一種室溫環境下的介質腔體振蕩器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種介質腔體振蕩器，應用于需要高精度的頻率信號場合，如精密天文物理測量、雷達、制導設備及需要精密測控的領域。
【背景技術】
[0002]目前雷達等需要上GHz頻率信號的設備均采用晶體振蕩器組成的倍頻裝置。晶體振蕩器一般采用晶體諧振器作為選頻器件，由于晶體諧振器的諧振頻率一般為幾十MHz，需要將信號倍頻至幾個GHz，在倍頻過程中相位噪聲惡化。
[0003]本發明提出了一種介質腔體振蕩器，利用介質腔體諧振器作為振蕩器的選頻器件，由于介質腔體諧振器的諧振頻率在幾個GHz，因此可以直接產生上GHz的頻率信號，避免了倍頻過程中的相位噪聲惡化。
[0004]文獻[I](國防科技大學學報，第36卷第4期，2014年8月，“單層反射模型藍寶石腔體的9.7GHz頻率基準”)提出了一種振蕩器，該振蕩器利用藍寶石腔體諧振器作為濾波器，然而該諧振器采用單層藍寶石結構，該結構對于溫度和加速度較為敏感，無法成為實際應用產品，該文獻未提出溫度和真空控制技術手段。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提出一種利用介質腔體諧振器組成的振蕩器，該振蕩器可直接產生上GHz的信號，可避免采用晶振帶來的倍頻過程造成的相位噪聲惡化。針對介質腔體諧振器的諧振頻率對溫度敏感，提出了一種采用半導體制冷的真空腔體，采用獨特的溫度控制方法，使介質腔體諧振器溫度保持恒定，且該腔體有利于工程化實現。
[0006]本發明技術方案是:
[0007]介質腔體振蕩器由介質腔體諧振器、低相噪功率放大器、帶通濾波器、移相器、環行器、電動移相器、衰減器組成。介質腔體諧振器包括上蓋板、底板、介質體、探針、真空閥、溫度傳感器、半導體制冷器和散熱器，介質體可以是藍寶石、紅寶石、氧化硅等介質材料。介質腔體諧振器的溫度控制部分由溫度傳感器、半導體制冷片和溫度控制電路組成。
[0008]介質腔體諧振器輸出接至低相噪功率放大器，低相噪功率放大器的輸出接至帶通濾波器，帶通濾波器的輸出接至移相器，移相器的輸出接至環形器；環形器的一端接至輸出，另一端接至電動移相器；電動移相器具有控制電壓輸入接口，通過調節輸入電壓的大小可微調輸出頻率；電動移相器的輸出接至衰減器，衰減器的輸出接至介質腔體諧振器。
[0009]介質腔體諧振器的諧振頻率對于溫度敏感，當溫度變化時，諧振頻率也隨之變化。通過測試得到諧振頻率與溫度的特性曲線，選擇變化相對平緩的點作為工作點；溫度控制單元通過控制半導體制冷片，使介質腔體諧振器內部溫度接近于工作點溫度，這樣可獲得較低的溫度敏感型。溫度傳感器嵌入腔體內部，實時監測腔體溫度，溫度控制電路采用比例積分控制方法。當外界溫度發生變化時，溫度控制電路確保腔體內部溫度在一個小范圍內波動。
[0010]綜上所述，本發明提出了一種室溫下的介質腔體諧振器構建的振蕩器，采用了獨特的結構降低了溫度敏感型，可在室溫環境下輸出高質量的低相位噪聲信號，具有很強的實用性和廣闊的應用前景。
[0011]盡管本發明的內容已經作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改與替代都將是顯而易見的。因此本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【附圖說明】
[0012]圖1為振蕩器組成；
[0013]圖2為一種基本型振蕩器組成；
[0014]圖3為介質腔體前視圖；
[0015]圖4為介質腔體俯視圖；
[0016]圖5為諧振頻率與溫度曲線；
[0017]圖6為腔體的溫度控制環路組成。
具體實施方案
[0018]圖1為振蕩器組成。振蕩器包括介質腔體諧振器、低相噪功率放大器、帶通濾波器、機械移相器、環形器、電動移相器、衰減器組成。介質腔體諧振器在振蕩回路中作為高品質因數濾波器，由于介質腔體諧振器可能有多個諧振頻率，采用帶通濾波器排除其他的諧振頻率，確保振湯頻率為選定的諧振頻率。機械移相器實現大??圍的移相，確保振湯的實現。電動移相器實現微小的移相，可實現頻率的微調。衰減器實現信號的衰減；環形器為三端器件，一端可作為信號的輸出。
[0019]圖2為一種基本型振蕩器組成。振蕩器包括介質腔體諧振器、低相噪功率放大器、帶通濾波器、機械移相器、環形器組成。介質腔體諧振器在振蕩回路中作為高品質因數濾波器，由于介質腔體諧振器可能有多個諧振頻率，采用帶通濾波器排除其他的諧振頻率，確保振蕩頻率為選定的諧振頻率。機械移相器實現大范圍的移相，確保振蕩的實現。環形器為三端器件，一端可作為信號的輸出。
[0020]圖3為介質腔體諧振器的前視圖，圖4為介質腔體諧振器的俯視圖。介質腔體諧振器包括上蓋板1、底板6、介質體7、探針2、真空閥8、溫度傳感器3、半導體制冷器4、散熱器5組成。上蓋板I和底板6組成腔體，上蓋板I左右兩側開有兩個小孔插入探針2，上蓋板I與底板6之間采用螺栓固定；介質體7為一回轉體，上下部分直徑較小，中間直徑較大，其上部分固定在上蓋板I上，下部分固定在底板6上。上蓋板I的一側具有一個凸臺，凸臺內部與介質體所在的區域連通；該凸臺上安裝有真空閥8，該閥門可打開，使得腔體內空氣與外部流通；也可關閉，當關閉時腔體內部與外界隔離。因此可采用真空泵通過真空閥8抽走腔體內的空氣，再將閥門關閉，使腔體內部保持真空狀態。溫度傳感器3外形為圓柱形，安裝在上蓋板和底板內，實時監測腔體溫度。
[0021]半導體制冷器4是一種扁平結構，采用導熱膠粘合在底板6和散熱器5之間。散熱器4是實心金屬體，外部可開齒提高與外界空氣對流效率。
[0022]圖5為介質諧振腔的諧振頻率與溫度的特性曲線。可見，該曲線斜率是變化的，當曲線越平緩，諧振頻率受溫度影響越小。圖示中A點斜率較小，可以作為諧振腔的工作溫度。
[0023]圖6溫度控制環路組成。溫度控制環路包括溫度傳感器、信號處理、比例積分控制、功率放大、半導體制冷和腔體。溫度傳感器的輸出接至信號處理單元，經處理后送給比例積分單元，再送給功率放大單元驅動半導體制冷器，半導體制冷器再實現對腔體的溫度控制。
[0024]介質腔體振蕩器的構建過程如下:
[0025]1、測試介質諧振腔體的諧振頻率，可采用網絡分析儀實現，選定諧振頻率作為振蕩器的輸出頻率；選定的標準為該諧振頻率處具有很高的品質因數，且附近左右10MHz范圍內比較平坦；
[0026]2、將介質諧振腔體放入溫度控制箱(溫度控制箱是商業產品，可在市場購得)，測得諧振頻率與溫度的特性曲線；選擇與攝氏零接近且斜率最小的工作點，選擇該點的溫度為工作溫度；
[0027]3、根據諧振頻率，選擇帶通濾波器，確保諧振頻率在帶通濾波器的通帶范圍內；
[0028]4、按圖1連接諧振回路，低相噪放大器上電；
[0029]5、調整機械移相器，直至有信號輸出；
[0030]6、微調電動移相器的輸入電壓，得到需要的頻率。
【主權項】
1.一種介質腔體振蕩器，包括介質腔體諧振器、低相噪功率放大器、帶通濾波器、移相器、環行器、電動移相器、衰減器；其特征在于，介質腔體諧振器連接低相噪功率放大器，低相噪功率放大器連接帶通濾波器，帶通濾波器連接移相器，移相器連接環行器、環形器連接電動移相器。
2.—種介質腔體振蕩器，包括介質腔體諧振器、低相噪功率放大器、帶通濾波器、移相器、環行器；其特征在于，介質腔體諧振器連接低相噪功率放大器，低相噪功率放大器連接帶通濾波器，帶通濾波器連接移相器，移相器連接環行器。
3.根據權利要求1所述的一種介質腔體振蕩器，其特征在于，介質腔體諧振器包括上蓋板(1)、底板(6)、介質體(7)、探針(2)、真空閥(8)、溫度傳感器(3)、半導體制冷器(4)、散熱器(5)組成；上蓋板(I)開有兩個小孔插入探針，上蓋板(I)與底板(6)之間采用螺栓固定；介質體為一圓柱體，上下部分直徑較小，其上部分固定在上蓋板上，下部分固定在底板上；上蓋板上安裝有真空閥；溫度傳感器(3)外形為圓柱形，安裝在上蓋板和底板內。
4.根據權利要求3所述的一種介質腔體振蕩器，其特征在于其上蓋板(I)的一側具有一個凸臺，凸臺內部與介質體所在的區域連通；該凸臺上安裝有真空閥(8)，該閥門可打開和關閉。
5.根據權利要求3所述的一種介質腔體振蕩器，其特征在于，半導體制冷器(4)是一種扁平結構，采用導熱膠粘合在底板和散熱器之間；散熱器是實心金屬體，外部可開齒。
【專利摘要】本實用新型提出了一種室溫環境下的介質腔體振蕩器。該振蕩器包括介質腔體諧振器、低相噪功率放大器、帶通濾波器、移相器、環行器、電動移相器、衰減器組成。介質腔體諧振器包括上蓋板、底板、介質體、探針、真空閥、溫度傳感器、半導體制冷器、散熱器。介質腔體諧振器的溫度控制環路包括溫度傳感器、信號處理、比例積分控制、功率放大、半導體制冷和介質諧振腔體。該振蕩器采用了獨特的結構降低了溫度敏感型，可在室溫環境下輸出高質量的低相位噪聲的頻率信號，具有很強的實用性和廣闊的應用前景。
【IPC分類】H03B5-04
【公開號】CN204539085
【申請號】CN201520164051
【發明人】單慶曉
【申請人】單慶曉
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年3月23日