Исследование кварцевых резонаторов в миниатюрных металлокерамических корпусах с целью дальнейшего применения в термокомпенсированных генераторах

В эпоху развития интеллектуальных информационных технологий, систем обработки и передачи сигналов, навигационных систем и ракетостроения к источникам опорных колебаний предъявляются все более ужесточенные требования. Большое значение приобретают малые габаритные размеры, малое время выхода на частоту после подачи электропитания, рабочий температурный диапазон и относительный уход частоты в интервале рабочих температур. Частота на выходе генератора во многом зависит от влияния климатических, механических и специальных факторов. Наиболее дестабилизирующим фактором является изменение температуры окружающей среды. Исходя из этого, обеспечение температурной стабильности частоты в широком диапазоне является актуальной задачей.
Для стабилизации частоты генераторов в радиотехнике, как правило, применяются кварцевые резонаторы. Кварц относится к группе пьезоэлектриков — анизотропных диэлектриков, в которых наблюдаются прямой и обратный пьезоэффекты. Использование кварцевых резонаторов в электрогенераторах позволяет гарантировать нам высокую стабильность частоты без усложнения схемы [1].
На предприятии АО «ЛИТ-ФОНОН» была создана технологическая цепочка, позволяющая произвести кварцевый резонатор в миниатюрном металлокерамическом корпусе с применением только российских комплектующих. Созданные кварцевые резонаторы в дальнейшем планируется применять в составе термокомпенсированных генераторов. Однако на первом этапе необходимо было провести анализ характеристик созданных изделий, а также возможность поддерживать стабильность частоты ± 1•10–7 в широком интервале температур от – 60 ºC до + 85 ºC [2].
Проведенное исследование позволило выявить ряд недостатков, препятствующих получению стабильности частоты термокомпенсированных генераторов ± 1•10–7. В частности, уходы частоты кварцевых резонаторов в миниатюрных металлокерамических корпусах со временем эксплуатации при максимальной рабочей температуре +85 ºC превышают значения ± 1•10–7, т.е. потребуется дополнительная подстройка генераторов в процессе эксплуатации. Кроме того, некоторые российские комплектующие не оптимально подошли к созданному на базе АО «ЛИТ-ФОНОН» технологическому процессу, что в будущем для создания кварцевых резонаторов может существенно повлиять на выход годных. Стоит также отметить, что измерительная установка имеет погрешность измерения ± 5•10–7. Такой разброс не позволил оценить стабильность частоты кварцевых резонаторов с необходимой точностью.

1. Косых А. В. Источники высокостабильных колебаний на основе кварцевых генераторов с цифровой термокомпенсацией: дис. … д-ра техн. наук. Омск, 2006. 508 с. EDN: SUJLKL.

2. Бойчук М. И. Цифровой термокомпенсированный кварцевый генератор в керамическом корпусе для поверхностного монтажа: дис. … канд. техн. наук. Москва, 2019. 164 с.

3. Косых А. В., Рой А. А., Мурашко Д. Н. Моделирование реального температурного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру // Омский научный вестник. 2001. № 14. С. 139–143.

4. Бойчук М. И. Влияние креплений на температурно-частотную характеристику резонаторов // Компоненты и технологии. 2011. № 9 (122). С. 188–190. EDN: NYBLYL.

5. Бойчук М. И., Грузиненко В. Б. Требование к качеству пьезоэлектрических монокристаллов кварца в производстве высокочастотных и микроминиатюрных резонаторов ВЧ- и СВЧ-диапазона // Компоненты и технологии. 2011. № 3 (116). С. 146–147. EDN: NCWVMT.

6. Пат. 27122426 Российская Федерация, МПК H03H 3/02. Способ изготовления тонких кристаллических пластин и тонких кристаллических элементов / Бойчук М. И., Власов К. В., Черпухина Г. Н. и [и др.]. № 2019104435; заявл. 18.02.2019; опубл. 28.01.2020. Бюл. № 4. 8 с.

7. Бойчук М. И., Глазунова Ю. А., Пашков С. С. [и др.]. Исследование долговременной стабильности кварцевых резонаторов // Компоненты и технологии. 2022. № 2 (247). С. 14–18. EDN: CDZQFD.

8. Бойчук М. И., Кривоногов В. Е., Микаева С. А. [и др.]. Исследование надежностных характеристик кварцевых резонаторов в миниатюрных керамических корпусах // Russian Technological Journal. 2022. № 10 (2). 43–50. DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-2-43-50. EDN: AJBNFO.

9. Vig J. R. Quartz Crystal Resonators and Oscillators. New Jersey: Development & Engineering Center Fort Monmouth, 2004. 305 p. URL: https://docs.ampnuts.ru/eevblog.docs/eBooks/quartz_crystal_resonators_and_oscillators___for_frequency_control_and_timing_applications.pdf (дата обращения: 15.09.2023).

10. Хоменко И. В., Косых А. В. Кварцевые резонаторы и генераторы. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. 159 с. ISBN 978-5-8149-2583-1.