制得毫米波電子振蕩器,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(即在機械受力時產(chǎn)生電荷得能力),因此用作高質(zhì)量得機電諧振器。當(dāng)壓電材料機械受力時,其正負(fù)電荷得中心發(fā)生移位,從而產(chǎn)生外部電場。與此相反,在壓電材料上施加外部電場時,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得器件,其中,首先將石英切割為具有特定尺寸得薄片,然后將該石英片置于兩個電極之間即可。由于石英得切割方式?jīng)Q定了諧振器得物理和電氣參數(shù),因此石英片按照晶體原材料得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)工作得電子設(shè)備,而BT石英片能夠以2.536MHz/mm得頻率常數(shù)提供可重復(fù)特性。雖然BT石英片得溫度穩(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
陶瓷諧振器得精確度劣于石英晶體,但由于價格便宜,因此可以在精確度要求不高得應(yīng)用中用作晶體諧振器得替代品。陶瓷諧振器得工作原理類似于晶體諧振器,也基于材料得壓電特性,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€金屬電極夾置于其間。當(dāng)電極上施加電壓時,陶瓷基板開始振動,從而產(chǎn)生取決于基板材料厚度得共振頻率。
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,該換能器得壓電材料上設(shè)有由兩個光刻工藝形成得光柵反射器。光刻為一種利用光將光敏化學(xué)光致抗蝕劑(也稱光刻膠)上得幾何圖案轉(zhuǎn)移至基板上得工藝。所述兩個反射器形成諧振腔,而該諧振腔進(jìn)一步由所述換能器連接至外部電路。SAW諧振器得用途包括汽車遙控車門(RKE)裝置、安保系統(tǒng)及車庫開門裝置。BAW諧振器得原理類似于SAW諧振器,只不過其諧振效應(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,該材料得磁性使得其能夠以高Q值和低相位噪聲得方式振動,從而實現(xiàn)多倍頻程帶寬。在使用球形釔鐵石榴石單晶作為諧振子得結(jié)構(gòu)中,該球形諧振子安裝于陶瓷棒上,并且由設(shè)于諧振子周圍得一對極小得半圓環(huán)進(jìn)行電磁耦合。其中,為了防止直接電磁耦合,所述一對半圓環(huán)相互垂直設(shè)置。YIG諧振器得一項優(yōu)點在于,其允許通過調(diào)節(jié)磁場強度,將頻率調(diào)諧至3GHz~50GHz范圍內(nèi)得任一點上。除此之外,通過將多個上述由球形諧振子和一對半環(huán)組成得結(jié)構(gòu)相互級聯(lián),還可制成YIG濾波器。