一种蓝宝石微波频率源和控制方法与流程

文档序号:11236477阅读:317来源:国知局
一种蓝宝石微波频率源和控制方法与流程

本发明属于微波技术领域,尤其涉及一种蓝宝石微波频率源和控制方法。



背景技术:

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。



技术实现要素:

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明有益效果包括:本发明在国内首次发明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,本发明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发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。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

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

以下结合附图,详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

图1为一种包含氦气液化器的蓝宝石微波频率源的实施例示意图。本实施例提供的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,包括氦气液化器1、液氦池2、液氦导流管3、真空罐4、热板5、蓝宝石微波腔6。

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、液氦导流管形成的封闭空间;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。

所述氦气液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低温区,所述液氦池的低温热传递给所述热板,所述热板将低温传递给所述蓝宝石微波腔,当所述蓝宝石微波腔的温度在谐振温度附近时,所述蓝宝石微波腔能够产生高q值的微波模式。

所述蓝宝石微波腔的频率可以设定,不同频率的蓝宝石微波腔的谐振温度不同,以9.2ghz的蓝宝石微波腔为例,其谐振温度为4.2k,所述9.2ghz频率的蓝宝石微波腔在该4.2k谐振温度上能够达到优于e8的有载q值。

需要说明的是,所述蓝宝石微波腔可以通过螺钉固定在所述热板上,也可以通过其他方式固定在所述热板上,保证所述蓝宝石微波腔与所述热板有热接触。

需要说明的是,本发明所述氦气液化器为g-m氦气制冷机。

本发明利用蓝宝石微波腔在低温时具有低损耗正切的特点,能够获得极高q值的微波频率源信号输出,本发明具有结构简单、性价比高的优势。

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示意图。

本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,包括氦气液化器1、液氦池2、液氦导流管3、真空罐4、热板5、蓝宝石微波腔6、输入微波接口7、输出微波接口8、电控真空法兰接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔离器12、滤波器13、压控移相器14、手动移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、压控衰减器18。

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。

所述蓝宝石微波频率源通过外围谐振控制电路,形成微波自由振荡,实现对所述蓝宝石微波腔进行激励和控制。所述氦气液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低温区,所述液氦池的低温热传递给所述热板,所述热板将低温传递给所述蓝宝石微波腔,当所述蓝宝石微波腔的温度在谐振温度附近时,所述蓝宝石微波腔能够产生高q值的微波模式。

所述蓝宝石微波腔通过所述输出微波接口输出高q值的谐振信号;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。

本发明利用低温时蓝宝石微波腔的低损耗正切,通过外围谐振电路对蓝宝石微波腔进行正激励,能够获得极高的q值频率源信号,具有结构简单、操作容易、性价比高的优点。

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示意图。

本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,包括氦气液化器1、液氦池2、液氦导流管3、真空罐4、热板5、蓝宝石微波腔6、输入微波接口7、输出微波接口8、电控真空法兰接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔离器12、滤波器13、压控移相器14、手动移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、压控衰减器18、相位锁定端口19、微波环形器20、相位功率探测器21、信号发生器22、锁相电路模块23、积分器电路模块24。

所述相位锁定端口位于所述电控真空法兰接口上,所述蓝宝石微波频率源通过外围相位控制电路,实现对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的相位波动的控制,使整机的稳定度指标获得提升。所述氦气液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低温区,所述液氦池的低温热传递给所述热板,所述热板将低温传递给所述蓝宝石微波腔,当所述蓝宝石微波腔的温度在谐振温度附近时,所述蓝宝石微波腔能够产生高q值的微波模式。

所述蓝宝石微波腔通过所述输出微波接口输出高q值的谐振信号;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行相位调节。

本发明外围谐振电路增加了相位调节功能,能够对外部温度变化引起的相位变化进行回调,提高了输出频率源信号的相位稳定度,使整机的稳定度指标获得提升。

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示意图。

本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,包括氦气液化器1、液氦池2、液氦导流管3、真空罐4、热板5、蓝宝石微波腔6、输入微波接口7、输出微波接口8、电控真空法兰接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔离器12、滤波器13、压控移相器14、手动移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、压控衰减器18、幅度稳定端口25、罐内定向耦合器26、幅度功率探测器27、幅度控制电路模块28。

所述幅度稳定端口位于所述电控真空法兰接口上,所述蓝宝石微波频率源通过外围相位控制电路,实现对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的幅度波动的控制,使整个系统的输出功率波动极小,减小幅度噪声向相位噪声的转换。所述氦气液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低温区,所述液氦池的低温热传递给所述热板,所述热板将低温传递给所述蓝宝石微波腔,当所述蓝宝石微波腔的温度在谐振温度附近时,所述蓝宝石微波腔能够产生高q值的微波模式。

所述蓝宝石微波腔通过所述输出微波接口输出高q值的谐振信号;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。

需要说明的是,本发明所述冷屏个数可以是1个,也可以是多个,这里不做具体数量的限定。

本发明外围电路增加了幅度控制电路,增加了对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的幅度波动的控制功能,使整个系统的输出功率波动极小,减小幅度噪声向相位噪声的转换。

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示意图。

本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,包括氦气液化器1、液氦池2、液氦导流管3、真空罐4、热板5、蓝宝石微波腔6、输入微波接口7、输出微波接口8、电控真空法兰接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔离器12、滤波器13、压控移相器14、手动移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、压控衰减器18、相位锁定端口19、微波环形器20、相位功率探测器21、信号发生器22、锁相电路模块23、积分器电路模块24、幅度稳定端口25、罐内定向耦合器26、幅度功率探测器27、幅度控制电路模块28。

所述出腔埠、入腔埠、相位锁定端口、幅度稳定端口均位于所述电控真空法兰接口上,所述蓝宝石微波频率源通过外围幅相控制电路,实现对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的幅度、相位波动的控制,使整个系统的输出功率波动极小,减小幅度噪声向相位噪声的转换,提高整个系统稳定度指标。所述氦气液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低温区,所述液氦池的低温热传递给所述热板,所述热板将低温传递给所述蓝宝石微波腔,当所述蓝宝石微波腔的温度在谐振温度附近时,所述蓝宝石微波腔能够产生高q值的微波模式。

所述蓝宝石微波腔通过所述输出微波接口输出高q值的谐振信号;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信号,并输出两路信号,所述幅度功率探测器接收所述罐内定向耦合器输出的一路信号,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;所述微波环形器接收所述罐内定向耦合器输出的另一路信号,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。

由于温度波动相位会发生变化,所述信号发生器、锁相电路模块、积分器电路模块形成的环路能够将相位的波动进行压控弥补,稳定主环路的振荡频率;相位波动时,主振荡环路的功率也会发生变化,功率的变化会影响相位锁定时产生的压控电压,所述幅度控制电路模块可以将微波幅度的波动稳定在某个值。

需要说明的是,所述相位、幅度功率探测器为同型号的平方律检波器,能够对相应的频率直接进行探测形成功率信号。

本发明外围电路设有幅度和相位控制电路,对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的幅度波动和相位波动实现了误差回调,使整个系统的输出功率波动极小,减小幅度噪声向相位噪声的转换,提升了整机的稳定度。

图6为一种包含温度控制的蓝宝石微波频率源实施例示意图。

本实施例所述蓝宝石微波频率源,包括氦气液化器1、液氦池2、液氦导流管3、真空罐4、热板5、蓝宝石微波腔6、冷屏29,温控真空法兰接口30和温度监控模块31、热敏电阻32、加热丝33。

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、液氦导流管形成的封闭空间;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。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,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;所述温度监控模块位于所述真空罐外部,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。

所述氦气液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低温区,所述液氦池的低温热传递给所述热板,所述热板将低温传递给所述蓝宝石微波腔,所述温度监控模块通过所述热板上的热敏电阻监测所述热板的温度,当所述热板的温度在谐振温度时,所述蓝宝石微波腔的温度在谐振温度附近,所述蓝宝石微波腔能够产生高q值的微波模式,当所述热板的温度低于谐振温度时,所述温度监控模块控制所述热板上的加热丝进行加热,使所述热板的温度达到谐振温度。

需要说明的是,所述温度监控模块温度控制点的选择应与所述蓝宝石微波腔的谐振温度一致。

本发明能够对真空罐内的温度进行调节,使真空罐内温度保持在蓝宝石微波腔谐振温度附近,提高了所述蓝宝石微波频率源输出信号的稳定度。

图7为一种包含电控温控的蓝宝石微波频率源实施例示意图。

本实施例所述蓝宝石微波频率源,包括氦气液化器1、液氦池2、液氦导流管3、真空罐4、热板5、蓝宝石微波腔6、输入微波接口7、输出微波接口8、电控真空法兰接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔离器12、滤波器13、压控移相器14、手动移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、压控衰减器18、相位锁定端口19、微波环形器20、相位功率探测器21、信号发生器22、锁相电路模块23、积分器电路模块24、幅度稳定端口25、罐内定向耦合器26、幅度功率探测器27、幅度控制电路模块28、冷屏29,温控真空法兰接口30和温度监控模块31、热敏电阻32、加热丝33。

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、液氦导流管形成的封闭空间;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。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,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;所述温度监控模块位于所述真空罐外部,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。所述出腔埠、入腔埠、相位锁定端口、幅度稳定端口均位于所述电控真空法兰接口上,所述蓝宝石微波频率源通过外围幅相控制电路,实现对所述蓝宝石微波频率源由于外部温度引起的幅度、相位波动的控制,使整个系统的输出功率波动极小,减小幅度噪声向相位噪声的转换,提高整个系统稳定度指标。

所述氦气液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低温区,所述液氦池的低温热传递给所述热板,所述热板将低温传递给所述蓝宝石微波腔,所述温度监控模块通过所述热板上的热敏电阻监测所述热板的温度,当所述热板的温度在谐振温度时,所述蓝宝石微波腔的温度在谐振温度附近,所述蓝宝石微波腔能够产生高q值的微波模式。

所述蓝宝石微波腔通过所述输出微波接口输出高q值的谐振信号;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信号,并输出两路信号,所述微波环形器接收所述罐内定向耦合器输出的一路信号,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,形成自由振荡电路。

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;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。

当所述热板的温度低于谐振温度时,所述温度监控模块控制所述热板上的加热丝进行加热,使所述热板的温度达到谐振温度。

需要说明的是,所述温度监控模块温度控制点的选择应与所述蓝宝石微波腔的谐振温度一致。

本发明所述蓝宝石微波频率源,能够调节所述真空罐内的温度,增加了所述蓝宝石微波腔输出的谐振信号的频率稳定度,同时能够对外部温度变化引起的相位变化和幅度变化进行回调,减小了相位噪声,提高了整机稳定度。

图8为一种蓝宝石微波频率源控制方法实施例流程图。

本实施例提供一种蓝宝石微波频率源控制方法,包括以下步骤:

步骤101,对所述真空罐进行真空制备。

在步骤101中,当所述真空罐内的真空度达到1e-5pa时,停止真空制备。

步骤102,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。

步骤103,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。

在步骤103中,所述温度监控模块与所述热板上的热敏电阻连接,通过所述温度监控模块观测所述热板温度;所述蓝宝石微波腔的频率可以设定,不同频率的蓝宝石微波腔的谐振温度不同,以9.2ghz的蓝宝石微波腔为例,其谐振温度为4.2k,所述9.2ghz频率的蓝宝石微波腔在该4.2k谐振温度上能够达到优于e8的有载q值。

对所述外围电路加电后,所述蓝宝石微波腔通过所述输出微波接口输出高谐振信号;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,形成自由振荡电路。

步骤104,通过所述外部定向耦合器输出微波频率源信号。

图9为一种包含温度控制的蓝宝石微波频率源控制方法的实施例流程图。

本实施例提供一种蓝宝石微波频率源控制方法,包括以下步骤:

步骤101,对所述真空罐进行真空制备。

在步骤101中,当所述真空罐内的真空度达到1e-5pa时,停止真空制备。

步骤102,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。

步骤105,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、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、信号发生器、锁相电路模块、积分器电路模块、幅度控制电路模块组成的电路。

在步骤105中,所述热板上有热敏电阻,能够测量所述热板温度;所述蓝宝石微波腔的频率可以设定,不同频率的蓝宝石微波腔的谐振温度不同,以9.2ghz的蓝宝石微波腔为例,其谐振温度为4.2k,所述9.2ghz频率的蓝宝石微波腔在该4.2k谐振温度上能够达到优于e8的有载q值。

在步骤105中,对所述外围电路加电后,所述蓝宝石微波腔通过所述输出微波接口输出高q值谐振信号;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;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信号,并输出两路信号,所述微波环形器接收所述罐内定向耦合器输出的一路信号,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,形成自由振荡电路。

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;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。

步骤106,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。

在步骤106中,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。

所述温度监控模块与所述热板上的热敏电阻与加热丝连接,当所述热板的温度低于谐振温度时,所述温度监控模块控制所述热板上的加热丝进行加热,使所述热板的温度保持在谐振温度。

步骤107,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。

在步骤107中,首先调节所述压控移相器参数,然后调节所述手动移相器参数,调节所述信号发生器、锁相电路模块,包括调节所述信号发生器的输出频率,所述锁相电路模块的敏感度、增益,调节所述幅度控制电路模块参数包括调节所述幅度控制电路模块电压。

在步骤107中,调节所述压控移相器参数,然后调节所述手动移相器参数至所述外部定向耦合器输出的微波频率源信号满足相位稳定条件,优选地,当压控移相器经过调节后的输出信号满足相位稳定条件时,可以不调节所述手动移相器的参数。

在步骤107中,调节所述信号发生器、锁相电路模块、幅度控制电路模块参数应使所述外部定向耦合器输出的微波频率源信号的指标最佳。

步骤108,通过所述外部定向耦合器输出微波频率源信号。

在步骤108中,所述外部定向耦合器输出的微波频率源信号指标最佳,且与所述蓝宝石微波腔的频率一致。

以9.2g蓝宝石微波腔为例,本方法输出的频率源信号稳定度为9.3e-16@1s,-95dbc/hz@1hz。

需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

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