[发明专利]微梁长度调谐的超谐波共振信号频率放大装置

说明书

本发明专利利用超谐波共振原理实现信号频率的放大。对于含有立方非线性的柔性体结构，当激励力频率接近于结构性固有频率的三分之一时，非线性项调整自由振动的频率，使自由振动项不会衰减至零而是精确等于激励频率的三倍，产生超谐波共振现象。可调直流电压电源使压电控制块通电后产生轴向伸长，使微米梁悬空长度增加，引起微米梁振动系统固有频率的改变，微米梁振动使压电薄膜受力产生的电流信号与微米梁振动频率一致，微米梁振动使压电薄膜受力产生的电流信号经变压器初级线圈耦合传送到变压器次级线圈，经高、低通滤波电路后输出三倍频信号，经由输出端子输出。

技术领域

本发明涉及一种超谐波共振信号频率放大装置，特别是一种频率可调谐的超谐波共振信号频率放大装置，属于电子器件领域。

背景技术

随着通信技术、计算机技术等领域的发展，高频信号日益成为各个领域在工程实践中必不可少的一部分，如微信通信、社会光纤通信、航海、汽车等领域，高频信号占据着十分重要的地位。而当前普遍使用的调频方法是通过调整电路参数、元器件的数值或通过调相方法间接实现调频，但因寄生电容和电子器件通过能力差等因素的存在，限制信号发生器高频信号产生和频率的放大。目前，随着纳米技术的不断发展，振动理论应用于电子器件设计制造技术会极大推动电子技术的发展。对于含有立方非线性的柔性体结构，当激励力频率接近于结构线性固有频率的三分之一时，非线性项调整自由振动的频率，自由振动项不会衰减至零而是精确等于激励频率的三倍，会产生超谐波共振现象。发明专利《一种超谐波共振的信号频率放大装置》(专利号CN2017102868008)利用梁超谐波振动实现信号三倍频率的放大，但是该专利倍频信号受到振动梁固有频率不变的限制，无法进行频率调谐，限制了其在信号发生领域的应用。

发明内容

本发明专利针对以上缺陷，提出微梁长度调谐的超谐波共振信号频率放大装置，包括低频率静电激励装置、微米梁频率调谐装置、高频信号放大装置和滤波电路四部分。

对于含有立方非线性的柔性体结构，当激励力频率接近于结构线性固有频率的三分之一时，会产生超谐波共振现象。在某些情况下，自由振动振幅甚至大于受迫振动的振幅，可以利用该原理制造超高频信号发生装置。

低频信号静电激励装置包括镀金金属膜驱动极板、压电控制块、低频信号源、镀金金属膜、微米梁、左固定端、支撑刚性杆和右固定端组成；左固定端和右固定端分别与与压电控制块固定连接，压电控制块中间部位与底板固定连接，压电控制块由压电陶瓷做成；左固定端和支撑刚性杆固定连接，支撑刚性杆和右固定端分别与微米梁简支连接，形成两端简支梁；微米梁下表面镀有一层100纳米厚的镀金金属膜；低频信号源一端连接镀金金属膜驱动极板，另一端连接固定端，固定端为金属铜块，固定端与微米梁下表面镀金金属膜连接，形成充放电回路；低频信号源产生的交流信号电压在镀金金属膜驱动极板和微米梁下表面镀金金属膜之间形成交变电场，变化的电场产生交变作用力，驱动微米梁产生横向振动；当低频信号源输出电压信号频率接近于微米梁的一阶固有频率的三分之一时，微米梁产生超谐波共振，低频信号源输入能量与微米梁消耗能量相等，微米梁振动保持稳定。

微米梁频率调谐装置由微米梁、左固定端、压电控制块、右固定端、可调直流电压电源和导线组成；左固定端和右固定端分别与压电控制块固定连接，左固定端和右固定端均为金属铜块，可调直流电压电源与压电控制块左右两表面组成闭合回路，当可调直流电压电源电压变化时，压电控制块产生水平方向的位移，改变微米梁的长度，改变微米梁振动系统的固有频率，起到频率调谐作用。