某頻綜器的減振設計
2014-06-10 08:55:45葉鋒等
科技創新導報 2014年7期
葉鋒等
摘 要：減振設計是實現頻綜器抗振設計的一個重要方法。通過分析頻綜器減振設計效果與輸出相位噪聲的關系，對頻綜器內晶振進行了減振設計，經過試驗驗證，減振設計效果明顯，并已成功應用于工程。
關鍵詞：頻綜器 減振 相位噪聲
中圖分類號：TN832 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0076-02
頻綜器是雷達、通訊等系統設備的重要部件，在靜態下可實現優越的性能指標，但在振動條件下性能指標急劇惡化，特別是相位噪聲指標。良好的力學環境適應性是頻綜器一項重要的技術指標要求，頻綜器的抗振性能直接影響著系統的綜合性能，減振設計是提高其抗振性能的有效途徑。
1 設計理論分析
晶振是頻綜器內關鍵的器件，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。在隨機振動條件下，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，為振動頻率。振動條件下，晶振輸出的相位噪聲只取決于其加速度靈敏度、工作頻率和振動條件。
在隨機振動條件下，頻綜器輸出的相位噪聲為
采取減振措施后晶振實際承受的加速度譜密度可表達為
式中為外界振動的加速度譜密度，為減振結構的傳遞率。代入得振動條件下頻綜器輸出的相位噪聲
在振動條件下，降低減振結構的傳遞率能有效減小頻綜器輸出的相位噪聲。假設頻綜器的振動是鉛垂方向的諧振動，M為晶振的質量，K為減振器的剛度系數，C為減振器的阻尼系數。
運動方程為
設定加速度、速度、位移初始變量為0，得出該減振系統運動方程的Laplace變換式：
系統的傳遞率為呈遞減趨勢，且隨著阻尼比的減小系統的傳遞率逐漸減小。
當激振頻率在固有頻率附近，，振動將被放大，放大的量值隨著阻尼比的減小而增大。
2 參數設計
本設計中頻綜器選用100MHz晶振，寬帶隨機振動條件。為便于頻綜器的調試和指標的分解，晶振部分采用模塊化設計，減振結構形式如圖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，減振結構的固有頻率設計在50Hz～80Hz。減振器的材料選擇和結構設計是關鍵。通常選用高阻尼的減振材料來實現高的減振效率，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。
根據頻綜器的工作溫度范圍和減振設計需要，設計的減振器選用環境適應性強的金屬橡膠材料。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境適應能力。
減振結構的設計通過PROE建模，轉換為“*.x_t”格式后導入到Workbench，設定材料屬性及約束條件，添加振動條件，進行仿真分析，結果如圖4所示。
3 測試結果
為測試振動條件下減振結構的的傳遞特性，分別在振動臺和晶振上貼上測試傳感器。為減小傳感器重量對測試結果的影響，加速度傳感器的重量遠小于晶振的重量。
從圖5可看出減振結構在振動頻率大于60Hz具有很好的減振效果，且在高頻時減振效果更明顯。在固有頻率30 Hz附近振動被放大，放大倍數小于10。在激振頻率1KHz處，振動的傳遞率約為1%，理論上可改善頻綜器輸出的相位噪聲20dB@1kHz offset。
在隨機振動條件下測試晶振減振前后輸出的相位噪聲。
對比減振前后相位噪聲的變化，可看出減振后頻綜器內晶振輸出的相位噪聲指標改善明顯，相位噪聲減小了18dB@1kHz offset。
4 結語
合理的減振設計，可有效的減小頻綜器在振動條件下輸出的相位噪聲，提升頻綜器的綜合性能；減振設計方法對于振動敏感器件的抗振設計具有很好的參考指導意義。
參考文獻
[1] 方同，薛璞.振動理論及應用[M].西北工業大學出版社，1998：37-43.
[2] 張潤逵，戚仁欣，張樹雄，等.雷達結構與工藝[M].電子工業出版社，2007：308-343.
[3] 李朝旭.電子設備的抗振動設計[J].電子機械工程，2004，20（6）：14-20.endprint
摘 要：減振設計是實現頻綜器抗振設計的一個重要方法。通過分析頻綜器減振設計效果與輸出相位噪聲的關系，對頻綜器內晶振進行了減振設計，經過試驗驗證，減振設計效果明顯，并已成功應用于工程。
關鍵詞：頻綜器 減振 相位噪聲
中圖分類號：TN832 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0076-02
頻綜器是雷達、通訊等系統設備的重要部件，在靜態下可實現優越的性能指標，但在振動條件下性能指標急劇惡化，特別是相位噪聲指標。良好的力學環境適應性是頻綜器一項重要的技術指標要求，頻綜器的抗振性能直接影響著系統的綜合性能，減振設計是提高其抗振性能的有效途徑。
1 設計理論分析
晶振是頻綜器內關鍵的器件，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。在隨機振動條件下，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，為振動頻率。振動條件下，晶振輸出的相位噪聲只取決于其加速度靈敏度、工作頻率和振動條件。
在隨機振動條件下，頻綜器輸出的相位噪聲為
采取減振措施后晶振實際承受的加速度譜密度可表達為
式中為外界振動的加速度譜密度，為減振結構的傳遞率。代入得振動條件下頻綜器輸出的相位噪聲
在振動條件下，降低減振結構的傳遞率能有效減小頻綜器輸出的相位噪聲。假設頻綜器的振動是鉛垂方向的諧振動，M為晶振的質量，K為減振器的剛度系數，C為減振器的阻尼系數。
運動方程為
設定加速度、速度、位移初始變量為0，得出該減振系統運動方程的Laplace變換式：
系統的傳遞率為呈遞減趨勢，且隨著阻尼比的減小系統的傳遞率逐漸減小。
當激振頻率在固有頻率附近，，振動將被放大，放大的量值隨著阻尼比的減小而增大。
2 參數設計
本設計中頻綜器選用100MHz晶振，寬帶隨機振動條件。為便于頻綜器的調試和指標的分解，晶振部分采用模塊化設計，減振結構形式如圖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，減振結構的固有頻率設計在50Hz～80Hz。減振器的材料選擇和結構設計是關鍵。通常選用高阻尼的減振材料來實現高的減振效率，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。
根據頻綜器的工作溫度范圍和減振設計需要，設計的減振器選用環境適應性強的金屬橡膠材料。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境適應能力。
減振結構的設計通過PROE建模，轉換為“*.x_t”格式后導入到Workbench，設定材料屬性及約束條件，添加振動條件，進行仿真分析，結果如圖4所示。
3 測試結果
為測試振動條件下減振結構的的傳遞特性，分別在振動臺和晶振上貼上測試傳感器。為減小傳感器重量對測試結果的影響，加速度傳感器的重量遠小于晶振的重量。
從圖5可看出減振結構在振動頻率大于60Hz具有很好的減振效果，且在高頻時減振效果更明顯。在固有頻率30 Hz附近振動被放大，放大倍數小于10。在激振頻率1KHz處，振動的傳遞率約為1%，理論上可改善頻綜器輸出的相位噪聲20dB@1kHz offset。
在隨機振動條件下測試晶振減振前后輸出的相位噪聲。
對比減振前后相位噪聲的變化，可看出減振后頻綜器內晶振輸出的相位噪聲指標改善明顯，相位噪聲減小了18dB@1kHz offset。
4 結語
合理的減振設計，可有效的減小頻綜器在振動條件下輸出的相位噪聲，提升頻綜器的綜合性能；減振設計方法對于振動敏感器件的抗振設計具有很好的參考指導意義。
參考文獻
[1] 方同，薛璞.振動理論及應用[M].西北工業大學出版社，1998：37-43.
[2] 張潤逵，戚仁欣，張樹雄，等.雷達結構與工藝[M].電子工業出版社，2007：308-343.
[3] 李朝旭.電子設備的抗振動設計[J].電子機械工程，2004，20（6）：14-20.endprint
摘 要：減振設計是實現頻綜器抗振設計的一個重要方法。通過分析頻綜器減振設計效果與輸出相位噪聲的關系，對頻綜器內晶振進行了減振設計，經過試驗驗證，減振設計效果明顯，并已成功應用于工程。
關鍵詞：頻綜器 減振 相位噪聲
中圖分類號：TN832 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0076-02
頻綜器是雷達、通訊等系統設備的重要部件，在靜態下可實現優越的性能指標，但在振動條件下性能指標急劇惡化，特別是相位噪聲指標。良好的力學環境適應性是頻綜器一項重要的技術指標要求，頻綜器的抗振性能直接影響著系統的綜合性能，減振設計是提高其抗振性能的有效途徑。
1 設計理論分析
晶振是頻綜器內關鍵的器件，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。在隨機振動條件下，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，為振動頻率。振動條件下，晶振輸出的相位噪聲只取決于其加速度靈敏度、工作頻率和振動條件。
在隨機振動條件下，頻綜器輸出的相位噪聲為
采取減振措施后晶振實際承受的加速度譜密度可表達為
式中為外界振動的加速度譜密度，為減振結構的傳遞率。代入得振動條件下頻綜器輸出的相位噪聲
在振動條件下，降低減振結構的傳遞率能有效減小頻綜器輸出的相位噪聲。假設頻綜器的振動是鉛垂方向的諧振動，M為晶振的質量，K為減振器的剛度系數，C為減振器的阻尼系數。
運動方程為
設定加速度、速度、位移初始變量為0，得出該減振系統運動方程的Laplace變換式：
系統的傳遞率為呈遞減趨勢，且隨著阻尼比的減小系統的傳遞率逐漸減小。
當激振頻率在固有頻率附近，，振動將被放大，放大的量值隨著阻尼比的減小而增大。
2 參數設計
本設計中頻綜器選用100MHz晶振，寬帶隨機振動條件。為便于頻綜器的調試和指標的分解，晶振部分采用模塊化設計，減振結構形式如圖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，減振結構的固有頻率設計在50Hz～80Hz。減振器的材料選擇和結構設計是關鍵。通常選用高阻尼的減振材料來實現高的減振效率，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。
根據頻綜器的工作溫度范圍和減振設計需要，設計的減振器選用環境適應性強的金屬橡膠材料。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境適應能力。
減振結構的設計通過PROE建模，轉換為“*.x_t”格式后導入到Workbench，設定材料屬性及約束條件，添加振動條件，進行仿真分析，結果如圖4所示。
3 測試結果
為測試振動條件下減振結構的的傳遞特性，分別在振動臺和晶振上貼上測試傳感器。為減小傳感器重量對測試結果的影響，加速度傳感器的重量遠小于晶振的重量。
從圖5可看出減振結構在振動頻率大于60Hz具有很好的減振效果，且在高頻時減振效果更明顯。在固有頻率30 Hz附近振動被放大，放大倍數小于10。在激振頻率1KHz處，振動的傳遞率約為1%，理論上可改善頻綜器輸出的相位噪聲20dB@1kHz offset。
在隨機振動條件下測試晶振減振前后輸出的相位噪聲。
對比減振前后相位噪聲的變化，可看出減振后頻綜器內晶振輸出的相位噪聲指標改善明顯，相位噪聲減小了18dB@1kHz offset。
4 結語
合理的減振設計，可有效的減小頻綜器在振動條件下輸出的相位噪聲，提升頻綜器的綜合性能；減振設計方法對于振動敏感器件的抗振設計具有很好的參考指導意義。
參考文獻
[1] 方同，薛璞.振動理論及應用[M].西北工業大學出版社，1998：37-43.
[2] 張潤逵，戚仁欣，張樹雄，等.雷達結構與工藝[M].電子工業出版社，2007：308-343.
[3] 李朝旭.電子設備的抗振動設計[J].電子機械工程，2004，20（6）：14-20.endprint
