某频综器的减振设计
2014-06-10叶锋等
叶锋等
摘 要：减振设计是实现频综器抗振设计的一个重要方法。通过分析频综器减振设计效果与输出相位噪声的关系，对频综器内晶振进行了减振设计，经过试验验证，减振设计效果明显，并已成功应用于工程。
关键词：频综器 减振 相位噪声
中图分类号：TN832 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0076-02
频综器是雷达、通讯等系统设备的重要部件，在静态下可实现优越的性能指标，但在振动条件下性能指标急剧恶化，特别是相位噪声指标。良好的力学环境适应性是频综器一项重要的技术指标要求，频综器的抗振性能直接影响着系统的综合性能，减振设计是提高其抗振性能的有效途径。
1 设计理论分析
晶振是频综器内关键的器件，其输出的相位噪声直接影响着频综器最终输出的相位噪声。在随机振动条件下，晶振输出的相位噪声为
式中为晶振的加速度灵敏度，为晶振频率，为振动频率。振动条件下，晶振输出的相位噪声只取决于其加速度灵敏度、工作频率和振动条件。
在随机振动条件下，频综器输出的相位噪声为
采取减振措施后晶振实际承受的加速度谱密度可表达为
式中为外界振动的加速度谱密度，为减振结构的传递率。代入得振动条件下频综器输出的相位噪声
在振动条件下，降低减振结构的传递率能有效减小频综器输出的相位噪声。假设频综器的振动是铅垂方向的谐振动，M为晶振的质量，K为减振器的刚度系数，C为减振器的阻尼系数。
运动方程为
设定加速度、速度、位移初始变量为0，得出该减振系统运动方程的Laplace变换式：
系统的传递率为呈递减趋势，且随着阻尼比的减小系统的传递率逐渐减小。
当激振频率在固有频率附近，，振动将被放大，放大的量值随着阻尼比的减小而增大。
2 参数设计
本设计中频综器选用100MHz晶振，宽带随机振动条件。为便于频综器的调试和指标的分解，晶振部分采用模块化设计，减振结构形式如图3所示。
为兼顾减振效果和抗冲击能力，综合小型化需求与减振需要，减振结构的固有频率设计在50Hz～80Hz。减振器的材料选择和结构设计是关键。通常选用高阻尼的减振材料来实现高的减振效率，高阻尼材料主要分为干摩擦阻尼和粘弹性阻尼材料两类。粘弹性阻尼材料传递特性随温度变化差异较大，易老化。
根据频综器的工作温度范围和减振设计需要，设计的减振器选用环境适应性强的金属橡胶材料。金属橡胶是用金属丝制成的弹性多孔材料，具有橡胶的弹性和金属材料的环境适应能力。
减振结构的设计通过PROE建模，转换为“*.x_t”格式后导入到Workbench，设定材料属性及约束条件，添加振动条件，进行仿真分析，结果如图4所示。
3 测试结果
为测试振动条件下减振结构的的传递特性，分别在振动台和晶振上贴上测试传感器。为减小传感器重量对测试结果的影响，加速度传感器的重量远小于晶振的重量。
从图5可看出减振结构在振动频率大于60Hz具有很好的减振效果，且在高频时减振效果更明显。在固有频率30 Hz附近振动被放大，放大倍数小于10。在激振频率1KHz处，振动的传递率约为1%，理论上可改善频综器输出的相位噪声20dB@1kHz offset。
在随机振动条件下测试晶振减振前后输出的相位噪声。
对比减振前后相位噪声的变化，可看出减振后频综器内晶振输出的相位噪声指标改善明显，相位噪声减小了18dB@1kHz offset。
4 结语
合理的减振设计，可有效的减小频综器在振动条件下输出的相位噪声，提升频综器的综合性能；减振设计方法对于振动敏感器件的抗振设计具有很好的参考指导意义。
参考文献
[1] 方同，薛璞.振动理论及应用[M].西北工业大学出版社，1998：37-43.
[2] 张润逵，戚仁欣，张树雄，等.雷达结构与工艺[M].电子工业出版社，2007：308-343.
[3] 李朝旭.电子设备的抗振动设计[J].电子机械工程，2004，20（6）：14-20.endprint
摘 要：减振设计是实现频综器抗振设计的一个重要方法。通过分析频综器减振设计效果与输出相位噪声的关系，对频综器内晶振进行了减振设计，经过试验验证，减振设计效果明显，并已成功应用于工程。
关键词：频综器 减振 相位噪声
中图分类号：TN832 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0076-02
频综器是雷达、通讯等系统设备的重要部件，在静态下可实现优越的性能指标，但在振动条件下性能指标急剧恶化，特别是相位噪声指标。良好的力学环境适应性是频综器一项重要的技术指标要求，频综器的抗振性能直接影响着系统的综合性能，减振设计是提高其抗振性能的有效途径。
1 设计理论分析
晶振是频综器内关键的器件，其输出的相位噪声直接影响着频综器最终输出的相位噪声。在随机振动条件下，晶振输出的相位噪声为
式中为晶振的加速度灵敏度，为晶振频率，为振动频率。振动条件下，晶振输出的相位噪声只取决于其加速度灵敏度、工作频率和振动条件。
在随机振动条件下，频综器输出的相位噪声为
采取减振措施后晶振实际承受的加速度谱密度可表达为
式中为外界振动的加速度谱密度，为减振结构的传递率。代入得振动条件下频综器输出的相位噪声
在振动条件下，降低减振结构的传递率能有效减小频综器输出的相位噪声。假设频综器的振动是铅垂方向的谐振动，M为晶振的质量，K为减振器的刚度系数，C为减振器的阻尼系数。
运动方程为
设定加速度、速度、位移初始变量为0，得出该减振系统运动方程的Laplace变换式：
系统的传递率为呈递减趋势，且随着阻尼比的减小系统的传递率逐渐减小。
当激振频率在固有频率附近，，振动将被放大，放大的量值随着阻尼比的减小而增大。
2 参数设计
本设计中频综器选用100MHz晶振，宽带随机振动条件。为便于频综器的调试和指标的分解，晶振部分采用模块化设计，减振结构形式如图3所示。
为兼顾减振效果和抗冲击能力，综合小型化需求与减振需要，减振结构的固有频率设计在50Hz～80Hz。减振器的材料选择和结构设计是关键。通常选用高阻尼的减振材料来实现高的减振效率，高阻尼材料主要分为干摩擦阻尼和粘弹性阻尼材料两类。粘弹性阻尼材料传递特性随温度变化差异较大，易老化。
根据频综器的工作温度范围和减振设计需要，设计的减振器选用环境适应性强的金属橡胶材料。金属橡胶是用金属丝制成的弹性多孔材料，具有橡胶的弹性和金属材料的环境适应能力。
减振结构的设计通过PROE建模，转换为“*.x_t”格式后导入到Workbench，设定材料属性及约束条件，添加振动条件，进行仿真分析，结果如图4所示。
3 测试结果
为测试振动条件下减振结构的的传递特性，分别在振动台和晶振上贴上测试传感器。为减小传感器重量对测试结果的影响，加速度传感器的重量远小于晶振的重量。
从图5可看出减振结构在振动频率大于60Hz具有很好的减振效果，且在高频时减振效果更明显。在固有频率30 Hz附近振动被放大，放大倍数小于10。在激振频率1KHz处，振动的传递率约为1%，理论上可改善频综器输出的相位噪声20dB@1kHz offset。
在随机振动条件下测试晶振减振前后输出的相位噪声。
对比减振前后相位噪声的变化，可看出减振后频综器内晶振输出的相位噪声指标改善明显，相位噪声减小了18dB@1kHz offset。
4 结语
合理的减振设计，可有效的减小频综器在振动条件下输出的相位噪声，提升频综器的综合性能；减振设计方法对于振动敏感器件的抗振设计具有很好的参考指导意义。
参考文献
[1] 方同，薛璞.振动理论及应用[M].西北工业大学出版社，1998：37-43.
[2] 张润逵，戚仁欣，张树雄，等.雷达结构与工艺[M].电子工业出版社，2007：308-343.
[3] 李朝旭.电子设备的抗振动设计[J].电子机械工程，2004，20（6）：14-20.endprint
摘 要：减振设计是实现频综器抗振设计的一个重要方法。通过分析频综器减振设计效果与输出相位噪声的关系，对频综器内晶振进行了减振设计，经过试验验证，减振设计效果明显，并已成功应用于工程。
关键词：频综器 减振 相位噪声
中图分类号：TN832 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0076-02
频综器是雷达、通讯等系统设备的重要部件，在静态下可实现优越的性能指标，但在振动条件下性能指标急剧恶化，特别是相位噪声指标。良好的力学环境适应性是频综器一项重要的技术指标要求，频综器的抗振性能直接影响着系统的综合性能，减振设计是提高其抗振性能的有效途径。
1 设计理论分析
晶振是频综器内关键的器件，其输出的相位噪声直接影响着频综器最终输出的相位噪声。在随机振动条件下，晶振输出的相位噪声为
式中为晶振的加速度灵敏度，为晶振频率，为振动频率。振动条件下，晶振输出的相位噪声只取决于其加速度灵敏度、工作频率和振动条件。
在随机振动条件下，频综器输出的相位噪声为
采取减振措施后晶振实际承受的加速度谱密度可表达为
式中为外界振动的加速度谱密度，为减振结构的传递率。代入得振动条件下频综器输出的相位噪声
在振动条件下，降低减振结构的传递率能有效减小频综器输出的相位噪声。假设频综器的振动是铅垂方向的谐振动，M为晶振的质量，K为减振器的刚度系数，C为减振器的阻尼系数。
运动方程为
设定加速度、速度、位移初始变量为0，得出该减振系统运动方程的Laplace变换式：
系统的传递率为呈递减趋势，且随着阻尼比的减小系统的传递率逐渐减小。
当激振频率在固有频率附近，，振动将被放大，放大的量值随着阻尼比的减小而增大。
2 参数设计
本设计中频综器选用100MHz晶振，宽带随机振动条件。为便于频综器的调试和指标的分解，晶振部分采用模块化设计，减振结构形式如图3所示。
为兼顾减振效果和抗冲击能力，综合小型化需求与减振需要，减振结构的固有频率设计在50Hz～80Hz。减振器的材料选择和结构设计是关键。通常选用高阻尼的减振材料来实现高的减振效率，高阻尼材料主要分为干摩擦阻尼和粘弹性阻尼材料两类。粘弹性阻尼材料传递特性随温度变化差异较大，易老化。
根据频综器的工作温度范围和减振设计需要，设计的减振器选用环境适应性强的金属橡胶材料。金属橡胶是用金属丝制成的弹性多孔材料，具有橡胶的弹性和金属材料的环境适应能力。
减振结构的设计通过PROE建模，转换为“*.x_t”格式后导入到Workbench，设定材料属性及约束条件，添加振动条件，进行仿真分析，结果如图4所示。
3 测试结果
为测试振动条件下减振结构的的传递特性，分别在振动台和晶振上贴上测试传感器。为减小传感器重量对测试结果的影响，加速度传感器的重量远小于晶振的重量。
从图5可看出减振结构在振动频率大于60Hz具有很好的减振效果，且在高频时减振效果更明显。在固有频率30 Hz附近振动被放大，放大倍数小于10。在激振频率1KHz处，振动的传递率约为1%，理论上可改善频综器输出的相位噪声20dB@1kHz offset。
在随机振动条件下测试晶振减振前后输出的相位噪声。
对比减振前后相位噪声的变化，可看出减振后频综器内晶振输出的相位噪声指标改善明显，相位噪声减小了18dB@1kHz offset。
4 结语
合理的减振设计，可有效的减小频综器在振动条件下输出的相位噪声，提升频综器的综合性能；减振设计方法对于振动敏感器件的抗振设计具有很好的参考指导意义。
参考文献
[1] 方同，薛璞.振动理论及应用[M].西北工业大学出版社，1998：37-43.
[2] 张润逵，戚仁欣，张树雄，等.雷达结构与工艺[M].电子工业出版社，2007：308-343.
[3] 李朝旭.电子设备的抗振动设计[J].电子机械工程，2004，20（6）：14-20.endprint
