葉鋒等

摘 要：減振設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)頻綜器抗振設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方法。通過(guò)分析頻綜器減振設(shè)計(jì)效果與輸出相位噪聲的關(guān)系，對(duì)頻綜器內(nèi)晶振進(jìn)行了減振設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，減振設(shè)計(jì)效果明顯，并已成功應(yīng)用于工程。

關(guān)鍵詞：頻綜器 減振 相位噪聲

中圖分類號(hào)：TN832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0076-02

頻綜器是雷達(dá)、通訊等系統(tǒng)設(shè)備的重要部件，在靜態(tài)下可實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的性能指標(biāo)，但在振動(dòng)條件下性能指標(biāo)急劇惡化，特別是相位噪聲指標(biāo)。良好的力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性是頻綜器一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)要求，頻綜器的抗振性能直接影響著系統(tǒng)的綜合性能，減振設(shè)計(jì)是提高其抗振性能的有效途徑。

1 設(shè)計(jì)理論分析

晶振是頻綜器內(nèi)關(guān)鍵的器件，其輸出的相位噪聲直接影響著頻綜器最終輸出的相位噪聲。在隨機(jī)振動(dòng)條件下，晶振輸出的相位噪聲為

式中為晶振的加速度靈敏度，為晶振頻率，為振動(dòng)頻率。振動(dòng)條件下，晶振輸出的相位噪聲只取決于其加速度靈敏度、工作頻率和振動(dòng)條件。

在隨機(jī)振動(dòng)條件下，頻綜器輸出的相位噪聲為

采取減振措施后晶振實(shí)際承受的加速度譜密度可表達(dá)為

式中為外界振動(dòng)的加速度譜密度，為減振結(jié)構(gòu)的傳遞率。代入得振動(dòng)條件下頻綜器輸出的相位噪聲

在振動(dòng)條件下，降低減振結(jié)構(gòu)的傳遞率能有效減小頻綜器輸出的相位噪聲。假設(shè)頻綜器的振動(dòng)是鉛垂方向的諧振動(dòng)，M為晶振的質(zhì)量，K為減振器的剛度系數(shù)，C為減振器的阻尼系數(shù)。

運(yùn)動(dòng)方程為

設(shè)定加速度、速度、位移初始變量為0，得出該減振系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的Laplace變換式：

系統(tǒng)的傳遞率為呈遞減趨勢(shì)，且隨著阻尼比的減小系統(tǒng)的傳遞率逐漸減小。

當(dāng)激振頻率在固有頻率附近，，振動(dòng)將被放大，放大的量值隨著阻尼比的減小而增大。

2 參數(shù)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中頻綜器選用100MHz晶振，寬帶隨機(jī)振動(dòng)條件。為便于頻綜器的調(diào)試和指標(biāo)的分解，晶振部分采用模塊化設(shè)計(jì)，減振結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

為兼顧減振效果和抗沖擊能力，綜合小型化需求與減振需要，減振結(jié)構(gòu)的固有頻率設(shè)計(jì)在50Hz～80Hz。減振器的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。通常選用高阻尼的減振材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高的減振效率，高阻尼材料主要分為干摩擦阻尼和粘彈性阻尼材料兩類。粘彈性阻尼材料傳遞特性隨溫度變化差異較大，易老化。

根據(jù)頻綜器的工作溫度范圍和減振設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)的減振器選用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的金屬橡膠材料。金屬橡膠是用金屬絲制成的彈性多孔材料，具有橡膠的彈性和金屬材料的環(huán)境適應(yīng)能力。

減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過(guò)PROE建模，轉(zhuǎn)換為“*.x_t”格式后導(dǎo)入到Workbench，設(shè)定材料屬性及約束條件，添加振動(dòng)條件，進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖4所示。

3 測(cè)試結(jié)果

為測(cè)試振動(dòng)條件下減振結(jié)構(gòu)的的傳遞特性，分別在振動(dòng)臺(tái)和晶振上貼上測(cè)試傳感器。為減小傳感器重量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，加速度傳感器的重量遠(yuǎn)小于晶振的重量。

從圖5可看出減振結(jié)構(gòu)在振動(dòng)頻率大于60Hz具有很好的減振效果，且在高頻時(shí)減振效果更明顯。在固有頻率30 Hz附近振動(dòng)被放大，放大倍數(shù)小于10。在激振頻率1KHz處，振動(dòng)的傳遞率約為1%，理論上可改善頻綜器輸出的相位噪聲20dB@1kHz offset。

在隨機(jī)振動(dòng)條件下測(cè)試晶振減振前后輸出的相位噪聲。

對(duì)比減振前后相位噪聲的變化，可看出減振后頻綜器內(nèi)晶振輸出的相位噪聲指標(biāo)改善明顯，相位噪聲減小了18dB@1kHz offset。

4 結(jié)語(yǔ)

合理的減振設(shè)計(jì)，可有效的減小頻綜器在振動(dòng)條件下輸出的相位噪聲，提升頻綜器的綜合性能；減振設(shè)計(jì)方法對(duì)于振動(dòng)敏感器件的抗振設(shè)計(jì)具有很好的參考指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 方同，薛璞.振動(dòng)理論及應(yīng)用[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998：37-43.

[2] 張潤(rùn)逵，戚仁欣，張樹(shù)雄，等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝[M].電子工業(yè)出版社，2007：308-343.

[3] 李朝旭.電子設(shè)備的抗振動(dòng)設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，2004，20（6）：14-20.endprint

摘 要：減振設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)頻綜器抗振設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方法。通過(guò)分析頻綜器減振設(shè)計(jì)效果與輸出相位噪聲的關(guān)系，對(duì)頻綜器內(nèi)晶振進(jìn)行了減振設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，減振設(shè)計(jì)效果明顯，并已成功應(yīng)用于工程。

關(guān)鍵詞：頻綜器 減振 相位噪聲

中圖分類號(hào)：TN832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0076-02

頻綜器是雷達(dá)、通訊等系統(tǒng)設(shè)備的重要部件，在靜態(tài)下可實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的性能指標(biāo)，但在振動(dòng)條件下性能指標(biāo)急劇惡化，特別是相位噪聲指標(biāo)。良好的力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性是頻綜器一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)要求，頻綜器的抗振性能直接影響著系統(tǒng)的綜合性能，減振設(shè)計(jì)是提高其抗振性能的有效途徑。

1 設(shè)計(jì)理論分析

晶振是頻綜器內(nèi)關(guān)鍵的器件，其輸出的相位噪聲直接影響著頻綜器最終輸出的相位噪聲。在隨機(jī)振動(dòng)條件下，晶振輸出的相位噪聲為

式中為晶振的加速度靈敏度，為晶振頻率，為振動(dòng)頻率。振動(dòng)條件下，晶振輸出的相位噪聲只取決于其加速度靈敏度、工作頻率和振動(dòng)條件。

在隨機(jī)振動(dòng)條件下，頻綜器輸出的相位噪聲為

采取減振措施后晶振實(shí)際承受的加速度譜密度可表達(dá)為

式中為外界振動(dòng)的加速度譜密度，為減振結(jié)構(gòu)的傳遞率。代入得振動(dòng)條件下頻綜器輸出的相位噪聲

在振動(dòng)條件下，降低減振結(jié)構(gòu)的傳遞率能有效減小頻綜器輸出的相位噪聲。假設(shè)頻綜器的振動(dòng)是鉛垂方向的諧振動(dòng)，M為晶振的質(zhì)量，K為減振器的剛度系數(shù)，C為減振器的阻尼系數(shù)。

運(yùn)動(dòng)方程為

設(shè)定加速度、速度、位移初始變量為0，得出該減振系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的Laplace變換式：

系統(tǒng)的傳遞率為呈遞減趨勢(shì)，且隨著阻尼比的減小系統(tǒng)的傳遞率逐漸減小。

當(dāng)激振頻率在固有頻率附近，，振動(dòng)將被放大，放大的量值隨著阻尼比的減小而增大。

2 參數(shù)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中頻綜器選用100MHz晶振，寬帶隨機(jī)振動(dòng)條件。為便于頻綜器的調(diào)試和指標(biāo)的分解，晶振部分采用模塊化設(shè)計(jì)，減振結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

為兼顧減振效果和抗沖擊能力，綜合小型化需求與減振需要，減振結(jié)構(gòu)的固有頻率設(shè)計(jì)在50Hz～80Hz。減振器的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。通常選用高阻尼的減振材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高的減振效率，高阻尼材料主要分為干摩擦阻尼和粘彈性阻尼材料兩類。粘彈性阻尼材料傳遞特性隨溫度變化差異較大，易老化。

根據(jù)頻綜器的工作溫度范圍和減振設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)的減振器選用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的金屬橡膠材料。金屬橡膠是用金屬絲制成的彈性多孔材料，具有橡膠的彈性和金屬材料的環(huán)境適應(yīng)能力。

減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過(guò)PROE建模，轉(zhuǎn)換為“*.x_t”格式后導(dǎo)入到Workbench，設(shè)定材料屬性及約束條件，添加振動(dòng)條件，進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖4所示。

3 測(cè)試結(jié)果

為測(cè)試振動(dòng)條件下減振結(jié)構(gòu)的的傳遞特性，分別在振動(dòng)臺(tái)和晶振上貼上測(cè)試傳感器。為減小傳感器重量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，加速度傳感器的重量遠(yuǎn)小于晶振的重量。

從圖5可看出減振結(jié)構(gòu)在振動(dòng)頻率大于60Hz具有很好的減振效果，且在高頻時(shí)減振效果更明顯。在固有頻率30 Hz附近振動(dòng)被放大，放大倍數(shù)小于10。在激振頻率1KHz處，振動(dòng)的傳遞率約為1%，理論上可改善頻綜器輸出的相位噪聲20dB@1kHz offset。

在隨機(jī)振動(dòng)條件下測(cè)試晶振減振前后輸出的相位噪聲。

對(duì)比減振前后相位噪聲的變化，可看出減振后頻綜器內(nèi)晶振輸出的相位噪聲指標(biāo)改善明顯，相位噪聲減小了18dB@1kHz offset。

4 結(jié)語(yǔ)

合理的減振設(shè)計(jì)，可有效的減小頻綜器在振動(dòng)條件下輸出的相位噪聲，提升頻綜器的綜合性能；減振設(shè)計(jì)方法對(duì)于振動(dòng)敏感器件的抗振設(shè)計(jì)具有很好的參考指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 方同，薛璞.振動(dòng)理論及應(yīng)用[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998：37-43.

[2] 張潤(rùn)逵，戚仁欣，張樹(shù)雄，等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝[M].電子工業(yè)出版社，2007：308-343.

[3] 李朝旭.電子設(shè)備的抗振動(dòng)設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，2004，20（6）：14-20.endprint

摘 要：減振設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)頻綜器抗振設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方法。通過(guò)分析頻綜器減振設(shè)計(jì)效果與輸出相位噪聲的關(guān)系，對(duì)頻綜器內(nèi)晶振進(jìn)行了減振設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，減振設(shè)計(jì)效果明顯，并已成功應(yīng)用于工程。

關(guān)鍵詞：頻綜器 減振 相位噪聲

中圖分類號(hào)：TN832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0076-02

頻綜器是雷達(dá)、通訊等系統(tǒng)設(shè)備的重要部件，在靜態(tài)下可實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的性能指標(biāo)，但在振動(dòng)條件下性能指標(biāo)急劇惡化，特別是相位噪聲指標(biāo)。良好的力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性是頻綜器一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)要求，頻綜器的抗振性能直接影響著系統(tǒng)的綜合性能，減振設(shè)計(jì)是提高其抗振性能的有效途徑。

1 設(shè)計(jì)理論分析

晶振是頻綜器內(nèi)關(guān)鍵的器件，其輸出的相位噪聲直接影響著頻綜器最終輸出的相位噪聲。在隨機(jī)振動(dòng)條件下，晶振輸出的相位噪聲為

式中為晶振的加速度靈敏度，為晶振頻率，為振動(dòng)頻率。振動(dòng)條件下，晶振輸出的相位噪聲只取決于其加速度靈敏度、工作頻率和振動(dòng)條件。

在隨機(jī)振動(dòng)條件下，頻綜器輸出的相位噪聲為

采取減振措施后晶振實(shí)際承受的加速度譜密度可表達(dá)為

式中為外界振動(dòng)的加速度譜密度，為減振結(jié)構(gòu)的傳遞率。代入得振動(dòng)條件下頻綜器輸出的相位噪聲

在振動(dòng)條件下，降低減振結(jié)構(gòu)的傳遞率能有效減小頻綜器輸出的相位噪聲。假設(shè)頻綜器的振動(dòng)是鉛垂方向的諧振動(dòng)，M為晶振的質(zhì)量，K為減振器的剛度系數(shù)，C為減振器的阻尼系數(shù)。

運(yùn)動(dòng)方程為

設(shè)定加速度、速度、位移初始變量為0，得出該減振系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的Laplace變換式：

系統(tǒng)的傳遞率為呈遞減趨勢(shì)，且隨著阻尼比的減小系統(tǒng)的傳遞率逐漸減小。

當(dāng)激振頻率在固有頻率附近，，振動(dòng)將被放大，放大的量值隨著阻尼比的減小而增大。

2 參數(shù)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中頻綜器選用100MHz晶振，寬帶隨機(jī)振動(dòng)條件。為便于頻綜器的調(diào)試和指標(biāo)的分解，晶振部分采用模塊化設(shè)計(jì)，減振結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

為兼顧減振效果和抗沖擊能力，綜合小型化需求與減振需要，減振結(jié)構(gòu)的固有頻率設(shè)計(jì)在50Hz～80Hz。減振器的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。通常選用高阻尼的減振材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高的減振效率，高阻尼材料主要分為干摩擦阻尼和粘彈性阻尼材料兩類。粘彈性阻尼材料傳遞特性隨溫度變化差異較大，易老化。

根據(jù)頻綜器的工作溫度范圍和減振設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)的減振器選用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的金屬橡膠材料。金屬橡膠是用金屬絲制成的彈性多孔材料，具有橡膠的彈性和金屬材料的環(huán)境適應(yīng)能力。

減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過(guò)PROE建模，轉(zhuǎn)換為“*.x_t”格式后導(dǎo)入到Workbench，設(shè)定材料屬性及約束條件，添加振動(dòng)條件，進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖4所示。

3 測(cè)試結(jié)果

為測(cè)試振動(dòng)條件下減振結(jié)構(gòu)的的傳遞特性，分別在振動(dòng)臺(tái)和晶振上貼上測(cè)試傳感器。為減小傳感器重量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，加速度傳感器的重量遠(yuǎn)小于晶振的重量。

從圖5可看出減振結(jié)構(gòu)在振動(dòng)頻率大于60Hz具有很好的減振效果，且在高頻時(shí)減振效果更明顯。在固有頻率30 Hz附近振動(dòng)被放大，放大倍數(shù)小于10。在激振頻率1KHz處，振動(dòng)的傳遞率約為1%，理論上可改善頻綜器輸出的相位噪聲20dB@1kHz offset。

在隨機(jī)振動(dòng)條件下測(cè)試晶振減振前后輸出的相位噪聲。

對(duì)比減振前后相位噪聲的變化，可看出減振后頻綜器內(nèi)晶振輸出的相位噪聲指標(biāo)改善明顯，相位噪聲減小了18dB@1kHz offset。

4 結(jié)語(yǔ)

合理的減振設(shè)計(jì)，可有效的減小頻綜器在振動(dòng)條件下輸出的相位噪聲，提升頻綜器的綜合性能；減振設(shè)計(jì)方法對(duì)于振動(dòng)敏感器件的抗振設(shè)計(jì)具有很好的參考指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 方同，薛璞.振動(dòng)理論及應(yīng)用[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998：37-43.

[2] 張潤(rùn)逵，戚仁欣，張樹(shù)雄，等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝[M].電子工業(yè)出版社，2007：308-343.

[3] 李朝旭.電子設(shè)備的抗振動(dòng)設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，2004，20（6）：14-20.endprint