声表面波谐振器在高频无线电遥控电路中的应用.pdf

第22卷湖北师范学院学报 自然科学版 Vol122 第4期Journal of Hubei Normal University Natural Science No14 2002 声表面波谐振器在高频无线电 遥控电路中的应用 余宏生 黄石高等专科学校 计算机与信息工程系 湖北 黄石 435002 摘要 本文介绍了声表面波谐振器的基本原理和主要技术特点 提出了声表面波谐振器在高频无线电遥控 电路中的应用方法 解决了采用LC振荡方式的无线电遥控电路中存在的频率稳定度较差的问题 关 键 词 声表面波谐振器 频率稳定度 高频无线电 中图分类号 TN014 文献标识码 A 文章编号 100922714 2002 0220062204 0 引言 高频无线电遥控电路广泛地应用于很多电子产品中 例如 无线电防盗报警器 电动玩具及工业 电器设备控制器等等 当前这些电子产品中的高频无线电遥控电路一般都采用LC振荡回路产生高 频振荡信号 其振荡频率的频率稳定度主要受以下几个因素的影响 1 振荡回路的标准性 振荡回 路的标准性是指其谐振频率在外界因素变化时保持稳定的能力 它主要取决于振荡回路元件电感L 电容C的温度特性 2 晶体管的极间电容 晶体管的极间电容是振荡回路的一部分 它受结温和工 作电压 电流变化的影响 也是影响频率稳定度的一个重要因素 3 后级负载电容或电感 振荡器 产生的信号通过后级进行放大 后级对振荡器的作用就是负载 负载阻抗的变化一方面将引起谐振 频率的变化 另一方面使振荡回路的有载Q值下降 采用LC振荡回路设计高频无线电遥控电路时 虽然采用了很多稳频措施 但是由于受到谐振回路标准性的限制 其频率稳定度一般在103至104之 间 频率稳定度较差 而且 采用LC振荡回路进行高频电路设计时 需要考虑多方面因素的影响 电 路参数的调整和产品设计的难度较大 在产品的生产过程中 将存在调试难度大 产品的一致性不好 的问题 从而使产品的可靠性难以提高 采用声表面波谐振器作为频率源器件的高频无线电遥控电路 其振荡频率主要同声表面波谐振 器的谐振频率有关 频率稳定度高 性能稳定 体积小 可靠性高 1 声表面波谐振器的基本原理和主要技术特点 声表面波谐振器作为频率源器件 近年来在无线通信 有线电视 无线遥控及防盗报警等产品的 高频电路中得到了越来越广泛的应用 1 1 声表面波谐振器的基本原理 声表面波是沿固体表面传播的机械振动波 它在固体介质中的传播速度大约为光速的十万分之 一 因此 同样频率的信号以声表面波传播时 其波长为自由空间电波长的十万分之一 单端对声表 收稿日期 2002 09 10 作者简介 余宏生 1968 男 讲师 26 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 面波谐振器结构示意图如图1所示 单端对声表面波谐振器采用石英晶体作为基片 在基片的两端 制作反射阵列形成分布式谐振腔 在谐振腔中制作一个叉指换能器完成能量转换 当在两个电极间 施加交变电压时 由于基片的压电效应 在基片表面激起同频率的声表面波 并沿轴线传播 在某一 频率上 谐振腔的长度等于半波长的整数倍 即产生电谐振效果 采用光刻技术制作的声表面波器件 体积小重量轻 易于规模生产 1 2 声表面波谐振器等效LC电路模型 fC IL Q值是谐振器的关键参数 它和静态电容决定了谐振器性能及等效电路参数 等效串联 电阻RM R S RL 1 10 IL 20 1 等效电感LM QL R M RS RL C CM 1 2 C LM C 2 fc IL为插入衰耗 dB 图2是声表面波谐振器等效LC电路模型 在实际声表面波谐振器振荡电路中 谐振器作为并联谐振回路的等效电感元件 或作为谐振短路元件 图1 单端对声表面波谐振器结构示意图图2 声表面波谐振器等效LC电路模型 1 3 声表面波谐振器的主要技术参数 声表面波谐振器是一种性能稳定的 高Q值频率控制元件 基波工作频率从50MHZ到接近 2GHZ 其主要技术特点为 频率特性好 Q值高 性能稳定 可靠性高 且适合于大批量生产 在高频 无线电遥控电路中 一般选用中心频率为315MHz或433MHz的声表面波谐振器 以NDR315为例 中心频率为314 925MHz 带宽为 75KHz 空载的Q值为12500 50 负载的Q 值为2000 频率温度系数为0 037ppm 2 图 2为NDR315典型的特性曲线 1 中心频率fT 声表面波谐振器的中心频率fT是在系统测出的最小插入衰耗点的频率 中心频率偏差 fT一般 在士75 250KHZ 通常振荡器或发射电路的频率接近fT 并且可以通过外围电路元件微调振荡频 率 2 插入衰耗 IL 插入衰耗是声表面波谐振器的一项重要指标 由于高频电路增益较低 如果谐振器插入衰耗大 将使振荡电路无法满足振荡条件而不能起振 也会减小其输出功率 一般谐振器插入衰耗 2dB 3 静态电容 C T CT C0 CP C0为叉指电容 CP为管壳寄生电容 4 Q值 声表面波谐振器的有载Q值介于LC振荡器和石英晶体振荡器之间 单端对 ONE PORT 谐振 器50 有载Q值一般在2000左右 无载Q值可达12500 双端对声表面波谐振器50 有载Q值一般 在8000左右 无载Q值可高达20000左右 5 频率温度系数 频率温度稳定性是声表面波谐振器的又一项重要指标 对于ST切向的石英材料声表面波谐振 器 其频率温度特性可用公式表示 f fc T T0 514 2ppm 36 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 其中 f为频率漂移 HZ fC为中心频率 MHZ T为工作温度 T0为拐点温度 通常振荡 电路的T0为25 2 采用声表面波谐振器的无线电发射电路 高频无线电遥控具有传输距离远 抗干扰能力强等优点 应用领域非常广泛 如遥控灯具 门铃 高级电动玩具和防盗报警等 无线电遥控电路应用声表面波谐振器后 体积小 重量轻 性能稳定可 靠 更重要的是 采用声表面波谐振器后 调试简单 易于大批量生产 图4是无线遥控AM射频发射电路 发射天线可以采用螺旋状磁性天线或微带印刷天线 声表 面波谐振器的外壳最好能够良好的接地 这样有利于提高电路的抗干扰性能 R3 C3组成电源滤波 网络 ANTENNA为高频发射天线 R1 C1组成反馈网络 NDR433为声表面波谐振器 图3 单端对声表面波谐振器典型频率响应图4 无线电AM射频发射电路 3 无线电接收电路 接收电路主要由PIC16C84及无线电信号接收芯RX3310 A部分加上少数的外围元件组成 RX3310A及其外围电路完成无线电信号的接收放大 解调的功能 S1及三极管Q1组成声音报警电 路 L1 C7及天线ANTENNA组成LC振荡选频回路 原理图见图5 RX3310 A为接收ASK调制无线电数字信号的集成电路 一般应用于低功率的无线电系统 RX3310 A只需更改外部电路中电容与电感值 即可适用于150MHz 450MHz频段范围不同的频率 在3V的工作模式下 RX3310 A所消耗的电流仅为2 6mA 而待机状态时所消耗的电流仅为0 025mA 4 结束语 在图4无线电AM射频发射电路中 MODULATION INPUT 端可连接编码芯片或单片机的I O口 本文介绍的发射和接收电路 作为良好的远距离数据传输的界面 已在很多高频无线电产品中得到了 应用 并取得了良好的效果 参考文献 1 陈书明 1 声表面波谐振器应用与市场 1 通信元器件 1999 3 20 2 俞家琦编著 1 高频电子线路 三版 1 西安 西安电子科技出版社 2000 3 陈国华编著 1 电子防盗报警器电路大全 1 北京 电子工业出版社 1997 8 4 杜武林主编 1 高频电路原理与分析 第二版 1 西安 西安电子科技出版社 1999 46 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 图5 无线电接收电路 Application of Surface Acoustic Wave Resonator in High2frequency Radio Rmote Controlling Circuit YU Hong2sheng Department of Computer and Information Engineering Huangshi Polytechnic College Hubei Huangshi 435003 Abstract The basic principles and main charactersof surface acoustic wave resonator are introduced The methodsof using surface a2 coustic wave resonator in high frequency radio remote controlling circuit is broached and the problemof bad frequency stability in ra2 dio remote controlling circuit with LC oscillator circuit has been solved Key words surface acoustic wave resonator frequency stability high2frequency radio 上接第57页 A New Design of Bernoulli Experiment WANG Guo2hong1 FU Zhong2lin2 ZHENGJing 1 Department of Chemistry Hubei Normal University Hubei Huangshi 435002 2 Editor Office Journal of Wuhan Institute of Chemical Technology Hubei Wuhan 430073 Abstract This paper was a new design of Bernoulli experiment It acquired the numerical value of gravitational constant with the method of date processing The result