专利名称：圆形槽波导腔稳式振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于微波、毫米波和亚毫米波的圆形槽波导腔稳式振荡器，属于振荡器制造的技术领域。
背景技术：
从微波到亚毫米波这一频率范围内，振荡器大体有二类一类是由真空电子器件与波导结合而成，另一类是固态器件与波导结合而成，本发明属于后者。
振荡器是产生电磁波的源泉，因此它是微波、毫米波和亚毫米波技术中最重要的部件之一。振荡器是有源器件与波导相结合的结果，有一类波导就有一种与该类波导相适应的振荡器。槽波导是一类新型波导，它有尺寸大，功率容量高、损耗低、频带宽、色散小等优点。因此研究开发建立在槽波导基础上的振荡器有重要意义。
虽然国外有人提出过矩形槽波导振荡器和“V”形槽波导振荡器，但是这些所谓的“振荡器”仅仅是矩形波导振荡器加矩形波导——矩形槽波导模式变换器的组合或是菱形波导振荡器加菱形波导——“V”形槽波导模式变换器的组合，它们仅是矩形波导振荡器或菱形波导振器，都不是真正意义上的槽波导振荡器，至今国际上还没有一种真正意义上的槽波导振荡器——那就是直接在槽波导内安装固态器件而构成的振荡器。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是针对现有技术之不足，提供一种圆形槽波导腔稳式振荡器，使振荡器频率稳定度更高，从而使要求技术指标较高的圆形槽波导系统或整机能满足要求。装上耦合膜片还可以应用到技术指标要求较高的矩形波导系统或整机上。
技术方案本实用新型根据圆形槽波导腔稳式振荡器理论设计而成。其特点是圆形槽波导采用上、下绝缘条隔开两块金属平板，在绝缘条内侧装有尖劈形匹配干负载，尖劈的高度是电磁波工作半波长的整数倍，在二块金属平板端面的对称中心有一个沿着平板长度方向直径为D的圆形通孔构成圆形槽波导。其具体结构为该圆形槽波导振荡器采用上绝缘条、下绝缘条分别位于前金属平板、后金属平板二块金属平板之间的两侧，隔开二块金属平板，在上绝缘条、下绝缘条内侧分别设有尖劈形匹配干负载，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板长度方向且直径为D的圆形通孔构成圆形槽波导；在二块金属平板之间的空隙中设有一个与圆形通孔相垂直的晶体管座和同轴低通滤波器及调谐螺钉，晶体管座和同轴低通滤波器位于同一条轴线上，调谐螺钉与同轴低通滤波器相平行；在晶体管座位于圆形通孔内的一端内设有下径向盘，晶体管座的另一端固定在下绝缘条螺母上；在同轴低通滤波器位于圆形通孔内的一端设有上径向盘，同轴低通滤波器的另一端固定在上绝缘条螺母上；晶体管设在晶体管座上并位于下径向盘和上径向盘之间；调谐螺钉固定在螺母上，调谐螺钉螺母固定在上绝缘条上；在圆形槽波导的端面设有高Q圆柱谐振腔，在高Q圆柱谐振腔内设有由短路片，在高Q圆柱谐振腔的端口设有端盖，短路片由活塞杆连接，活塞杆的一端穿过端盖伸出端盖外。
尖劈形匹配干负载的尖劈高度是电磁波工作半波长的整数倍。在圆形槽波导长度方向是振荡器能量输出的方向。高Q圆柱谐振腔中的短路片由多片组成，短路片的平面形状为圆形。在圆形槽波导的一端面即高Q圆柱谐振腔的对面设有耦合膜片，在耦合膜片的中间设有耦合孔。耦合孔为圆形或矩形。
稳腔振荡器的能量可通过耦合膜片输出。
工作原理及工作过程圆形槽波导腔稳式振荡器的工作原理及工作过程分二部分说明一是振荡器的工作原理，二是稳频的工作原理。
圆形槽波导振荡器的工作原理可以用等效电路来说明晶体管的导纳可以表示成Yl＝Gl+jBl(其中Yl为导纳，Gl为电导，jBl为电纳)，当电压经低通滤波器、径向盘加到晶体管上以后，晶体管会出现负电导现象，即Gl＜0，这表明晶体管的电导非但不是消耗能量，反而是提供能量的源泉，晶体管的引线电感和电容构成Bl，Bl的符号和大小与工作频率有关。
除了晶体管以外的负载导纳表示为YL＝GL+jbL(其中YL为负载导纳，GL为负载电导，jBL为负载电纳，这里GL是正值表示消耗能量，BL的符号与大小也与工作频率有关。
当晶体管的导纳与外电路的导纳满足以下条件时，圆形槽波导振荡器达到稳定振荡∑G＝Gl+GL＝0∑B＝Bl+BL＝0负载就源源不断从晶体管中获得微波、毫米波、亚毫米波能量。
高Q稳频腔实现振荡器稳频的原理是，提高振荡系统的品质因数就提高了频率稳定度，振荡系统的品质因数与一个周期内振荡系统内电磁场储能成正比而与损耗能量成反比。为了提高原有振荡器的频率稳定度，外接一高品质因数的谐振腔，使该腔的品质因数大大高于被稳定振荡器回路的品质因数，从而大大提高一个周期内振荡系统电磁场储能，以此来提高振荡系统的品质因数，使振荡器的频率稳定度提高。
有益效果本实用新型建立在圆形槽波导基础之上，圆形槽波导的大尺寸、高功率容量、低损耗、宽频带等优点对圆形槽波导腔稳式振荡器产生直接的作用，例如1、在短毫米、亚毫米波段由于矩形波导横截面尺寸很小，加工难度很大，成本很高。圆形槽波导在上述相同的工作波段，横截面尺寸增大很多，加工难度减小，成本降低。
2、在短毫米、亚毫米波段，矩形波导的衰减系数已经大到难以接受的程度，圆形槽波导衰减系数比它小一个数量级以上，所以用圆形槽波导制成的腔稳式振荡器损耗小、质量高。
3、由于高Q谐振腔的稳频作用，使振荡器的频率稳定度比普通圆形槽波导振荡器高，可以满足高要求的使用情况。
4、如果整机或测量系统是用圆形槽波导建立起来的，那么圆形槽波导腔稳式振荡器可以直接连接到整机或测量系统上，我们直接在圆形槽波导内安装固态器件制成圆形槽波导振荡器，对研制其它各种槽波导振荡器有推动作用。但是，圆形槽波导振荡器在高要求场合尚有不足，如频率偏移较大，频率稳度较差，相位噪声比较差，这就影响它的使用范围，我们可以用相位锁定技术或高Q腔稳定技术来改善普通圆形槽波导振荡器的技术指标，这里用高Q腔稳定技术来实现，它有结构简单，造价便宜等优点。
因圆形槽波导腔稳式振荡器的频率稳定度较好，可用作通讯系统中的本地振荡器，对提高圆形槽波导整机水平，对提高圆形槽波导测量系统的质量有重要意义。
图1a为实用新型明圆形槽波导腔稳式振荡器的结构示意图；图1b为图1a中的A-A向剖视结构示意图图1c为图1a的俯视结构示意图。
图2a为尖劈形匹配干负载的结构示意图；图2b为图2a中的A-A向剖视结构示意图；图2c为图2a的俯视结构示意图。
图2d为下尖劈形匹配干负载的结构示意图；图2e为图2d中的A-A向剖视结构示意图；图2f为图2e的俯视结构示意图。
图3为用于干负载的绝缘条。
图4为低通滤波器示例图。
图5为圆形孔耦合膜片23的结构示意图。
图6是矩形孔耦合膜片23的结构示意图。
以上的图中有、上绝缘条1a、下绝缘条1b、前金属平板2、尖劈形匹配干负载3、螺栓4、后金属平板5、晶体管座6、下绝缘条螺母7、下径向盘8、晶体管9、上径向盘10、同轴低通滤波器11、同轴线外导体12、上绝缘条螺母13、电缆插座14、绝缘套15、调谐螺钉16、调谐螺钉固定螺母17，高Q圆柱谐振腔18、短路片19、活塞杆20、端盖21、螺钉22、耦合膜片23、耦合孔231、圆形通孔24。
具体实施方式
本实用新型通过以下几步实现(1)圆形槽波导取二块加工后尺寸相同的金属平板，平板长度方向为Z轴方向，长度由设计需要而定，材料可采用铜、黄铜、合金铝等良导体，平板的宽度和高度与传输的工作波长λ有关，λ为自由空间波长，金属平板二边的边缘用螺栓固定，在端面的上、下方，以二平面接触的边界线为中心线沿长度方向(Z轴方向)上、下各铣一条长槽，槽内放置绝缘条和尖劈形匹配干负载，长度与圆形槽波导相同，然后在端面对称中心，沿长度方向，镗一个通孔，孔的直径D＝0.62λ～2.02λ，将螺栓拆下，在每块金属板有孔的一侧，铣去该槽波导两金属平板间距的一半。
尖劈形匹配干负载3是用来吸收到达金属平板边缘的电磁波的关键部件，它用石墨或其它吸收电磁波的固态材料制成，尖劈部分的尖劈高度为0.5λ～4λ，绝缘条用于隔开前金属平板2和后金属平板5，尖劈形匹配干负载3和绝缘条的长度同振荡器的长度，绝缘材料可用胶木、陶瓷等。
把尖劈形匹配干负载3，绝缘条和经过上述加工后的二块金属平板重新用螺栓4固定好，然后在下绝缘条上垂直镗一个通孔穿过上绝缘条，即晶体管座的直径，然后将上绝缘条和尖劈形匹配干负载底部的孔扩大到上绝缘条螺母13外径。尖劈部分的孔扩大到同轴线外导体12的外径，然后下绝缘条和尖劈形匹配干负载底部的孔扩大到下绝缘条螺母7的外径。
(2)晶体管的组装下径向盘8和晶体管管座6加工时可以加工成一体，对于封装晶体管，下径向盘中心有内螺纹，供晶体管9旋入其中。对于未封装的晶体管芯片，下径向盘中心有一凹坑，供芯片放入之用。晶体管座上面有外螺纹可旋入嵌于下绝缘条上的螺母。
上径向盘10和低通滤波器内导体加工时也可以加工成一体，内导体的另一端穿过装在上绝缘条上的电缆插座14内导体孔，并固定之。低通滤波器是由金属圆筒作外导体，由多节不同直径和厚度的圆柱串接起来成为内导体。低通滤波器部份的内外导体间用薄的绝缘层隔开，低通滤波器同轴线输出部分内外导体间用绝缘套隔开，如图4所示，绝缘材料如聚四氟乙烯等。低通滤波器尺寸按不同要求优化设计而定。
上、下径向盘的尺寸相同，盘厚δ1＜0.3λ，上、下径向盘、晶体管座及螺母，低通滤波器及螺母均用良导体如黄铜等制成。
(3)高Q谐振腔将圆形槽波导外侧端面加工成平整的端面，在此端面上装一个高Q圆柱谐振腔18，即稳频腔。圆柱腔的轴线与圆形通孔24轴线垂直，圆柱腔侧壁耦合孔的对称中心与圆形槽波导端面对称中心重合。
高Q圆柱谐振腔18用膨胀系数很小的金属材料，如殷伐钢(Invar)精加工而成。它的一端为封闭金属面，另一端装有可调谐的短路活塞。短路片19的直径略小于圆柱腔直径以不触碰为宜，但二者之间的隙缝应尽量小。矩路片的厚度为四分之一波长，活塞杆20穿过端盖21与螺旋测微仪相连。
圆柱腔的直径为(1.7～1.95)λ，在距圆柱腔封闭端面距离二分之一腔长处，圆柱腔侧壁上开有矩形耦合孔。
高Q圆柱谐振腔耦合孔平面与圆形槽波导端面紧密接触，耦合孔对称中心与圆形槽波导端面对称中心重合，然后用螺钉固定。
(4)调谐螺钉在圆形槽波导内，晶体管与高Q谐振腔之间且与晶体管轴线平行的位置上装有调谐螺钉16。
(5)输出窗(耦合膜片)在通常情况下，产生的能量沿圆形槽波导圆形通孔24的方向输出，但是也可以距晶体管组件轴线右边装一耦合膜片，产生的能量通过耦合膜片向圆形槽波导的方向输出，耦合膜片用黄铜等良导体制成，它的对称中心有耦合孔，孔的形状可以是圆形，也可以是矩形。
(6)总装配该圆形槽波导振荡器采用上绝缘条1a、下绝缘条1b分别位于前金属平板2、后金属平板5二块金属平板之间的两侧，隔开二块金属平板，在上绝缘条1a、下绝缘条1b内侧分别设有尖劈形匹配干负载3，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板长度方向且直径为D的圆形通孔24构成圆形槽波导；在二块金属平板之间的空隙中设有一个与圆形通孔24相垂直的晶体管座6和同轴低通滤波器11及调谐螺钉16，晶体管座6和同轴低通滤波器11位于同一条轴线上，调谐螺钉16与同轴低通滤波器11相平行；在晶体管座6位于圆形通孔24内的一端内设有下径向盘8，晶体管座6的另一端固定在下绝缘条螺母7上；在同轴低通滤波器11位于圆形通孔内的一端内设有上径向盘10，同轴低通滤波器11的另一端固定在上绝缘条螺母13上；晶体管9设在晶体管座6上并位于下径向盘8和上径向盘10之间；调谐螺钉16固定在调谐螺钉固定螺母17上，调谐螺钉固定螺母17固定在上绝缘条1a上；在圆形槽波导的端面设有高Q圆柱谐振腔18，在高Q圆柱谐振腔18内设有由短路片19，在高Q圆柱谐振腔18的端口设有端盖21，短路片19由活塞杆20连接，活塞杆20的一端穿过端盖21伸出端盖21外。
装配步骤①将各个另件去机油，清洁处理。
②把带有上径向盘的低通滤波器的滤波器部份的内导体上包上绝缘层，输出同轴线部分的内导体上套绝缘套15，小心地将它放入同轴线外导体12内。
③在上绝缘条上嵌入上绝缘条螺母13、，将同轴线低通滤波器旋入其中；然后在上绝缘条上嵌入调谐螺钉固定螺母17，将调谐螺钉16旋入其中。
④在下绝缘条上嵌入下绝缘条螺母7，把晶体管9旋入下径向盘8，并将晶体管座6旋入下绝缘条螺母7。
⑤把以上各部分按图1方式与圆形槽波导二块平板即前金属平板2、后金属平板5、尖劈形匹配干负载3、绝缘条用螺栓4固定好，此时必须使同轴低通滤波器、上径向盘、晶体管、下径向盘和晶体管座处在同一条轴线上，且保持电性能接触良好。
⑥在上绝缘条上安装同轴电缆插座14，使低通滤波器内导体穿过电缆插座14内导体孔，并固定之，使其外导体与低通滤波器外导体相接。
⑦把高Q圆柱谐振腔按图1装好，并把它装在圆形槽波导的端面，圆柱腔的轴线与圆形通孔24的轴线垂直，圆柱腔侧壁耦合孔的对称中心与圆形槽波导端面对称中心重合。
⑧在某些情况下，如需与矩形波导系统或整机直接连接时，在圆形槽波导右端接上耦合膜片23，在耦合膜片(23)的中间设有耦合孔(231)，耦合孔(231)为圆形或矩形。
权利要求1.一种圆形槽波导腔稳式振荡器，包括上绝缘条、下绝缘条、金属平板、尖劈形匹配干负载，其特征是该圆形槽波导腔稳式振荡器采用上绝缘条(1a)、下绝缘条(1b)分别位于前金属平板(2)、后金属平板(5)二块金属平板之间的两侧隔开二块金属平板，在上绝缘条(1a)、下绝缘条(1b)内侧分别设有尖劈形匹配干负载(3)，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板长度方向且直径为D的圆形通孔(24)构成圆形槽波导；在二块金属平板之间的空隙中设有一个与圆形通孔(24)相垂直的晶体管座(6)和同轴低通滤波器(11)及调谐螺钉(16)，晶体管座(6)和同轴低通滤波器(11)位于同一条轴线上，调谐螺钉(16)与同轴低通滤波器(11)相平行；在晶体管座(6)位于圆形通孔(24)内的一端内设有下径向盘(8)，晶体管座(6)的另一端固定在下绝缘条螺母(7)上；在同轴低通滤波器(11)位于圆形通孔(24)内的一端内设有上径向盘(10)，同轴低通滤波器(11)的另一端固定在上绝缘条螺母(13)上；晶体管(9)设在晶体管座(6)上并位于下径向盘(8)和上径向盘(10)之间；调谐螺钉(16)固定在调谐螺钉固定螺母(17)上，调谐螺钉固定螺母(17)固定在上绝缘条(1a)上；在圆形槽波导的端面设有高Q圆柱谐振腔(18)，在高Q圆柱谐振腔(18)内设有由短路片(19)，在高Q圆柱谐振腔(18)的端口设有端盖(21)，短路片(19)由活塞杆(20)连接，活塞杆(20)的一端穿过端盖(21)伸出端盖(21)外。
2.根据权利要求1所述的圆形槽波导腔稳式振荡器，其特征在于尖劈形匹配干负载(3)的尖劈高度是电磁波工作半波长的整数倍。
3.根据权利要求1所述的圆形槽波导腔稳式振荡器，其特征在于在圆形槽波导长度方向是振荡器能量输出的方向。
4.根据权利要求1所述的圆形槽波导腔稳式振荡器，其特征在于高Q圆柱谐振腔(18)中的短路片(19)由多片组成，短路片(19)的平面形状为圆形。
5.根据权利要求1所述的圆形槽波导腔稳式振荡器，其特征在于在圆形槽波导的一端面即高Q圆柱谐振腔(18)的对面设有耦合膜片(23)，在耦合膜片(23)的中间设有耦合孔(231)。
6.根据权利要求5所述的圆形槽波导腔稳式振荡器，其特征在于耦合孔(231)为圆形或矩形。
专利摘要圆形槽波导腔稳式振荡器是一种用于微波、毫米波和亚毫米波的圆形槽波导腔稳式振荡器，该圆形槽波导振荡器采用上绝缘条、下绝缘条分别位于前金属平板、后金属平板二块金属平板之间的两侧隔开二块金属平板，在上绝缘条、下绝缘条内侧分别设有尖劈形匹配干负载，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板长度方向且直径为D的圆形通孔构成圆形槽波导；在二块金属平板之间的空隙中设有一个与圆形通孔相垂直的晶体管座和同轴低通滤波器及调谐螺钉，晶体管座和同轴低通滤波器位于同一条轴线上，调谐螺钉与同轴低通滤波器相平行。在圆形槽波导的一端设有高Q圆柱可调谐振腔，腔的轴线与圆形通孔垂直。
文档编号H01P7/04GK2733617SQ20042007978
公开日2005年10月12日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者杨鸿生 申请人:东南大学