طرح جدید تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی در مد ارتعاشی شناور با ضریب کیفیت بالا و مدهای ناخواسته پایین

نویسندگان

1 دانشگاه بیرجند، هیئت علمی گروه الکترونیک، دکترای الکترونیک

2 دانشگاه بیرجند، دکترای مکانیک طراحی کاربردی

3 دانشگاه بیرجند، کارشناسی ارشد مکانیک

چکیده

امروزه با پیشرفت‏های انجام شده در زمینه ساخت سیستم‏های میکروالکترومکانیکی، این تشدیدگرها در سیستم‏های ارتباطی بی‏سیم و ناوبری کاربرد گسترده‏ای یافته‏اند. در این مقاله، به منظور افزایش ضریب کوپلاژ الکترومکانیکی و بهبود مشخصات الکتریکی تشدیدگرهای تیر، تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی در مد ارتعاشی شناور معرفی و برای کاهش اثر مدهای ناخواسته در این تشدیدگرها، استفاده از چهار تیر نگهدارنده‌ی معمولی پیشنهاد می‏شود. همچنین، با توجه به غالب بودن مکانیزم اتلاف تکیه‏گاه در کاربردهای مهمی نظیر نوسان‏سازها، فیلترها و ژیروسکوپ‌ها، مدلسازی و محاسبه اتلاف تکیه‏گاه در تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی انجام می‌شود و برای اعتبارسنجی از مطالعات آزمایشگاهی استفاده می‏شود. به‏طوری‏که نتایج تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی مطابقت قابل قبولی داشته و درستی مدل‏سازی انجام شده را نشان می‎دهد. در واقع هدف اصلی این مقاله، ارائه یک طرح جدید برای تیرهای نگهدارنده در مد ارتعاشی شناور تشدیدگرهای مستطیلی میکرومکانیکی به منظور دستیابی به ضریب کیفیت بالا، مقاومت جنبشی پایین و مدهای ناخواسته کم است. برای این منظور، استفاده از چهار تیر نگهدارنده T شکل به جای دو تیر نگهدارنده معمولی پیشنهاد شده و محاسبات انجام شده نشان می‏دهند که ضریب کیفیت تشدیدگر در فرکانس‏ تشدید یکسان در حدود 65/1 برابر افزایش می‏یابد. همچنین با کاهش پهنا و درازای قسمت‏های T شکل در فرکانس تشدید ثابت، ضریب کیفیت اتلاف تکیه‏گاه افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A novel design in the plunging-mode vibrations of a micromechanical rectangular-plate resonator with high quality factor and low spurious modes

نویسندگان [English]

  • ابوالفضل بیجاری 1
  • مهدی راغبی 2
  • مجید باقری 3
چکیده [English]

Nowadays, with the recent advances in micro-electro-mechanical systems (MEMS) fabrication technology, micromechanical resonators are used widely in wireless communication and navigation systems. In this paper, a micromechanical rectangular-plate resonator is introduced to increase the electromechanical coupling coefficient and enhanced the electrical performance of the micromechanical beam resonators. Moreover, the micromechanical rectangular-plate resonator with four conventional support beams is proposed to suppress the spurious mode effect. With regard to the dominated quality factor by anchor loss in some important applications including oscillators, electrical filters and gyroscopes, the closed-form expression is obtained for anchor loss quality factor in the plunging-mode vibrations of micromechanical rectangular-plate resonator. The findings are validated by comparing with experimental data. As far as there is an acceptable match between the analytical and experimental results, the proposed model is confirmed. According to the results, a novel T-shaped support beam design is proposed to enhance the anchor loss quality factor in the plunging-mode vibrations of micromechanical rectangular-plate resonators. In fact, the main purpose of this paper is the introduction of a novel design for support beams in micromechanical rectangular-plate resonators to achieve high quality factor, low motional resistance and low spurious modes. For this purpose, the two support beams are replaced with four T-shaped support beams. The results show that the anchor loss quality factor at the same resonant frequency is enhanced about 1.65 times. Moreover, the anchor loss quality factor at the constant resonant frequency increases with decreasing the width and increasing the length of T-shaped support beam.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spurious modes
  • Quality factor
  • Plunging-mode
  • Micromechanical rectangular-plate resonator
  • Anchor loss