The high-Q STW resonators. Calculation methods and application in self-oscillators

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The results of the development of highquality resonators based on STW (Surface Transverse Waves) are presented. It is shown that through the use of modern computing programs (COMSOL Multiphysics), as well the improvement and development of already known calculation methods (modified coupling of modes model), it is possible to efficiently and quickly calculate devices on surface acoustic waves. The results of comparing the theoretical and experimental responses of the transmission coefficient of a two-port STW resonator are presented. It is shown that highquality resonators at frequencies of 0.5...2.5 GHz can be manufactured on the basis of standard optical lithography. Typical values of the unloaded Q-factor of resonators at a frequency of 500 MHz are 27000...29000. The measurements of a two-port STW resonator made as part of a 500 MHz low-noise oscillator layout are presented, which demonstrate a phase noise level of −148.7 dBn/Hz at 1 kHz detuning and −183.5 dBn/Hz at 1 MHz detuning from the carrier frequency, a jitter 2.8 fs. Self-oscillators based on STW resonators with a low level of phase noise and a low jitter value can be in demand in areas where it is critically necessary to ensure the maximum dynamic range of digital signal processing paths.

作者简介

A. Koigerov

St. Petersburg State Electrotechnical University “LETI”

Email: a.koigerov@gmail.com
Professor Popov st. 5, St Petersburg, 197022, Russia

V. Reut

LLC “AEC Design”

编辑信件的主要联系方式.
Email: a.koigerov@gmail.com
Leninskii pr. 140 B, St Petersburg, 198216 Russia

参考

  1. Аристархов Г.М., Гуляев Ю.В., Дмитриев В.Ф. и др. Фильтрация и спектральный анализ радиосигналов. Алгоритмы. Структуры. Устройства. М.: Радиотехника, 2020. 504 С. https://doi.org/10.2174/97898151965041240101
  2. Бородина И.А., Зайцев Б.Д., Алсовэйди А.К.М., Караваева О.А., Гулий О.И. Биологический датчик на основе акустической щелевой моды с использованием микробных клеток для определения ампициллина // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 583–588. https://doi.org/10.31857/S0320791922060028
  3. Крышталь Р.Г., Медведь А.В. Применение резонаторов на поверхностных акустических волнах для измерений сверхмалых изменений температуры // Известия РАН. Сер. физ. 2016. Т. 80. С. 1357–1362.
  4. Анисимкин В.И., Кузнецова И.Е. Селективное детектирование температуры микропроб жидкостей акустическими волнами поверхностного типа // Радиоэлектроника. 2019. Т. 64. № 8. С. 831–834. https://doi.org/10.1134/S0033849419080011
  5. Шамсутдинова Е.С., Анисимкин В.И., Фионов А.С., Смирнов А.В., Колесов В.В., Кузнецова И.Е. Совершенствование методов исследования электрофизических и вязкостных свойств жидкостей // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 56–62. https://doi.org/10.31857/S0320791922600238
  6. Семёнов А.П., Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Бородина И.А. Исследование акустических характеристик суспензий на основе глицерина и микрочастиц синтетического алмаза с помощью резонатора с продольным электрическим полем // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 6. С. 702–712. https://doi.org/10.31857/S0320791923600294
  7. Туральчук П.А., Вендик И.Б. Синтез полосовых фильтров на объемных акустических волнах с учетом материальных параметров многослойной структуры резонаторов // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 611–617. https://doi.org/10.31857/S0320791922050124
  8. Поликарпова Н.В., Пожар В.Э. Исследование частотного диапазона работы пьезоэлектрического преобразователя акустооптического фильтра электрическим и оптическим методами // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 2. С. 186–192. https://doi.org/10.31857/S0320791924020061
  9. Naumenko N.F. Optimization of aperture in SAW and STW resonators on langasite // 2014 IEEE IUS. Chicago, IL, USA, 2014. P. 2059–2062. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2014.0513
  10. Wu Z. et al. Comparative Study of SH-Mode Surface Acoustic Wave Resonators on Lithium Tantalate with Silicon and Silicon Carbide Substrates // IEEE Trans. on Electron Devices. 2024. V. 71. № 11. P. 7022–2029. https://doi.org/10.1109/TED.2024.3467223
  11. Lee Z.-Q. at al. Spectrum-Clean Dispersion Engineered YX-LN/SiO2/Si Wideband SH-SAW Resonators with Crossed Interdigital Transducers // IEEE Trans. on Electron Devices. 2024. V. 71. № 6. P. 3880–3887. https://doi.org/10.1109/TED.2024.3392169
  12. Ченакин А. Фазовые шумы в СВЧ генераторах. Методы решения проблемы // Электроника: наука, технология, бизнес. 2011. № 4. C. 52–61.
  13. Бобкович П. Малошумящий источник опорной частоты 3.2 ГГц // СВЧ-электроника. 2021. № 3. С. 18–21.
  14. Лойко В.А., Добровольский А.А., Кочемасов В.Н., Сафин А.Р. Автогенераторы на поверхностных акустических волнах (обзор) // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25. № 3. С. 6–21. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-3-6-21
  15. Kosinski J.A., Pastore R., Avramov I.D. Theoretical and experimental evidence for superior intrinsic Q of STW devices on Rotated Y-cut Quartz // Proc. of the 1999 Joint Meeting of the European Frequancy and the IEEE Int. Frequency Control Symposium. Besancon, France. 1999. P. 867–870. https://doi.org/10.1109/FREQ.1999.841442
  16. Плесский В.П., Гуляев Ю.В. Высокодобротные резонаторы на сдвиговых поверхностных волнах // Радиотехника. 2015. № 8. С. 11–16.
  17. Дмитриев В.Ф., Носков А.Н. Теоретическое и экспериментальное исследование резонаторов на квази поверхностных акустических волнах // Акуст. журнал. 2010. Т. 56. № 4 С. 472–478.
  18. Доберштейн С.А., Веремеев И.В., Разгоняев В.К. Асинхронные резонаторы на STW с высокой добротностью и уменьшенными размерами // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 7. С. 137–144. https://doi.org/10.18127/j00338486-202307-14
  19. Hay C.E., Harrell M.E., Kansy R.J. 2.4 and 2.5 GHz Miniature, Low-Noise Oscillators Using Surface Transverse Wave Resonators and a SiGe Sustaining Amplifier // 2004 IEEE Int. Frequency Control Symposium and Exposition. Montreal, Canada. 2004. P. 174–179. https://doi.org/10.1109/FREQ.2004.1418449
  20. Tatopoulos X. Compact ultra-low noise SAW oscillator with reduced g-sensitivity for radar applications // 2014 Int. Radar Conference. Lille, France. 2014. P. 1–3. https://doi.org/10.1109/RADAR.2014.7060383
  21. De Giovanni G., Chomiki M. New phase noise measurement techniques & Ultra-Low Noise SAW Oscillators // 2010 IEEE Int. Frequency Control Symposium. Newport Beach, CA, USA. 2010. P. 116–118. https://doi.org/10.1109/FREQ.2010.5556361
  22. Койгеров А.С. Применение метода конечных элементов для расчета параметров поверхностных акустических волн и устройств на их основе // Микроэлектроника. 2024. Т. 53. № 2. C. 142–155. https://doi.org/10.31857/S0544126924020036
  23. Квашнин Г.М., Сорокин Б.П., Бурков С.И. Анализ распространения СВЧ волн Лэмба в пьезоэлектрической слоистой структуре на основе алмаза // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 6. С. 595–602.
  24. Маринушкин П.С., Левицкий А.А., Фадеев В.О. Оценивание влияния параметров металлизации на рабочие характеристики компонентов на поверхностных акустических волнах // Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии. 2024. Т. 17 № 1. С. 82–91.
  25. Койгеров А.С. Аналитический подход к расчету резонаторного комбинированного фильтра на поверхностных акустических волнах на основе модели связанных мод // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25. № 2. С. 16–28. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-2-16-28
  26. Дьелесан Э., Руайе Д. Упругие волны в твердых телах. Применение для обработки сигналов. Пер. с франц. Под ред. Леманова В.В. М.: Наука, 1982. 424 с.
  27. Shimizu Y., Yamamoto Y. SAW propagation characteristics of complete cut of quartz and new cuts with zero temperature coefficient of delay // Proc. 1980 IEEE Ultrasonics Symp. P. 420–423. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.1980.197431
  28. Дмитриев В.Ф. Вывод модифицированных уравнений связанных поверхностных акустических волн // РЭ. 2009. Т. 54. № 9. C. 1134–1143.
  29. Malocha S., Abbott B.P., Naumenko N. Numerical Modeling of One-Port Resonators Based on Harmonic Admittance // IEEE Ultrasonics Symposium. Montreal, QC, Canada. 2004. V. 3. P. 2027–2030. https://doi.org/10.1109/ultsym.2004.1418233

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».