一种室温环境下的介质腔体振荡器制造技术

本发明专利技术提出了一种室温环境下的介质腔体振荡器。该振荡器包括介质腔体谐振器、低相噪功率放大器、带通滤波器、移相器、环行器、电动移相器、衰减器组成。介质腔体谐振器包括上盖板、底板、介质体、探针、真空阀、温度传感器、半导体制冷器、散热器。介质腔体谐振器的温度控制环路包括温度传感器、信号处理、比例积分控制、功率放大、半导体制冷和介质谐振腔体。该振荡器采用了独特的结构降低了温度敏感型，可在室温环境下输出高质量的低相位噪声的频率信号，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种介质腔体振荡器，应用于需要高精度的频率信号场合，如精密天文物理测量、雷达、制导设备及需要精密测控的领域。
技术介绍
目前雷达等需要上GHz频率信号的设备均采用晶体振荡器组成的倍频装置。晶体振荡器一般采用晶体谐振器作为选频器件，由于晶体谐振器的谐振频率一般为几十MHz，需要将信号倍频至几个GHz，在倍频过程中相位噪声恶化。本专利技术提出了一种介质腔体振荡器，利用介质腔体谐振器作为振荡器的选频器件，由于介质腔体谐振器的谐振频率在几个GHz，因此可以直接产生上GHz的频率信号，避免了倍频过程中的相位噪声恶化。文献(国防科技大学学报，第36卷第4期，2014年8月，“单层反射模型蓝宝石腔体的9.7GHz频率基准”)提出了一种振荡器，该振荡器利用蓝宝石腔体谐振器作为滤波器，然而该谐振器采用单层蓝宝石结构，该结构对于温度和加速度较为敏感，无法成为实际应用产品，该文献未提出温度和真空控制技术手段。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种利用介质腔体谐振器组成的振荡器，该振荡器可直接产生上GHz的信号，可避免采用晶振带来的倍频过程造成的相位噪声恶化。针对介质腔体谐振器的谐振频率对温度敏感，提出了一种采用半导体制冷的真空腔体，采用独特的温度控制方法，使介质腔体谐振器温度保持恒定，且该腔体有利于工程化实现。本专利技术技术方案是: 介质腔体振荡器由介质腔体谐振器、低相噪功率放大器、带通滤波器、移相器、环行器、电动移相器、衰减器组成。介质腔体谐振器包括上盖板、底板、介质体、探针、真空阀、温度传感器、半导体制冷器和散热器，介质体可以是蓝宝石、红宝石、氧化硅等介质材料。介质腔体谐振器的温度控制部分由温度传感器、半导体制冷片和温度控制电路组成。介质腔体谐振器输出接至低相噪功率放大器，低相噪功率放大器的输出接至带通滤波器，带通滤波器的输出接至移相器，移相器的输出接至环形器；环形器的一端接至输出，另一端接至电动移相器；电动移相器具有控制电压输入接口，通过调节输入电压的大小可微调输出频率；电动移相器的输出接至衰减器，衰减器的输出接至介质腔体谐振器。介质腔体谐振器的谐振频率对于温度敏感，当温度变化时,谐振频率也随之变化。通过测试得到谐振频率与温度的特性曲线，选择变化相对平缓的点作为工作点；温度控制单元通过控制半导体制冷片，使介质腔体谐振器内部温度接近于工作点温度，这样可获得较低的温度敏感型。温度传感器嵌入腔体内部，实时监测腔体温度，温度控制电路采用比例积分控制方法。当外界温度发生变化时，温度控制电路确保腔体内部温度在一个小范围内波动。综上所述，本专利技术提出了一种室温下的介质腔体谐振器构建的振荡器，采用了独特的结构降低了温度敏感型，可在室温环境下输出高质量的低相位噪声信号，具有很强的实用性和广阔的应用前景。尽管本专利技术的内容已经作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改与替代都将是显而易见的。因此本专利技术的保护范围应由所附的权利要求来限定。【附图说明】图1为振荡器组成； 图2为一种基本型振荡器组成； 图3为介质腔体前视图； 图4为介质腔体俯视图； 图5为谐振频率与温度曲线； 图6为腔体的温度控制环路组成。具体实施方案 图1为振荡器组成。振荡器包括介质腔体谐振器、低相噪功率放大器、带通滤波器、机械移相器、环形器、电动移相器、衰减器组成。介质腔体谐振器在振荡回路中作为高品质因数滤波器，由于介质腔体谐振器可能有多个谐振频率，采用带通滤波器排除其他的谐振频率，确保振荡频率为选定的谐振频率。机械移相器实现大范围的移相，确保振荡的实现。电动移相器实现微小的移相，可实现频率的微调。衰减器实现信号的衰减；环形器为三端器件，一端可作为信号的输出。图2为一种基本型振荡器组成。振荡器包括介质腔体谐振器、低相噪功率放大器、带通滤波器、机械移相器、环形器组成。介质腔体谐振器在振荡回路中作为高品质因数滤波器，由于介质腔体谐振器可能有多个谐振频率，采用带通滤波器排除其他的谐振频率，确保振荡频率为选定的谐振频率。机械移相器实现大范围的移相，确保振荡的实现。环形器为三端器件，一端可作为信号的输出。图3为介质腔体谐振器的前视图，图4为介质腔体谐振器的俯视图。介质腔体谐振器包括上盖板1、底板6、介质体7、探针2、真空阀8、温度传感器3、半导体制冷器4、散热器5组成。上盖板I和底板6组成腔体，上盖板I左右两侧开有两个小孔插入探针2，上盖板I与底板6之间采用螺栓固定；介质体7为一回转体，上下部分直径较小，中间直径较大，其上部分固定在上盖板I上，下部分固定在底板6上。上盖板I的一侧具有一个凸台，凸台内部与介质体所在的区域连通；该凸台上安装有真空阀8，该阀门可打开，使得腔体内空气与外部流通；也可关闭，当关闭时腔体内部与外界隔离。因此可采用真空泵通过真空阀8抽走腔体内的空气，再将阀门关闭，使腔体内部保持真空状态。温度传感器3外形为圆柱形，安装在上盖板和底板内，实时监测腔体温度。半导体制冷器4是一种扁平结构，采用导热胶粘合在底板6和散热器5之间。散热器4是实心金属体，外部可开齿提高与外界空气对流效率。图5为介质谐振腔的谐振频率与温度的特性曲线。可见，该曲线斜率是变化的，当曲线越平缓，谐振频率受温度影响越小。图示中A点斜率较小，可以作为谐振腔的工作温度。图6温度控制环路组成。温度控制环路包括温度传感器、信号处理、比例积分控制、功率放大、半导体制冷和腔体。温度传感器的输出接至信号处理单元，经处理后送给比例积分单元，再送给功率放大单元驱动半导体制冷器，半导体制冷器再实现对腔体的温度控制。介质腔体振荡器的构建过程如下: 1、测试介质谐振腔体的谐振频率，可采用网络分析仪实现，选定谐振频率作为振荡器的输出频率；选定的标准为该谐振频率处具有很高的品质因数，且附近左右10MHz范围内比较平坦； 2、将介质谐振腔体放入温度控制箱(温度控制箱是商业产品，可在市场购得)，测得谐振频率与温度的特性曲线；选择与摄氏零接近且斜率最小的工作点，选择该点的温度为工作温度； 3、根据谐振频率，选择带通滤波器，确保谐振频率在带通滤波器的通带范围内； 4、按图1连接谐振回路，低相噪放大器上电； 5、调整机械移相器，直至有信号输出； 6、微调电动移相器的输入电压，得到需要的频率。【主权项】1.一种介质腔体振荡器，包括介质腔体谐振器、低相噪功率放大器、带通滤波器、移相器、环行器、电动移相器、衰减器；其特征在于，介质腔体谐振器连接低相噪功率放大器，低相噪功率放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接移相器，移相器连接环行器、环形器连接电动移相器。2.一种介质腔体振荡器，包括介质腔体谐振器、低相噪功率放大器、带通滤波器、移相器、环行器；其特征在于，介质腔体谐振器连接低相噪功率放大器，低相噪功率放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接移相器，移相器连接环行器。3.根据权利要求1所述的介质腔体谐振器，其特征在于，介质腔体谐振器包括上盖板1、底板6、介质体7、探针2、真空阀8、温度传感器3、半导体制冷器4、散热器5组成；上盖板I开有两个小孔插入探针，上盖板I与底板6之间采用螺栓固定；介质体为一圆柱体，上下部分直径较小，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介质腔体振荡器，包括介质腔体谐振器、低相噪功率放大器、带通滤波器、移相器、环行器、电动移相器、衰减器；其特征在于，介质腔体谐振器连接低相噪功率放大器，低相噪功率放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接移相器，移相器连接环行器、环形器连接电动移相器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：单庆晓，
申请(专利权)人：单庆晓，
类型：发明
国别省市：湖南;43