Улучшение моночастотности кварцевых резонаторов двухповоротных срезов организацией пространственной селекции мод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Ложников Алексей Олегович

• Ложников Алексей Олегович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Ложников Алексей Олегович

Введение

1 Аналитические и патентные исследования моночастотности кварцевых резонаторов двухповоротных срезов

1.1 Краткая характеристика рассматриваемой проблемы

1.2 Исследование вопроса применения резонаторов двухповоротных срезов

1.3 Схемотехнические методы решения проблемы моночастотности

1.4 Генераторы с использованием двух мод возбуждения

1.5 Исследование вопросов достижения моночастотности в кварцевых резонаторах двухповоротных срезов

1.5.1 Резонаторы с использованием параллельного поля

1.5.2 Резонаторы с использованием ангармонических колебаний

1.5.3 Ослабление моды В конструкцией кристаллического элемента

1.6 Выводы и постановка задач исследования

2 Расчет пьезоэлементов кварцевых резонаторов двухповоротных срезов

2.1 Основные положения теории расчета пьезоэлектрических резонаторов

2.1.1 Кристаллическая структура а-кварца и пьезоэффект

2.1.2 Описание физических свойств пьезоэлектрических резонаторов с помощью тензоров и матриц

2.1.3 Расчет пьезоэлектрических и механических констант резонаторов двухповоротных срезов

2.1.4 Расчет параметров колебаний

2.1.5 Эквивалентные параметры резонатора и методы их измерений

2.1.6 Расчет эквивалентных параметров резонатора и их измерение

2.2 Расчет спектра колебаний

2.3 Расчет распределения плотности тока на поверхности кристаллического элемента

2.4 Разработка методики расчета распределения плотности тока на поверхности кристаллического элемента

2.5 Выводы по главе

3 Экспериментальные исследования кварцевых резонаторов двухповоротных срезов с улучшенной моночастотностью

3.1 Изготовление пьезоэлементов

3.2 Исследование новых топологий пьезоэлементов

3.3 Исследование резонаторов с улучшенной моночастотностью

3.3.1 Конструкция резонатора-термостата

3.3.2 Исследование моночастотности резонаторов

3.3.3 Исследование резонаторов с улучшенной моночастотностью в

интервале температур

3.3.3 Выводы по новой конструкции

3.4 Исследование новой конструкции в составе кварцевого генератора

3.5 Разработка топологий пьезоэлементов для различных срезов

3.6 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А. Текст дескрипторного файла описания расчета в

программе FlexPDE

Приложение Б. Свидетельства о поверке приборов

Приложение В. Акт внедрения результатов диссертационной работы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Улучшение моночастотности кварцевых резонаторов двухповоротных срезов организацией пространственной селекции мод»

Актуальность темы исследования.

Стабильность и надежность источников опорных колебаний определяет качество и устойчивость радиосвязи, точность определения координат и скорости объектов, точность измерения электрических и неэлектрических величин в радиотехнических системах. Изменение температуры окружающей среды, как правило, оказывает наибольшее влияние на стабильность частоты. Термостатированные кварцевые генераторы (ТСКГ) обеспечивают наилучшую температурную стабильность среди генераторов на основе пьезоэлектриков. В настоящее время наиболее перспективны генераторы на основе резонаторов -термостатов (РТ), в которых термостатируется только пьезоэлемент. Среди ТСКГ такие генераторы имеют наименьшее энергопотребление и меньшие габаритные размеры, но при этом влияние температуры окружающей среды на стабильность в них более существенно.

Основой большинства ТСКГ, являются кварцевые резонаторы двухповоротных срезов ТД, БС и 1Т. Резонаторы на основе кристаллических элементов (КЭ) данных срезов, по сравнению с резонаторами на основе наиболее популярного АТ среза, имеют основное преимущество - меньшее влияние климатических и механических воздействий на частоту, что объясняет их широкое применение. При этом у резонаторов двухповоротных срезов имеется один существенный недостаток - недостаточная моночастотность, связанная с более высокой добротностью и низким динамическим сопротивлением побочного колебания (мода В), по сравнению с основным колебанием (мода С). Так как значение частоты побочного колебания всего на ~10 % превышает частоту основного, схему автогенератора приходится усложнять, вводя в неё дополнительные селективные элементы, в основном резонансные цепи на основе катушек индуктивности. Данное изменение схемы приводит к ухудшению температурной и долговременной стабильности генератора, что нашло отражение

в работах А.М. Семиглазова, С.Л. Куниной, Г.Б. Альтшуллера. Кроме того, недостаточная моночастотность может приводить к провалам выходного напряжения и генерации побочной частоты, что снижает надежность таких ТСКГ.

Вопросы ослабления побочных колебаний конструкцией резонатора рассмотрены в работах И.В. Абрамзона, А.Н. Дикиджи, К. Вайса (К. Weiss), А. Мазукевича (А. Masiukiewicz), Р. Буркина (R. Bourquin), Е. Иерниссе (E. EerNisse) и др. Резонаторы, представленные в данных работах, имеют ряд недостатков, связанных с большим динамическим сопротивлением рабочего колебания, недостаточным ослаблением побочных колебаний или применением первой механической гармоники, которая не используется для ТСКГ.

Таким образом, для создания перспективных высокостабильных генераторов необходимы специализированные кварцевые резонаторы с улучшенной моночастотностью.

Основная идея работы состоит в использовании принципа конгруэнтности топологий возбуждающих электродов полям плотности токов мод по поверхности пьезоэлемента для осуществления пространственной селекции мод (возбуждения нужных колебаний).

Объектом исследования диссертационной работы являются пьезоэлементы двухповоротных срезов резонаторов для термостатированных кварцевых генераторов.

Предметом исследования диссертационной работы являются распределение плотности токов по поверхности пьезоэлемента, моночастотность и спектр колебаний кварцевых резонаторов двухповоротных срезов, а также их динамические параметры.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка кварцевых резонаторов двухповоротных срезов, обладающих улучшенной моночастотностью, позволяющей исключить элементы селекции из схем ТСКГ.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:

- проанализировать моночастотность существующих конструкций кварцевых резонаторов двухповоротных срезов;

- выполнить математическое моделирование спектра колебаний и полей поверхностной плотности токов кристаллических элементов двухповоротных срезов;

- провести экспериментальные исследования пьезоэлементов, выполненных на основе результатов моделирования;

- провести оценку применимости новых конструкций пьезоэлементов в составе ТСКГ;

- провести исследования ТСКГ на основе резонаторов новой конструкции.

Методы исследования. Для решения поставленных задач используются:

- методы тензорной алгебры для расчета значений пьезоэлектрических констант, модулей упругости и вязкости;

- метод конечных элементов для математического моделирования пьезоэлементов;

- экспериментальные методы исследований;

- методы статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна. В процессе исследований получены следующие

новые научные результаты:

1. Разработана методика моделирования полей плотности токов различных мод колебаний в пьезоэлементах двухповоротных срезов.

2. Установлено, что распределения плотностей токов по поверхности пьезоэлемента побочной моды В и рабочей моды С отличаются друг от друга и асимметричны относительно центра пьезоэлемента.

3. Предложены топологии электродов (патент РФ № 2546313), обеспечивающие существенное изменение уровней активности возбуждаемой (С) и побочной (В) мод в пользу рабочей моды С.

4. Предложен принцип пространственной селекции колебаний в пьезоэлементе, основанный на конгруэнтности форм и места расположения электродов полям плотности тока данного колебания.

5. Теоретически и экспериментально показано, что конструкции с асимметричными электродами, имеют меньшие значения емкостных коэффициентов, что говорит о более эффективном возбуждении колебаний рабочей моды С.

Практическая ценность научной работы заключается в следующем:

- методика расчета распределения плотности токов на поверхности кристаллического элемента позволяет разрабатывать резонаторы с улучшенной моночастотностью и уменьшенным емкостным коэффициентом;

- разработанные пьезоэлементы позволяют улучшить температурную стабильность термостатированных кварцевых генераторов. Отсутствие дополнительных элементов в схеме автогенератора также позволяет улучшить экономические показатели термостатированных генераторов за счет уменьшения трудоемкости при его сборке и настройке.

Результаты работы нашли применение при разработках кварцевых генераторов в АО «ОНИИП», что подтверждено актом внедрения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика расчета распределений плотности токов мод по поверхности пьезоэлемента.

2. Результаты расчетов распределений поверхностной плотности тока для мод С и В кристаллических элементов двухповоротных срезов.

3. Конструкции (топологии) электродов, обеспечивающие требуемое соотношение динамических сопротивлений мод В и С в резонаторах ТД среза.

4. Принцип пространственной селекции мод колебаний, основанный на конгруэнтности форм и места расположения электродов полям уровня токов мод.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований кварцевых резонаторов со смещенными относительно центра электродами.

Достоверность полученных в работе результатов.

Достоверность проведенных расчетов и исследований, а также научных положений, результатов и выводов диссертации обусловливается соответствием полученных теоретических результатов с собственными экспериментальными

данными, а также с экспериментальными данными, полученными другими авторами; использованием современной метрологически аттестованной аппаратуры и отсутствием противоречий фундаментальным законам физики и математики.

Личный вклад автора

Все результаты работы получены автором лично или при непосредственном его участии. Разработка программы распределения плотностей токов и разработка на её основе методики расчета выполнена совместно с А.Н. Лепетаевым. Все теоретические и экспериментальные исследования и обработка их результатов выполнены лично автором. Роль автора в постановке задач, выдвижении идей, разработке основных положений и обосновании решений носит определяющий характер.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах: Международный симпозиум по стабилизации частоты (IEEE International Frequency Control Symposium, Тайвань, 2014), II Международная научно-техническая конференция «Радиотехника, электроника и связь» (Омск, 2013), Международная научно-практическая конференция ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов промышленности и связи, посвященная Дню радио «Наука, образование, бизнес» (Омск, 2015), Международная конференция для молодых ученых (Wave Electronics and its Applications in the Information and Telecommunication Systems, Санкт-Петербург, 2015 и 2016).

Публикации.

Основные теоретические и практические результаты диссертации представлены в 12 печатных работах, среди которых 4 публикации в рецензируемых изданиях, рекомендованных действующим перечнем ВАК, и 1 патент на изобретение.

Благодарности.

Автор считает своим долгом выразить глубочайшую благодарность научному руководителю к.т.н., доценту Лепетаеву А.Н. за неоценимый вклад и помощь при работе над диссертацией.

1 Аналитические и патентные исследования моночастотности кварцевых

резонаторов двухповоротных срезов

1.1 Краткая характеристика рассматриваемой проблемы

Устройства стабилизации частоты обеспечивают точность работы современной электроники. Кварцевый пьезоэлемент внутри кварцевого резонатора является "сердцем" почти всех устройств стабилизации частоты. Невозможно представить современный мир без этих устройств. Все системы связи, телефоны, радио, телевидение, компьютеры, системы радиолокации и радионавигации невозможно было бы реализовать без источников стабильной частоты.

С каждым годом растут требования к стабильности частоты таких устройств, например, генераторы системы радиосвязи во время Второй Мировой войны имели стабильность 200 ррт [1], когда как системы 70-х годов уже имели стабильность до 0,5 ррт [2]. В настоящее время требуется широкий спектр таких

устройств с разными требованиями по стабильности, и в некоторых редких

12

случаях требуются генераторы со стабильностью частоты 5-10 . Т.е. в 100 тысяч раз выше, чем высокостабильные устройства 70-х годов [3].

В современных системах связи более высокая стабильность частоты позволяет большему числу пользователей одновременно вести сеансы связи. Например, широкополосным цифровым системам нужны источники частоты, которые обладают эксплуатационной стабильностью от 5 до 0,001 ррт и низким уровнем шумов [3]. Уровень шумов также ограничивает емкость системы связи, т.к. шумы передатчика в одном канале влияют на соседние каналы. Таким образом, более низкий уровень шумов позволяет увеличить количество каналов.

Увеличение стабильности частоты в приемопередатчиках позволяет осуществлять связь в условиях «глушения» сигналов [4, 5]. Причем, чем больше расстояние между источниками связи, тем выше нужна стабильность, например, при расстоянии между ними 1 км требуется стабильность 4-10-10.

Стабильность частоты также играет ключевую роль в точности определения

местоположения в системах спутниковой навигации. На спутниках установлены

12

прецизионные атомные стандарты частоты со стабильностью Г10- . Устройства спутниковой навигации, принимая сигналы со спутников, определяют свое местоположение. Для максимально точного и быстрого определения местоположения необходима стабильность частоты 1 •Ю-9, и, чем она хуже, тем больше времени будет затрачено на определение местоположения и хуже будет точность.

Для радиолокации самый важный параметр источника частоты - уровень фазовых шумов. Чем меньше скорость объекта, тем меньший уровень фазовых шумов требуется при отстройках 1-100 Гц от номинальной частоты [6].

В настоящее время наиболее стабильными источниками частоты являются квантовые стандарты частоты (водородные, рубидиевые, цезиевые). Они имеют долговременную стабильность частоты лучше, чем Г10-11 за 1 год. Недостатки таких устройств: большие габариты, вес, потребляемая мощность, время выхода на режим (порядка 1 часа) и высокая стоимость. Все это ограничивает область их использования сферой первичных и вторичных источников частоты в стационарной аппаратуре или в аппаратуре, где требуется повышенная точность частоты, например, приемопередатчики спутников.

Стоит отметить, что существуют цезиевые и рубидиевые стандарты частоты

3

объемом 16 см с потребляемой мощностью 260 мВт, обладающие долговременной стабильностью 1 •Ю-11 за 1 сутки, однако их фазовые шумы и кратковременная стабильность частоты ограничены кварцевым генератором, управляемым напряжением, встроенным в стандарт [7].

Генераторы с кварцевыми резонаторами обладают худшей долговременной стабильностью, схожей температурной стабильностью и лучшими показателями по кратковременной стабильности и фазовым шумам по сравнению с квантовыми стандартами [8]. Таким образом, для применений, где значение долговременной стабильности требуется хуже, чем 1 •Ю-11 за 1 сутки, и, учитывая большую

стоимость квантовых стандартов, широкое распространение в качестве источников частоты получили кварцевые генераторы [9].

При рассмотрении различных факторов, влияющих на стабильность частоты кварцевого генератора, самым заметным является - изменение температуры окружающей среды. Исходя из требований температурной стабильности, кварцевые генераторы делятся на три класса: тактовые, термостатированные и термокомпенсированные. Прочие требования по стабильности, например, долговременная стабильность частоты за 1 месяц, 1 год работы или стабильность частоты от воздействия внешних дестабилизирующих факторов, например, механических воздействий, должны быть соизмеримы с температурной. В противном случае генераторы не смогут найти широкого применения.

Тактовые кварцевые генераторы обладают наименьшими габаритами, потребляемой мощностью и временем готовности, однако их температурная стабильность определяется кварцевым резонатором, поэтому они имеют наихудшую температурную стабильность частоты от 20 до 100 ррт, что ограничивает область их применения. В настоящее время их повсеместно заменяют МЕМБ-генераторы без использования кварца, которые полностью изготавливаются по микроэлектронной технологии и за счет этого могут обладать меньшими габаритными размерами (2x2,5 мм) и меньшей стоимостью [10]. Такие генераторы применяются повсеместно в часах, компьютерах, телефонах, аудио, видеотехнике и т. д [3].

В термокомпенсированных генераторах дестабилизирующий фактор (изменение температуры окружающей среды) влияет на термочувствительный элемент, например терморезистор, меняя его сопротивление. Изменение сопротивления приводит к изменению напряжения в делителе, которое преобразовывается таким образом, чтобы его воздействие на элемент управления частотой (обычно варикап) компенсировало уходы частоты во всем интервале рабочих температур с требуемой точностью. Такие генераторы обычно имеют энергопотребление схожее с обычными тактовыми генераторами, но при этом обладают лучшей в 20... 50 раз температурной стабильностью. Требования к

резонаторам таких генераторов гораздо выше, чем к резонаторам для тактовых. Их температурно-частотная характеристика (ТЧХ) должна иметь монотонный характер, иначе термокомпенсация будет не возможна. Современные термокомпенсированные генераторы представляют собой металлокерамический корпус, внутри которого расположена специализированная микросхема и пьезоэлемент. Стабильность частоты таких устройств лежит в районе 0,1... 2 ррт, типовые габаритные размеры 5x3,2 или 7x5 мм [11]. Из-за особых требований к резонатору, специализированной микросхемы и большей трудоемкости настройки, стоимость таких генераторов в 10. 100 раз больше тактовых. В некоторых устройствах отсутствует альтернатива таким генераторам. Например, для мобильных радиостанций военного назначения или устройств навигации. Это связано с тем, что при требуемой стабильности частоты они имеют минимальное энергопотребление и габаритные размеры. Например, генератор на 20 МГц с температурной стабильностью 5-10- при питании 3,3 Вольта потребляет ток 3,3 мА [12].

Для достижения лучшей температурной стабильности используются термостатированные генераторы, в которых температура резонатора или части схемы генератора с резонатором поддерживается такой, чтобы она была выше максимальной или меньше минимальной рабочей температуры среды. Причем в основном используются системы с нагревом, так как охлаждение значительно увеличивает габаритные размеры и потребляемую мощность. Такие генераторы имеют ограничение по максимальной рабочей температуре, так как её увеличение увеличивает температуру термостатирования, что приводит к возрастанию мощности нагрева, ухудшению долговременной стабильности и надежности. Термостатированием устраняется влияние изменения температуры окружающей среды на частоту генератора. Данный класс генераторов в настоящее время имеет наилучшую стабильность среди кварцевых генераторов. Температурная стабильность таких генераторов в случае применения двойного термостатирования может достигать 5Т0-11 в интервале температур от минус 40 до +80 °С [13]. Однако потребляемая мощность таких генераторов в

установившемся режиме составляет 5-10 Вт и достигает 12-15 Вт в момент включения. Время достижения точности частоты 1Т0- таких генераторов 10-15 минут, что не позволяет после включения оперативно использовать такие системы. В таблице 1.1 [21-23] приведены характеристики некоторых моделей термостатированных генераторов, выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью.

Таблица 1.1 - Характеристики термостатированных генераторов

Параметры Модель генератора

ГК193-ТС М41001 ГК216-ТС ГК197-ТС ГК218-ТС

Производитель АО «Пьезо» АО «ОНИИП» АО «Морион» АО «Морион» АО «Морион»

Количество ступеней термостатирования 1 2 2 1 1

Диапазон частот, МГц 10. 40 10. 15 5, 10 5, 10 48-1200

Размеры корпуса, мм 36x27x18,8 33x33x17 51x51x38 36x27x10 26x26x10,3

Температурная стабильность в интервалах: • -10... 60 °С • -20. 70 °С • -40. 70 °С ±110-8 ±5-10-8 ±5-10-10 ±1-1-10 ±1-1-10 ±2-10-10 ±5-10-10 ±5-10-10 ±5-10-10 ±7,5-10-8 ±1-10-7 ±1-10-7

Долговременная стабильность частоты: • за год • за 10 лет -- ±1-10-8 ±5-10-9 ±3-10-8 ±2-10-8 ±1-10-7

Кратковременная стабильность частоты за 1 с ±2-10-12 ±5-10-12 ±2-10-12 ±2-10-12

Фазовый шум, дБ/Гц, при отстройке от несущей: • 1 Гц, • 100 Гц, • 10000 Гц 10 МГц -130 -158 10 МГц -150 -160 5 МГц -105 -145 -155 10 МГц -100 -155 -165 100 МГц -127 -167

Потребляемый ток (мА): • стационарный • макс. при разогреве 100 (12В) 300 (12В) 125 (12В) 333 (12В) 350 (12В) 1200 (12В) 150 (12В) 400 (12В) 115 (12В) 370 (12В)

Время установления частоты с точностью 1 • 10-7, минут. 10 15 (1-10-8) 1 1

Можно отметить, что параметры отечественных изделий в данном сегменте схожи с лучшими импортными.

Из таблицы 1.1 видно, что большинство серийных термостатированных кварцевых генераторов (ТСКГ) имеют потребляемую мощность в стационарном режиме 1... 4 Вт и время установления частоты 1... 15 минут [14-20].

В типовых термостатированных генераторах (таблица 1.1) подогревается не только резонатор, но и плата с автогенератором. Благодаря этому достигается высокая температурная стабильность. Однако такие генераторы имеют значительный недостаток - большая потребляемая мощность, которая превышает 3 Вт в момент включения и 1 Вт в установившемся режиме. Это ограничивает применение таких генераторов в аппаратуре с батарейным питанием.

Для устранения данного недостатка была реализована идея построения резонаторов - термостатов. Резонатор-термостат (РТ) представляет собой резонатор с внутренним термостатированием. В держателе РТ вместе с пьезоэлементом смонтированы нагреватель, датчик температуры и теплораспределительные элементы термостата. Вакуум резонатора служит наиболее эффективной теплоизоляцией термостатируемого узла, а корпус резонатора одновременно является и корпусом термостата [24].

Потребляемая мощность генераторов на основе РТ может достигать 0.15 Вт при времени установления частоты 15. 90 сек. В таблице 1.2 приведены характеристики некоторых моделей термостатированных генераторов на основе РТ, выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью, являющейся передовой по данному классу изделий.

Из таблицы видно, что температурная стабильность генераторов на основе РТ может достигать стабильности термостатированных генераторов обычной конструкции. Особенно выделяется по данному параметру генератор МХ037/К (ООО «Мэджик Кристалл») [25], температурная стабильность которого может достигать ±5-10-10 в интервале температур от минус 50 до 70 °С. Но основная масса таких генераторов имеет температурную стабильность ±2. 5-10- в интервале температур от минус 50 (60) до 70 °С. Также у таких генераторов

недостижима долговременная стабильность генераторов традиционной конструкции ±5-10-9 за год. Так генераторы на основе РТ производства ООО

о

«Мэджик Кристалл» имеют долговременную стабильность в 4 раза хуже (±2-10-за год), а генераторы, изготавливаемые под контролем военного представительства (ВП, категория качества «ВП») - в 20 раз хуже (±1-10" за год). Таблица 1.2 - Характеристики генераторов на основе

резонаторов-термостатов [22, 23, 25]

Параметры М одель генератора

ГК215-ТС М32008 М32012В МХ037/8 МХ037/Я

Производитель АО «Морион» АО «ОНИИП» АО «ОНИИП» ООО «Мэджик Кристалл» ООО «Мэджик Кристалл»

Диапазон частот, МГц 10,0 8-13 8-13 8-100 8-150

Размеры корпуса, мм 46x31x17 36x27x12,5 20,5x20,5х 12,5 15,1х15,9х 10 20,2х20,2х 11,7

Температурная нестабильность в интервалах: • -50... 70 °С • -60. 70 °С ±3-10-8 ±5-10-8 ±1-10-7 ±2-10-8 ±5-10-10

Долговременная нестабильность частоты: • за сутки • за год ±5-10-9 ±2-10-7 ±5-10-10 ±1-10-7 ±5-10-10 ±1-10-7 ±2-10-10 ±2-10-8 ±2-10-10 ±2-10-8

Кратковременная нестабильность частоты за 1 с ±2-10-11 ±5-10-11 ±3-10-11 ±2-10-11 ±5-10-12

Фазовый шум, дБ/Гц, при отстройке от несущей: • 1 Гц, • 100 Гц, • 10000 Гц -140 -155 -145 -160 -145 -160 -95 -145 -165 -95 -145 -165

Потребляемый ток (мА): • стационарный • макс. при разогреве 40 (12В) 250 (12В) 25 (12В) 125 (12В) 25 (12В) 125(12В) 30 (5В) 140 (5В) 36 (5В) 240 (5В)

Время установления частоты с точностью Г10" , секунд. 60 (2^10-7) 15 15 15 90

Категория качества «ВП» «ВП» «ВП» - -

Таким образом, генераторы на основе РТ имеют в 4. 10 раз меньше время разогрева, в 5. 14 раз меньшую потребляемую мощность и схожий уровень фазовых шумов по сравнению с ТСКГ традиционной конструкции. Но при этом обладают худшей температурной и долговременной стабильностью, что может ограничивать их применение. В результате можно сделать вывод, что улучшение температурной и долговременной стабильности генераторов на основе РТ задача не решенная. Ухудшение долговременной стабильности в первую очередь связано с дополнительными элементами внутри вакуумного объема, ухудшение температурной стабильности - влиянием изменения температуры окружающей среды на электрическую схему, находящуюся за пределами термостатированного объема.

Задающим частоту элементом во всех генераторах, перечисленных в таблицах 1.1, 1.2 и большинстве термостатированных прецизионных генераторов, является пьезоэлемент на основе кварцевого кристаллического элемента (КЗ) двухповоротного среза. Благодаря особенностям таких пьезоэлементов, они широко применяются в резонаторах для высокостабильных генераторов.

1.2 Исследование вопроса применения резонаторов двухповоротных

срезов

Первые данные о кварцевых резонаторах, выполненных на основе пьезоэлементов двухповоротных срезов, были опубликованы в 1935 году [26]. Американские разработчики получили V-cpeз, улучшив ТЧХ существовавших на тот момент кварцевых резонаторов. Наиболее применимыми на сегодня для пьезоэлементов резонаторов двухповоротных срезов являются ТД-срез (1969 год) [27] и SC-cpeз, упомянутый в 1974 году [26].

Базовым для этих срезов является срез AT. Отличия от него - угол ф поворота против часовой стрелки вокруг кристаллографической оси Ъ (рисунок 1.1). Так угол ф для среза АТ равен 0°, для ТД - 23°, а для SC - 22°. Угол поворота вокруг кристаллографической оси X - 0, зависящий от значения температуры термостатирования, может изменяться от 33,5° до 35,5° (рис.1.1).

X X1

Рисунок 1.1 - Срез АТ и двухповоротные срезы ТД, SC

Несмотря на большую сложность в изготовлении КЗ из-за выполнения второго поворота, резонаторы семейства срезов ТД, БС широко применяются. Это связано с рядом преимуществ по сравнению с резонаторами на основе наиболее популярного и более простого в изготовлении АТ среза. Например, одинаковое изменение температуры около температуры экстремума ТЧХ вызывает в резонаторе среза АТ в два раза большее изменение частоты, чем в резонаторах срезов ТД и SC. То есть для того, чтобы получить те же самые изменения частоты для резонаторов среза АТ, необходима значительно более строгая стабилизации температуры термостата. Также резонаторы двухповоротных срезов имеют гораздо меньшее значение температурного динамического коэффициента частоты, что на практике дает примерно пятикратное уменьшение времени стабилизации частоты с точностью

1х10-8 [28]. К остальным преимуществам относятся меньшее влияние механических воздействий на частоту, меньшее влияние материала и формы электрода на долговременную стабильность, меньшая чувствительность к мощности возбуждения, большее значение емкостного коэффициента. Благодаря этим преимуществам резонаторы двухповоротных срезов при использовании в высокостабильных термостатированных кварцевых генераторах применяются в большинстве случаев.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ложников Алексей Олегович, 2017 год

Список литературы

1. Havel, J.M. Crystal requirements for future military equipment / J.M. Havel // Proceedings of the 10th Annual Symposium on Frequency Control. - 1956. -P. 440-454.

2. Hather, E. Frequency control aspects in Army communications and surveillance / E. Hather // Proceedings of the 26th Annual Symposium on Frequency Control. - 1972. -P. 15-19.

3. Vig, J. Frequency control devices / J. Vig, A. Ballato // Ultrasonic Instruments and Devices. Academic Press. - New York. - 1999. - P. 637-701.

4. Dixon, R.C. Spread Spectrum Systems / R.C. Dixon // John Wiley & Sons. - New York. - 1976.

5. Robertson, A.D. Tactical jamming / A.D. Robertson, F.C.Painter // Defense Science and Engineering. - 1985. - P. 20-28.

6. Willis, N.J. Bistatic Radar / N.J. Willis, M.I. Skolnik // Radar Handbook. - Chapter 25. - Mc-Graw-Hill Publishing Co. - 1990.

7. Peter, C. Low Noise Chip Scale Atomic Clock (LNCSAC) / C. Peter, B. Dan, G. Ramesh, M. David // Proceedings of 2014 IEEE International Frequency Control Symposium : Taipei, Taiwan, 19-22 May, 2014. - P. 253-256.

8. Abramzon, I. Ultra Stable Low Power OCXOs Based on IHR Technology / I. Abramzon, V. Tapkov // Microwave Journal. - Vol. 59. - № 2. - 2016. - P. 116-121.

9. Quartz Crystal Resonators and Oscillators [Электронный ресурс] // http://www.ieee-uffc.org URL: http://www.ieee-uffc.org/frequency-control/learning/vig/Vig-tutorial.ppt (дата обращения 01.09.2016).

10. Устройства генерирования сигналов [Электронный ресурс] // www.silabs.com URL: http://www.silabs.com/products/clocksoscillators/Oscillators/Pages/default.aspx (дата обращения 01.09.2016).

11. Ложников А.О. Миниатюрные термокомпенсированные кварцевые генераторы / А.О. Ложников // Современная электроника. - 2016. - № 4. - C. 52-53.

12. Справочные данные [Электронный ресурс] // ГК176 URL: http://morion.com.ru/catalog_pdf/95,rK176-TK.pdf (дата обращения 01.09.2016).

13. Справочные данные [Электронный ресурс] // ГК360 URL: http://morion.com.ru/catalog_pdf/69,rK360-TC.pdf (дата обращения 01.09.2016).

14. Альтшуллер Г.Б. Кварцевая стабилизация частоты. М. : Связь, 1974. 276 с.

15. Альтшуллер Г.Б., Елфимов Н.Н., Шакулин В.Г. Кварцевые генераторы : справочное пособие. М. : Радио и связь, 1984. 232 с.

16. Вороховский Я.Л. Шесть базовых моделей прецизионных малошумящих кварцевых генераторов для современного телекоммуникационного и навигационного оборудования /Я.Л. Вороховский // Электронные компоненты. -1999. - № 4. - C. 64-65.

17. Ингберман М.И., Фромберг Э.М., Грабой Л.П. Термостатирование в технике связи. М. : Связь, 1979. 144 с.

18. Сергиенко А.В. Цифровая программируемая схема термокомпенсации ухода частоты кварцевого генератора / А.В. Сергиенко, А.М. Семиглазов // Стабилизация частоты. М., 1980.- C. 48-49.

19. Шитиков Г.Т., Цыганков П.Я., Орлов О.М. Высокостабильные кварцевые автогенераторы. М. : Советское радио, 1974. 376 с.

20. Шитиков Г.Т. Стабильные автогенераторы метровых и дециметровых волн. М. : Радио и связь, 1983. 256с.

21. Справочные данные [Электронный ресурс] // ГК193 URL: http://www.oaopiezo.com/osc_gk193_ts.html (дата обращения 01.09.2016).

22. Опорные генераторы [Электронный ресурс] // http://www.oniip.ru URL: http://www.oniip.ru/produkcia/list.php?SECTION_ID=97 (дата обращения 08.09.2016).

23. Термостатированные кварцевые генераторы [Электронный ресурс] // http://www.morion.com.ru URL: http://morion.com.ru/rus/oscillators/ocxo/ (дата обращения 08.09.2016).

24. Пьезоэлектрические резонаторы : отравочник/ В.Г. Андросова и др.; под ред. П.Е. Кандыбы, П.Г и Позднякова. М. : Радио и связь, 1992. 392 с.

25. Продукция [Электронный ресурс] // http://www.mxtal.ru URL: http: //www.mxtal .ru/ru/products/index.php?S=73 &C=80&I=247 (дата обращения 08.09.2016).

26. Ballato A. Doubly rotated thickness mode plate vibrators / A. Ballato // Physical Acoustics. Academic Press. - New York. - 1977. - P. 115-181.

27. А. с. 243977 СССР. Устройство для стабилизации частоты генераторов / А.Н. Дикиджи, Л.Ш. Дикиджи, Л.Е. Ивлев, В.С. Теренько // Бюл. № 17. - 3.07.1967. -Опубл. 14.05.1969.

28. Gnievinska B. Termiczne wlasnosci dynamiczne rezonatorow kwarcowych / B. Gniewinska // Elektronika. - 1978. - V. 19. - P. 309-314.

29. Christoffel E. B. Ueber die fortpflanzung von stossen durch elastische feste korper / Christoffel E.B. // Annali di matematica pura ed applicata. - Series 2. - 1877. - P. 193-243.

30. ГОСТ 18669-73. Резонаторы пьезоэлектрические. Термины и определения. Часть 1 : Сб. стандартов. - М. : ИПК Издательство стандартов, 2005

31. Burgoon R. Design aspects of an oscillator using the SC-cut crystal / R. Burgoon, R. Wilson // Proceedings of the 33th Annual Symposium on Frequency Control. - 1979. -P. 411-416.

32. Abramzon I. High-stability miniature OCXOs based on advanced IHR technology / I. Abramzon, S. Baranushkin, A. Gubarev, O. Rotova, V. Tapkov // Proceedings of 2007 IEEE International Frequency Control Symposium. - 2007. - P. 242-245.

33. Семиглазов А.М. Кварцевые генераторы. М. : Радио и связь, 1982. 87 с.

34. Кунина С.Л. Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты на полупроводниковых триодах. М. : ГОСИНТИ, вып. 5, 1962. 5 с.

35. Альтшуллер Г.Б. Управление частотой кварцевых генераторов. - М. : Связь, 1975. - 304 с.

36. Matthys R.J. Crystal oscillator circuits. Krieger publisning company, 1992. 252 p.

37. Kosykh A.V. Dual-mode crystal oscillators with resonators excited on B and C modes / A.V. Kosykh, I.V. Abramson, V.P. Bagaev // Proceedings of 1994 IEEE International Frequency Control Symposium. - 1994. - P. 578-586.

38. Lepetaev A. Resonators for dual-mode excitation : the new concept of design / A. Lepetaev, A. Kosykh // Proceedings of conference on precision oscillations in electronics and optics. Ukraine, 2005. - P. 222-224.

39. Результаты исследования термостатированного кварцевого генератора с двухмодовым возбуждением резонатора ТД-среза на численно-аналитической модели / И.В. Хоменко // Омский научный вестник. - 2008. - № 3 (70). - С. 115-121.

40. Пат. 2122278 Российская федерация, МПК Н03В5/32. Термостатированный кварцевый генератор и способ настройки его терморегулятора. / С.В. Анастасьев, А.А. Волков, Я.Л. Вороховский, А.И. Дубинчик, Э.Л. Китанин. Заявитель и патентообладатель ОАО «Морион». - № 97111764/09; опубл. 20.11.1998. - 9 с.

41. Пат. 2463700 Российская федерация, МПК Н03В5/32. Терморегулятор термостатированного генератора и способ настройки данного терморегулятора / И.В. Хоменко. Заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет", общество с ограниченной ответственностью "Точная электроника" (RU). - № 2011115574/08; опубл. 10.10.2012. - 5 с.

42. Абрамзон И.В. Кварцевые резонаторы двухповоротных у-срезов с подавленной В-модой / И.В. Абрамзон, А.Г. Герман, А.Н. Дикиджи, Л.П. Кузнецова // Электронная техника. Радиодетали и компоненты. - 1988. -№ 3 (72). - С. 59-61.

43. Masiukiewicz A. Application of LFE SC-cut resonators at high stability oscillators / A. Masiukiewicz, B. Gniewinska, W. Szulc // Proceedings of 1994 IEEE International Frequency Control Symposium. - 1994. - P. 608-612.

44. Weiss K. The lateral field excited anharmonic mode vibrating SC-cut resonators application in oscillators / K. Weiss, W. Szulc, B. Gniewihska, Y.S. Shmaliy //

Proceedings of 2002 IEEE International Frequency Control Symposium. - 2002. - P. 128-135.

45. Bourquin R. SC-cut resonator operating in anharmonic modes with B-mode reduction / R. Bourquin, B. Dulmet, J. Boy // Proceedings of Tenth European Frequency and Time Forum. - 1996. - P. 236-243.

46. Bourquin R. SC-cut resonator with reduction of B-mode electrical response / R. Bourquin, J. Boy, B. Dulmet // Proceedings of 1997 IEEE International Frequency Control Symposium. - 1997. - P. 704-709.

47. Weiss K. The 311 anharmonic mode vibration SC-Cut resonator excited by lateral field / K. Weiss, W. Szulc, B. Dulmet, R. Bourquin // Proceedings of 1999 IEEE International Frequency Control Symposium. - 1999. - P. 457-460.

48. Abramson I.V. Two-mode quartz resonators for digital temperature compensated quartz oscillators / I. V. Abramson. // Proceedings of the 49th Annual Symposium on Frequency Control. - 1992. - P. 442-447.

49. EerNisse E.P. Suppression of the B-mode in SC-Cuts / E.P. EerNisse, D. Puccio // Proceedings of 2007 IEEE International Frequency Control Symposium. - 2007. - P. 1132-1136.

50. Rhea R. W. Discrete oscillator design : linear, nonlinear, transient, and noise domains. Artech House, 2010. 450 p.

51. Губарев А.А. Анализ схем кварцевых генераторов и расчет их параметров методом численно-аналитического моделирования : дис. ... канд. техн. наук. — Омск, 2004. — 170 с.

52. Мазур, В. Г. Измеритель эквивалентных параметров кварцевых резонаторов / Р. О. Кузнецов, В. Г. Мазур, А. Д. Пудалов // Сборник научных трудов : Техническая кибернетика. Химия и химические технологии. Строительство. Общественные науки. Спортивная медицина. - Ангарск : Издательство АГТА, 2013. - С. 21-28.

53. Международный стандарт МЭК 444-1. Измерение параметров кварцевых резонаторов фазовым методом в П-образном четырехполюснике. Часть 1. - ВНИИ Электронстандарт, 1987

54. Weiss K. Wysokostabilne rezonatory kwarcowe ciecia sc - konstrukcja I technologia. Warszawa : Oficyna wydaw. Politech. warszawskiej, 2003. 147 с.

55. Смагин А. Г., Ярославский М. И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. М. : Энергия, 1970. 488 с.

56. Мэзон У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применения в ультраакустике. М. : Иностранная литература, 1952. 450 c.

57. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объёмных и поверхностных акустических волнах : Материалы, технология, конструкция, применение : Пер. с чешск. М. : Мир, 1990. 584 с.

58. Tiersten H. F. Linear Vibrations of Piezoelectric Plates. New York : Plenum Press, 1969.

59. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. В 10-ти т. Т. VII. Теория упругости : Учеб. пособие. — 4-е изд., испр. и доп. М. : Наука, 1987. 248 с.

60. Lamb J. Anisotropic Acoustic Attenuation with New Measurements for Quartz at Room Temperatures / J. Lamb, J. Richter // Proc. Royal Society (London). - 1966. - P. 479-492.

61. James B. J. A new measurement of the basic elastic and dielectric constants of quartz / B.J. James // Proceedings of the 42nd Annual Symposium on Frequency Control. - 1988. - P. 146-154.

62. Ложников А.О. Методика расчета пьезоконстант и температурно-частотных характеристик для пьезоэлектрических резонаторов различных срезов на примере а-кварца / А.О. Ложников // Техника радиосвязи : Науч.-техн. сб. - Вып. 20. -2013. - С. 107-117.

63. Salt D. Hy-Q handbook of Quartz Crystal Devices. UK : Van Nostrand Reinhold, 1987.

64. Кэди У. Пьезоэлектричество и его практическое применение. Пер. с англ. М. : Иностранная литература, 1949. 720 с.

65. Lee P.C.Y. Frequency-temperature behavior of thickness vibrations of doubly rotated quartz plates affected by plate dimensions and orientations / P.C.Y. Lee, Y.K. Yong // Journal of Applied Physics. - Vol. 60. - 1986. - P. 2327-2341.

66. Yong Y.K. On the accuracy of Mindlin plate prediction for the frequency-temperature behavior of resonant modes in AT-and SC-cut quartz plates / Y.K. Yong, J. Wang, T. Imai // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. - № 46(1). - 1999. - P. 1-13.

67. Mindlin R. D. An Introduction to the Mathematical Theory of Vibrations of Elastic Plates. Edited by J. Yang. USA. : World Scientific, 2006.

68. Международный стандарт МЭК 444-5. Измерение параметров кварцевых резонаторов. Методы определения эквивалентных электрических параметров с помощью методов автоматического анализа электрических схем и коррекции ошибок. Часть 5. - ВНИИ Электронстандарт, 1995

69. HP E5100A/B Network Analyzer Programming Manual [Электронный ресурс] // Hewlett-Packard URL: https://d3fdwrtpsinh7j.cloudfront.net/Docs/document/E5100-90087.pdf (дата обращения 01.11.2016).

70. Weiss K. A Simple Method for SC-Cut Resonator Design / K. Weiss // IEEE transactionson ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. - Vol. 48. - 2001. - P. 1508-1512.

71. Ложников А.О. Расчет спектра колебаний кварцевого резонатора двухповоротного среза / А.О. Ложников, А.Н. Лепетаев // Успехи современной радиоэлектроники : научно-технический журнал. - № 10. - 2013. - С. 17-22.

72. Лепетаев А.Н. Программа для расчета параметров ангармонических колебаний кварцевого резонатора / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013610342. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 января 2013 г.

73. Ч. Киттель, У. Найт и др. Механика. Пер. с англ. М. : Наука, 1975. 480 с.

74. Лепетаев А.Н. Математическая модель собственных мод колебаний линзовых пьезоэлементов кварцевых резонаторов / А.Н. Лепетаев // Математика, ее приложения и математическое образование (МПМО'11) : Материалы IV Международной конференции. - Ч. 1. - Улан-Удэ : Изд-во ВСГТУ. - 2011. - С. 180-184.

75. Хоменко И.В. Модель собственных колебаний сдвига по толщине для пьезокварцевых пластин резонаторов одно- и двухповоротных срезов / И.В Хоменко, А.Н. Лепетаев, А.В. Косых // Омский научный вестник. - № 3(113). -

2012. - C. 314-319.

76. Lepetaev A.N. Numerically-analytical calculation method for vibration amplitude distributions of inharmonic modes of double rotated cuts thickness-shear resonators / A.N. Lepetaev, I. V. Khomenko, A. V. Kosykh // Proceedings of 2007 IEEE Ultrasonics Symposium : New York, USA, 2007. - P. 1393-1396.

77. Пат. 2276455 С1 Российская федерация, МПК Н03Н 9/54 (2006.01). Кварцевый резонатор [Текст] / Г.В. Безматерных, А.Н. Дикиджи, В.С. Теренько. Заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения. - № 2004128125/09; заявл. 21.09.2004; опубл. 10.05.2006. - Бюл. № 13.

78. Lepetaev A.N. New method of multy-mode oscillations control in crystal resonators / A.N. Lepetaev, A. V. Kosykh // Proceedings of 2012 IEEE International Frequency Control Symposium. - 2012. - P. 146-149.

79. Lepetaev A.N. Double-rotated cut quartz resonator's electrodes optimization / A.N. Lepetaev, A. V. Kosykh // Proceedings of 2013 IEEE International Frequency Control Symposium. - 2013. - P. 691-694.

80 Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. В 2-х т. : Учебник для вузов. Том 1. 3-е изд., перераб. и доп. Л. : Энергоиздат, 2007. 536 с.

81. Yang J. Analysis of Piezoelectric Devices. USA. : World Scientific, 2006.

82. Ложников, А.О. Исследование возможностей подавления температурной моды в резонаторах двухповоротных срезов / А.О. Ложников, А.Н. Лепетаев// Радиотехника, электроника и связь. Сб. докл. II Междунар. научн.-техн. конф. -

2013. - С. 418-423.

83. Lozhnikov A.O. Experimental investigations of SC-cut resonators with B-mode reduction / A.O. Lozhnikov, A.N. Lepetaev // Proceedings of 2014 IEEE International Frequency Control Symposium : Taipei, Taiwan, 19-22 May, 2014. - P. 341-344.

84. Лепетаев А.Н. Программа расчета сопротивлений мод колебаний кварцевых резонаторов при нецентральном расположении электродов / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013610341. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 января 2013 г.

85. Оборудование для производства и испытаний резонаторов [Электронный ресурс] // www.saunders-assoc.com URL: http://www.saunders-assoc.com/?page_id=5 (дата обращения 01.12.2016).

86. Ложников А.О. Исследование возможности подавления моды B в пьезоэлементах кварцевых резонаторов ТД среза / А.О. Ложников, А.Н. Лепетаев // Омский научный вестник. - 2015. - № 2 (140). - С. 195-198.

87. Ложников А.О. Исследование кварцевых резонаторов с подавленной модой B / А.О. Ложников // Техника радиосвязи : Науч.-техн. сб. - Вып. 2 (25). - 2015. - С. 100-108.

88. Пат. 2546313 С1 Российская федерация, МПК Н 03 Н 9/19 (2006.01). Кварцевый резонатор [Текст] / Лепетаев А.Н., Ложников А.О. // Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество Омский научно-исследовательский институт приборостроения. - № 2013152294/08; заявл. 25.11.2013; опубл. 10.04.2015. - Бюл. № 10. - 4 с. : ил.

89. Lozhnikov A.O. The investigations of new structures of electrodes for SC-cut crystals / A.O. Lozhnikov // XVIII International Conference for Young Researchers. Wave Electronics and its Applications in the Information and Telecommunication Systems : Preliminary program and abstracts. St.Petersburg State University of Aerospace Instrumentation. - 2015. - P. 29-30.

90. Ложников А.О. Результаты экспериментов по подавлению температурной моды колебаний в кварцевых резонаторах SC-среза / А.О. Ложников, А.Н. Лепетаев// Наука, образование, бизнес : Материалы Международной научно-практической конференции ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов промышленности и связи, посвященной Дню радио. - ИРСИД. - Омск : Образование-информ, 2015. - С. 147-153.

91. Ложников А.О. Исследование спектра колебаний кварцевых резонаторов двухповоротных срезов с улучшенной моночастотностью / А.О. Ложников, С.В. Ермоленко // Техника радиосвязи : Научн.-техн. сб. - Вып. 2(29). -2016. - С. 101 -108.

92. Пат. на полезную модель 128042 Российская федерация, МПК Н03Н3/04. Миниатюрный кварцевый резонатор (генератор)-термостат / Бахтинов В.В., Ермоленко С.В., Ярош А.М. // Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество Омский научно-исследовательский институт приборостроения; заявл. 22.08.2015; опубл. 10.05.2013.

93. Ложников А.О. Исследование кварцевых резонаторов ТД среза с улучшенной моночастотностью / А.О. Ложников // Омский научный вестник. - 2016. -№ 1(145). - С. 82-86.

94. Lozhnikov A.O. Improving of temperature stability of OCXO based on IHR with SC-cut crystals / A.O. Lozhnikov // XIX International Conference for Young Researchers. Wave Electronics and its Applications in the Information and Telecommunication Systems : Preliminary program and abstracts. St.Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, St.Petersburg. - 2016. - P. 103-105.

Приложение А

Текст дескрипторного файла описания расчета в программе FlexPDE

title "Surface current density "

select

order = 3

nrupdate = 2

changelim = 0.7

modes = 1

nodelimit = 20000

stages = 4

notify_done

coordinates cartesian('x', 'z') variables

Ux ! смещение вдоль X

Uy ! смещение вдоль Y

Uz ! смещение вдоль Z

etax ! dUx/dy

etay ! dUy/dy

etaz ! dUz/dy

definitions

errlim = 0.01/2Astage m = 0;

rho=2.649e3; ! плотность кварца

Rc = 300e-3; ! радиус кривизны пластины

n = 3; ! номер гармоники

Lx = 10e-3; ! длина пластины в направлении X

Lz = 7e-3; ! ширина пластины в направлении Z

fr = 1e-3;

Le = 4e-3;

dL = 1e-3;

f0 = 10e6! центральная частота

N= ! частотный коэффициент из формулы 2.32

h0 = N/f0 ! thickness in center h = (h0-(xA2+zA2)/(2 * Rc)); h2 = (h/2); Lx2 = Lx / 2; Lz2 = Lz / 2; Le2 = Le / 2;

C11=...C66= ! значения сп...с66 из формулы 2.29 e11=...e36= ! значения ец...в3в из формулы 2.28 eps22= ! значение е22 из формулы 2.25

shift = ((2*pi*f0)A2); f = (sqrt(lambda+shift)/(2*pi)); nph = (n*pi/h);nph2 = (nphA2); r1 = dx(Ux); r2 = etay; r3 = dz(Uz);

r4 = dz(Uy) + etaz; r5 = dx(Uz) + dz(Ux); r6 = dx(Uy) + etax; dyrl = -dx(etax); dyr2 = -nph2*Uy; dyr3 = -dz(etaz);

dyr4 = -dz(etay) - nph2*Uz; dyr5 = -dx(etaz) - dz(etax); dyr6 = -dx(etay) - nph2*Ux; k = (1 - m * 8 / (n * pi)A2);

d22=k*e22A2/eps22; d24=k*e22*e24/eps22; d26=k*e22*e26/eps22; d44=k*e24A2/eps22; d46=k*e24*e26/eps22; d66=k*e26A2/eps22; C22d=C22+d22; C24d=C24+d24; C26d=C26+d26; C44d=C44+d44; C46d=C46+d46; C66d=C66+d66; Txx = C11*r1 + C12*r2 + C13*r3 + C14*r4 + C15*r5 + C16*r6; Tyy = C12*r1 + C22d*r2+ C23*r3 + C24d*r4+ C25*r5 + C26d*r6; Tzz = C13*r1 + C23*r2 + C33*r3 + C34*r4 + C35*r5 + C36*r6; Txy = C16*r1 + C26*r2 + C36*r3 + C46*r4 + C56*r5 + C66d*r6; Txz = C15*r1 + C25*r2 + C35*r3 + C45*r4 + C55*r5 + C56*r6; Tyz = C14*r1 + C24*r2 + C34*r3 + C44d*r4+ C45*r5 + C46d*r6;

mu = sqrt(UxA2 + UyA2 + UzA2); mg = globalmax(mu);

Ek = integral((UxA2+UyA2+UzA2)*h)*(lambda+shift)*rho/4;

np2h = 2/(nph2*h);

I1e11 = -e11*dxx(Ux)*np2h;

I1e12 = -e12*dx(Uy);

I1e13 = -e13*dxz(Uz)*np2h;

I1e14 = -e14*(dx(Uz) + dxz(Uy)*np2h);

I1e15 = -e15*(dxz(Ux) + dxx(Uz))*np2h;

I1e16 = -e16*(dx(Ux) + dxx(Uy)*np2h);

I1e21 = -e21*dx(Ux);

I1e22 = e22*2*Uy/h;

I1e23 = -e23*dz(Uz);

I1e24 = e24*(2*Uz/h - dz(Uy));

I1e25 = -e25*(dx(Uz) + dz(Ux));

I1e26 = e26*(2*Ux/h - dx(Uy));

I1e31 = -e31*dxz(Ux)*np2h;

I1e32 = -e32*dz(Uy);

I1e33 = -e33*dzz(Uz)*np2h;

I1e34 = -e34*(dz(Uz) + dzz(Uy)*np2h);

I1e35 = -e35*(dxz(Uz) + dzz(Ux))*np2h;

I1e36 = -e36*(dz(Ux) + dxz(Uy)*np2h);

Is1 =(I1e11 + I1e12 + I1e13 + I1e14 + I1e15 + I1e16+ I1e21 + I1e22 + I1e23 + I1e24 +

+I1e25 + I1e2+I1e31 + I1e32 + I1e33 + I1e34 + I1e35 + I1e36)*sqrt(lambda + shift);

I2e11 = e11 *dxx(Ux)*np2h;

I2e12 =I1e12;

I2e13 = e13*dxz(Uz)*np2h;

I2e14 = e14*(dxz(Uy)*np2h - dx(Uz));

I2e15 = e15*(dxz(Ux) + dxx(Uz))*np2h;

I2e16 = e16* (dxx(Uy )* np2h - dx(Ux));

I2e21 = I1e21; I2e22 = -e22*2*Uy/h; I2e23 =I1e23;

I2e24 = -e24*(2*Uz/h + dz(Uy)); I2e25 =I1e25;

I2e26 = -e26*(2*Ux/h + dx(Uy));

I2e31 = e31*dxz(Ux)*np2h;

I2e32 =I1e32;

I2e33 = e33*dzz(Uz)*np2h;

I2e34 = e34*(dzz(Uy)*np2h - dz(Uz));

I2e35 = e35*(dxz(Uz) + dzz(Ux))*np2h;

I2e36 = e36*(dxz(Uy)*np2h - dz(Ux));

Is2 =(I2e11 + I2e12 + I2e13 + I2e14 + I2e15 + I2e16+ I2e21 + I2e22 + I2e23 + I2e24 + I2e25 + I2e26+ I2e31 + I2e32 + I2e33 + I2e34 + I2e35 + I2e36)*sqrt(lambda + shift); finit = exp(-(xA2+zA2)*n/(h0*sqrt(Rc*h0))); equations

Ux: (dx(Txx) + dz(Txz) + C16*dyr1 + C26*dyr2 + C36*dyr3 + C46*dyr4+ C56*dyr5+ + C66*dyr6)/rho + lambda*Ux + shift*Ux = 0;

Uy: (dx(Txy) + dz(Tyz) + C12*dyr1 + C22*dyr2 + C23*dyr3 + C24*dyr4+ C25*dyr5+ + C26*dyr6)/rho + lambda*Uy + shift*Uy = 0;

Uz: (dx(Txz) + dz(Tzz) + C14*dyr1 + C24*dyr2 + C34*dyr3+ C44*dyr4 + C45*dyr5 +

C46*dyr6)/rho+ lambda*Uz + shift*Uz = 0;

Initial Values

Ux = 0

Uy = 0

Uz = finit

etax = 0

etay = 0

etaz = 0

boundaries

region 'Plate' start (dL-Lx2,-Lz2)

load(Ux) = 0 load(Uy) = 0 load(Uz) = 0 line to(Lx2-dL, -Lz2) value(Ux) = 0 value(Uy) = 0 value(Uz) = 0 line to(Lx2, dL-Lz2) load(Ux) = 0 load(Uy) = 0 load(Uz) = 0 line to(Lx2, Lz2-dL) value(Ux) = 0 value(Uy) = 0 value(Uz) = 0 line to(Lx2-dL,Lz2) load(Ux) = 0 load(Uy) = 0 load(Uz) = 0 line to(dL-Lx2, Lz2) value(Ux) = 0 value(Uy) = 0 value(Uz) = 0 line to(-Lx2,Lz2-dL) load(Ux) = 0 load(Uy) = 0 load(Uz) = 0 line to(-Lx2,dL-Lz2) value(Ux) = 0 value(Uy) = 0 value(Uz) = 0 line to close monitors

contour(mu/mg) as "Mode C displacement value" report(f/1e6) as "F [MHz]" report errlim

vector(Ux/mg, Uz/mg) notips plots

contour(mu/mg) as "Mode C displacement value"

report(f/1e6) as "F [MHz]"

vector(Ux/mg, Uz/mg) notips

contour(Isl) as "Normal polarisation current 1"

contour(Is2) as "Normal polarisation current 2"

summary

report(f/1e6) as "F [MHz]" end select

Приложение Б

Свидетельства о поверке приборов

Акционерное общество «Омский научно-исследовательский институт приборостроения» 644009,

г Омск, ул Масленникова, 231 Аттестат аккредитации в области обеспечения единства измерений № ЯА яи 311954 , дата включения в реестр 22.11 2016 г

СВИДЕТЕЛЬСТВО О ПОВЕРКЕ № ^

Действительно до « 15 » марта 2018 г. Средство измерений частотомер электронно- счетный_

наименование

_53220А_

тип, модификация

_51077-12_

Овгистрвциснх,|й номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений

__отсутствуют_____

(геречень и заводские номера автономны« измерительны* блоков, входящих и сослав средства измерений (при нагччии))

__отсутствует_____

серия и номер знака предыдущей псеерки (если такие серия и номеп имеются'

заводской номер (номера) МУ50003051_

поверено диапазон измеряемых частот от 0 до 350 МГц погрешность < 1 106, диапазон измерений и чувствительность от 20 мВ до ± 5 В переем, сост. + пост, сост._

наименование величин. диапазонов, на которых поверено средство измерений (если лоедусмотрено методикой поверки)

поверено в соответствии с 8-852-001-12 МП_*_

наименование документа нв основании которого выполнена поверка

с применением эталонов: стандарт частоты и времени 41-83/3

наименование гиг. заводской novop регистрационным номер [при наличии), разряд класс или погрешность эталона, применяемого при поверке

№36127/36085, per. № 3.2. ВГП. 0030. 2013, рабочий эталон

_ПГ+ 110 9_

при следующих значениях влияющих факторов: температура окружающей среды 224° С, относительная влажность воздуха 64 %. атмосферное давление кПа. частота питающей сети 50,0 Гц. напряжение питающей сети 220.0 В._

пере^нь влияющих оа«*оров нормированных в документе на методику поверки с указанием их значений

и на основании результатов первичной (периодической) поверки признано соответствующим установленным в описании типа метрологическим требованиям и пригодным к применению в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Поверительное клеймо За/Начальник отдела Поверитель

7 'Hfa—

подпись

Горланова Е.А.

инициалы, фомиги-

Абакумова Т.М

и»ч«циалы, фамигие

« 15 » марта 20^7 г.

ГОССТАНДАРТ Федеральное бюджетное учреждение «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Омской области» (ФБУ «Омский ЦСМ»)

Аттестат аккредитации на право поверки средств измерений № 027 от 15.08.2011 г. Адрес: 644116, г. Омск, ул. 24-я Северная, д. 117а, тел. [phone], факс 68-04-07 http://csm.omsk.ru E-mail: [e-mail]

СВИДЕТЕЛЬСТВО О ПОВЕРКЕ

JYo 02592

Действительно до "09м сентября 2017 г.

Эталон (средство измерений) Стандарт частоты рубидиевый GPS-12RG номер ГРСИ№43830-10

серия и номер знака предыдущей поверки 090050071 заводской номер (номера) 232873 поверено в полном объеме

поверено в соответствии с Приложением «Руководства по эксплуатации»,утвержденным ГЦИ СИ ФГУ «Ростест-Москва» в марте 2010г.

с применением эталонов единиц величин: Государственный рабочий эталон единицы частоты номинальных значений 1 Гц,5 МГц, 10 МГц, 100 Mru(3.1.ZB3.0539.2014)

при следующих значениях влияющих факторов: температура 24 °С; влажность 51 %; атмосферное давление 99 кПа; частота 50,0 Гц; напряжение 220 В

и на основании результатов периодической поверки признан соответствующим установленным в описании типа метрологическим требованиям и пригодным к применению в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

"11 '111111 lllllll 1 1

Л 16000387716

Начальник отдела Поверитель

Е.Г.Швырова Е.Г.Швырова

Дата поверки "09" сентября 2016 г.

Примечание: оборотная сторона заполняется при наличии соответствующих указаний в нормативном документе по поверке средств измерений

ООО "ОмскбланкиздаГ, лауреат конкурса'100 лучших товаров России, г. Омск-7,ул. Орджоникидзе, 34, ИНН 5503043730, тел. 212-131, зак. 230712, тир. 9000, 2014 г.

АТТЕСТАТ № М'

типа

На уи<,ш№) Т-г^иИ К у(-К'

(наименование испытательного оборудования)

Зав. № С ■ - ■ изготовленного /- , ; ' С л ¿с<Л_

(наименование предприятия изготовителя)

в к ^ году и принадлежащего ./я (СиаиП " ТК_

(наименование предприятия)

На основании результатов первичной (периодической, повторной) аттестации,

проведенной к г _С С&О'и. ¿С _ / Л ' Г (

(наименование предприятия или подразделения, проводившего аттестацию)

ииС. и 6 с \'Л / (а* , (с/ -7/_

¡4 -О Л'. . с (: , ( X Л с- У !М( е А?'

в СВЯЗИ с ' П ¿1 I) I с4¿л ■ и .4 1*1-1 С1 (. -(/ <- с /

(чем обусловлено проведение аттестации)

г., установлено, что испытательное оборудование

С А

соответствует требованиям нормативно-технической документации (протокол аттестации от" Л " С "> / Ь г., № . >5 '' ( )и

допускается

к применению для испытании изделии на воздействие

_)>и //,«1 ¿1 хслгЦл-

в диапазоне от

(наименование воздействующего фактора)

Ч [Щ 1'с до Со ' с:

Срок действия аттестата до

Я

£А_ М Я г..

Место для печа'

Щ в.Ф Там**"**

(подпись руководителя организации, проводившей аттестацию)

ГОССТАНДАРТ Федеральное бюджетное учреждение «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Омской области» (ФБУ «Омский ЦСМ»)

Аттестат аккредитации на право поверки средств измерений № 027 от 15.08.2011 г. Адрес: 644116, г. Омск, ул. 24-я Северная, д. 117а, тел. [phone], факс 68-04-07 http://csm.omsk.ru E-mail: [e-mail]

СВИДЕТЕЛЬСТВО О ПОВЕРКЕ

№ 20703

Действительно до « 06 » мая 2017 г.

Средство измерений : Анализатор источников сигналов R&S FSUP 8 предел измерения : 20 Гц - 8 ГГц

серия и номер клейма предыдущей поверки : отсутствует

заводской номер (номера): 101320

принадлежащее : ОмГТУ, ИНН 5502013556

поверено в соответствии с : документом "Анализаторы источников сигналов R&S FSUP 8/26/50 фирмы "Rohde & Schwarz GraßH Со & KG", Германия. Методика поверки.", утвержденным ГЦИ СИ "Воентест" 32 ГНИИ МО РФ 21 декабря 2007 г.

при следующих значениях влияющих факторов : темература 24°С; относительная влажность 51%; атмосферное давление 101 кПа; частота питающей сети 50,0 Гц; напряжение питающей сети 220 В

и на основании результатов первичной (периодической) поверки соответствует описанию типа 37175-08 и признано пригодным к применению.

Поверительное клеймо Начальник отдела Поверитель « 06 » мая 2015 г.

/ H.H. Савостикова / / Е.Г. Швырова /

ООО "Омсхбланкиздат", лауреат конкурса "100 лучших товаров России, г. Омск-7,ул. Орджоникидзе, 34, ИНН 5503043730, тел. 212-131, зак. 243573 тир. 11000,2014 г.

Приложение В

Акт внедрения результатов диссертационной работы

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Ложникова А.О. «Улучшение моночастотности кварцевых резонаторов двухповоротных срезов организацией пространственной селекции мод»

Настоящим актом подтверждается использование результатов диссертационной работы Ложникова А.О. при модернизации ряда серийно выпускаемых кварцевых генераторов и выполнении ОКР «Разработка кварцевого генератора».

Использование результатов указанной диссертационной работы дало возможность улучшить температурную стабильность и надежность кварцевых генераторов, что в свою очередь позволило улучшить технические характеристики разрабатываемых радиотехнических средств.

АО «ОНИИП»

Заместитель генерального дирекп

> ^ач&зьник^ НТК-7

Г

Е.А. Чукавов

/7

/

Начальник сектора 701 НТК-7

А.О. Ложников