一种蓝宝石微波频率源和控制方法技术

本发明专利技术公开了一种蓝宝石微波频率源和控制方法，解决了蓝宝石微波频率源成本高、频率稳定度低和相噪抑制度差的问题，包括真空罐、氦气液化器、液氦池、液氦导流管、热板、蓝宝石微波腔，真空罐内部为封闭真空区，液氦导流管从真空罐的顶端穿过并与所述真空罐焊接在一起，一端与氦气液化器连接，另一端与液氦池连接，氦气液化器位于所述真空罐的外部，液氦池位于真空罐的内部，热板固定在液氦池下方，与液氦池有热接触，蓝宝石微波腔固定在所述热板下方，与所述热板有热接触。一种蓝宝石微波频率源控制方法，包括对真空罐进行真空制备；开启氦气液化器，对真空罐进行制冷；对外围谐振电路加电，通过外部定向耦合器输出微波频率源信号。

Sapphire microwave frequency source and control method

The invention discloses a sapphire microwave frequency source and control method, to solve the sapphire microwave frequency source of high cost, frequency stability and low phase noise suppression of the problem, including vacuum tank, helium liquefier, liquid helium, helium tank pipe, hot plate, sapphire microwave cavity, the internal vacuum tank is a closed vacuum the diversion pipe passes through the zone, liquid helium from the top of the vacuum tank and the vacuum tank are welded together, with one end connected to the helium liquefier, and the other end of the pool of liquid helium external connection, helium liquefier is positioned in the vacuum tank, the internal liquid pool is located in the vacuum tank, the hot plate is fixed on the liquid helium pool below the heat contact with liquid pool, sapphire microwave cavity is fixed on the bottom of the hot plate, a thermal contact with the hot plate. A sapphire microwave frequency source control method, including vacuum tank vacuum preparation; open helium liquefier, refrigeration of the vacuum tank; the external resonant circuit powered by external directional coupler output microwave frequency source signal.

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石微波频率源和控制方法
本专利技术属于微波
，尤其涉及一种蓝宝石微波频率源和控制方法。
技术介绍
蓝宝石微波频率源工作的主要原理是利用蓝宝石在低温时的低损耗正切值，形成高Q值的微波，采用正激励的方式使高Q值的微波腔选择的频率形成振荡，在外围电路进行该微波频率的相位控制和幅度控制，使整机形成稳定的微波信号输出，频率稳定和相噪抑制较复杂。现有蓝宝石微波频率源中用于维持蓝宝石工作温度的低温装置采用脉管氦气制冷剂对氦气进行液化，使得整机价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术提供一种蓝宝石微波频率源和控制方法，解决了蓝宝石微波频率源成本高、频率稳定度低和相噪抑制度差的问题。本专利技术实施例提供一种蓝宝石微波频率源，用于在室温下产生超高稳定度及低噪声的微波信号，包括真空罐、氦气液化器、液氦池、液氦导流管、热板、蓝宝石微波腔；所述真空罐内部为封闭真空区；所述液氦导流管从所述真空罐的顶端穿过并与所述真空罐焊接在一起，一端与所述氦气液化器连接，另一端与所述液氦池连接，所述液氦导流管不破坏所述真空罐的气密性；所述氦气液化器位于所述真空罐的外部；所述液氦池位于所述真空罐的内部；所述氦气液化器、液氦池、液氦导流管形成封闭空间；所述热板固定在所述液氦池下方，与所述液氦池有热接触；所述蓝宝石微波腔固定在所述热板下方，与所述热板有热接触。进一步地，所述蓝宝石微波频率源，还包括输入微波接口、输出微波接口、电控真空法兰接口、隔离器、滤波器、压控移相器、手动移相器、放大器、外部定向耦合器、压控衰减器，用于对所述蓝宝石微波腔进行激励和控制；所述输入、输出微波接口分别固定于所述蓝宝石微波腔两端，用于输入和输出信号；所述电控真空法兰接口、隔离器、滤波器、压控移相器、手动移相器、放大器、外部定向耦合器、压控衰减器均位于所述真空罐外部；所述电控真空法兰接口固定在所述真空罐外壁上，且保持所述真空罐的密封性，所述真空罐内部与外部电控线缆通过所述电控真空法兰接口连接，所述电控真空法兰接口上设有出腔埠、入腔埠；所述隔离器用于传递所述蓝宝石微波腔产生的谐振信号；所述滤波器用于从所述隔离器输出的谐振信号中滤波；所述压控移相器接收滤波后的谐振信号；所述手动移相器接收所述压控移相器输出的信号；所述放大器用于对所述手动移相器输出的信号进行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器输出的信号，并输出所述微波输出信号；所述压控衰减器接收所述外部定向耦合器输出的信号；所述压控衰减器输出的信号通过所述输入微波接口传递给所述蓝宝石微波腔。优选地，所述蓝宝石微波频率源，还包括相位锁定端口、微波环形器、相位功率探测器、信号发生器、锁相电路模块、积分器电路模块，均位于所述真空罐外部，用于对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的相位波动进行控制；所述相位锁定端口位于所述电控真空法兰接口上；所述微波环形器通过所述入腔埠接收所述压控衰减器输出的所述信号，并输出两路信号，其中一路通过所述输入微波接口传递给所述蓝宝石微波腔；所述相位功率探测器接收所述微波环形器输出的另一路信号，并输出相位功率信号；所述信号发生器产生两路相同的调制信号，分别为移相调制信号、锁相调制信号；所述锁相电路模块接收所述锁相调制信号作为参考信号，与通过所述相位锁定端口接收的所述相位功率信号进行鉴相，输出鉴相信号；所述积分器电路模块接收所述鉴相信号，输出积分信号；所述压控移相器根据接收到的所述移相调制信号、所述积分信号，对所述压控移相器输出的所述压控移相信号进行相位调节。优选地，所述蓝宝石微波频率源，还包括幅度稳定端口、罐内定向耦合器、幅度功率探测器、幅度控制电路模块，均位于所述真空罐外部，用于对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的幅度波动进行控制；所述幅度稳定端口位于所述电控真空法兰接口上；所述罐内定向耦合器通过所述入腔埠接收所述压控衰减器输出的所述信号，并输出两路信号，其中一路通过所述输入微波接口传递给所述蓝宝石微波腔；所述幅度功率探测器接收所述罐内定向耦合器输出的另一路信号，并输出幅度功率信号；所述幅度控制电路模块通过所述幅度稳定端口接收所述幅度功率信号，并输出所述幅度控制信号；所述压控衰减器接收所述幅度控制信号，并对输出的所述信号进行幅度调节。优选地，所述蓝宝石微波频率源，还包括冷屏，所述冷屏位于所述真空罐内部，固定在所述液氦导流管上，与所述液氦导流管有热接触；还包括温控真空法兰接口和温度监控模块，位于所述真空罐外部，所述热板内部开槽，槽内装有加热丝和热敏电阻，所述冷屏上装有热敏电阻；所述温控真空法兰接口固定在所述真空罐外壁上，且保持所述真空罐的密封性，通过温控线缆与所述热板内的热敏电阻、加热丝，所述冷屏上的热敏电阻连接；所述温度监控模块用于监视和控制所述热板和冷屏的温度，与所述温控真空法兰接口连接。本专利技术实施例还提供一种蓝宝石微波频率源控制方法，包括以下步骤：对所述真空罐进行真空制备；开启所述氦气液化器，通过所述液氦导流管向所述液氦池传送液氦，对所述真空罐进行制冷；观测所述热板温度在所述蓝宝石微波腔的谐振温度附近时，对外围电路加电，所述外围电路为所述隔离器、滤波器、压控移相器、手动移相器、放大器、外部定向耦合器、压控衰减器组成的电路；通过所述外部定向耦合器输出微波频率源信号。所述一种蓝宝石微波频率源控制方法，还包括开启所述真空罐外部的温度监控模块，对所述热板的温度进行控制，使其保持在所述蓝宝石微波腔的谐振温度。所述方法还包括，在开启所述真空罐外部的温度监控模块之前，对信号发生器、锁相电路模块、积分器电路模块、幅度控制电路模块加电；在开启所述真空罐外部的温度监控模块之后，调节所述压控移相器、手动移相器、信号发生器、锁相电路模块、幅度控制电路模块；通过所述外部定向耦合器输出微波频率源信号。所述一种蓝宝石微波频率源控制方法，对所述热板温度进行控制的方法采用PID控温方式，通过所述热板上热敏电阻的阻值变化，对所述温度监控模块输出的加热量进行控制。本专利技术有益效果包括：本专利技术在国内首次专利技术了一种新型的低温蓝宝石微波源，采用G-M氦气制冷机，形成的液氦流入液氦池形成低温区，微波腔置于低温区下，并利用外围电路对微波腔进行激励和控制，形成高稳定度的低相位噪声的微波输出。与现有蓝宝石微波源相比，本专利技术输出的微波信号频率稳定度高、相噪低，且结构简单、性价比高，温度稳定度和振动幅度小，可长期运行。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为一种包含氦气液化器的蓝宝石微波频率源实施例；图2为一种包含谐振控制电路的蓝宝石微波频率源实施例；图3为一种包含相位控制电路的蓝宝石微波频率源实施例；图4为一种包含幅度控制电路的蓝宝石微波频率源实施例；图5为一种包含幅度、相位控制电路的蓝宝石微波频率源实施例；图6为一种包含温度控制的蓝宝石微波频率源实施例；图7为一种包含电控温控的蓝宝石微波频率源实施例；图8为一种蓝宝石微波频率源控制方法实施例流程图；图9为一种包含温度控制的蓝宝石微波频率源控制方法实施例流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓝宝石微波频率源，用于在室温下产生超高稳定度及低噪声的微波信号，其特征在于，包括真空罐、氦气液化器、液氦池、液氦导流管、热板、蓝宝石微波腔；所述真空罐内部为封闭真空区；所述液氦导流管从所述真空罐的顶端穿过并与所述真空罐焊接在一起，一端与所述氦气液化器连接，另一端与所述液氦池连接；所述氦气液化器位于所述真空罐的外部；所述液氦池位于所述真空罐的内部；所述氦气液化器、液氦池、液氦导流管形成封闭空间；所述热板固定在所述液氦池下方，与所述液氦池有热接触；所述蓝宝石微波腔固定在所述热板下方，与所述热板有热接触。

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石微波频率源，用于在室温下产生超高稳定度及低噪声的微波信号，其特征在于，包括真空罐、氦气液化器、液氦池、液氦导流管、热板、蓝宝石微波腔；所述真空罐内部为封闭真空区；所述液氦导流管从所述真空罐的顶端穿过并与所述真空罐焊接在一起，一端与所述氦气液化器连接，另一端与所述液氦池连接；所述氦气液化器位于所述真空罐的外部；所述液氦池位于所述真空罐的内部；所述氦气液化器、液氦池、液氦导流管形成封闭空间；所述热板固定在所述液氦池下方，与所述液氦池有热接触；所述蓝宝石微波腔固定在所述热板下方，与所述热板有热接触。2.如权利要求1所述的一种蓝宝石微波频率源，其特征在于，还包括输入微波接口、输出微波接口、电控真空法兰接口、隔离器、滤波器、压控移相器、手动移相器、放大器、外部定向耦合器、压控衰减器，用于对所述蓝宝石微波腔进行激励和控制；所述输入、输出微波接口分别固定于所述蓝宝石微波腔两端，用于输入和输出信号；所述电控真空法兰接口、隔离器、滤波器、压控移相器、手动移相器、放大器、外部定向耦合器、压控衰减器均位于所述真空罐外部；所述电控真空法兰接口固定在所述真空罐外壁上，且保持所述真空罐的密封性，所述真空罐内部与外部电控线缆通过所述电控真空法兰接口连接，所述电控真空法兰接口上设有出腔埠、入腔埠；所述隔离器用于传递所述蓝宝石微波腔产生的谐振信号；所述滤波器用于从所述隔离器输出的谐振信号中滤波；所述压控移相器接收滤波后的谐振信号；所述手动移相器接收所述压控移相器输出的信号；所述放大器用于对所述手动移相器输出的信号进行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器输出的信号，并输出所述微波输出信号；所述压控衰减器接收所述外部定向耦合器输出的信号；所述压控衰减器输出的信号通过所述输入微波接口传递给所述蓝宝石微波腔。3.如权利要求2所述的一种蓝宝石微波频率源，其特征在于，还包括相位锁定端口、微波环形器、相位功率探测器、信号发生器、锁相电路模块、积分器电路模块，均位于所述真空罐外部，用于对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的相位波动进行控制；所述相位锁定端口位于所述电控真空法兰接口上；所述微波环形器通过所述入腔埠接收所述压控衰减器输出的信号，并输出两路信号，其中一路通过所述输入微波接口传递给所述蓝宝石微波腔；所述相位功率探测器接收所述微波环形器输出的另一路信号，并输出相位功率信号；所述信号发生器产生两路相同的调制信号，分别为移相调制信号、锁相调制信号；所述锁相电路模块接收所述锁相调制信号作为参考信号，与通过所述相位锁定端口接收的所述相位功率信号进行鉴相，输出鉴相信号；所述积分器电路模块接收所述鉴相信号，输出积分信号；所述压控移相器根据接收到的所述移相调制信号、所述积分信号，对所述压控移相器输出的所述压控移相信号进...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海波，黄凯，朱玺，刘硕，高连山，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11