一种蓝宝石微波谐振腔的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微波介质谐振腔。更具体地，涉及一种蓝宝石微波谐振腔。
【背景技术】
[0002]现代雷达采用相干体制，目前大多数雷达的技术能力仍不能保证可靠地探测到小的目标，尤其是地面和水面背景下的目标。针对具体的雷达在其规定的工作条件下，要可靠地确定目标的有效反射截面的最小分辨率，起决定作用的是频率源的相位噪声性能。
[0003]现代雷达大多数利用相位或频率信息，而不是按传统方式只利用幅度信息来完成系统的主要功能，或者虽不直接利用相位或频率信息，但必须在频率源相位或频率高度稳定的前提下，才能完成其系统功能。例如，动目标显示雷达利用多普勒效应在时域上从背景干扰中提取目标信号，此时低的相位噪声可以有效地扼制静止地面杂波中的强信号，提取慢速移动目标的信号。多普勒测速是利用多普勒频移获得速度信息，脉冲压缩雷达则是利用器件稳定的频率色散特性或稳定的相位编码特性获得展宽波形和压缩信号。这样，如果雷达本身频率源就存在着较高的相位噪声，那么噪声就会与有用的频率或相位信息相混淆，从而大大降低了雷达系统的实际性能。
[0004]因此，低相噪、高稳定度的微波频率源被广泛的应用于雷达、通信计量等领域。低温蓝宝石微波频率源利用蓝宝石材料低损耗正切的性能，使蓝宝石微波腔运行在回音壁模式下，获得了极高的Q值(4K约为109，300K约为105)。基于此微波腔的频率源具有极低的相位噪声(在X波段，<-160dBc/Hzil0kHz)和优异的短期稳定度(〈1E-15@ls)。目前低温蓝宝石微波源使用的微波腔为铜屏蔽腔结合圆柱形蓝宝石晶体，但是该微波腔具有较窄的模式间距，对于系统的滤波功能提出了极高的要求。John G.Hartnett等人采用圆柱形蓝宝石晶体研制的微波腔获得了当时国际最高Q值(在9GHz的频率点)(Optimum Design of a High-Q Room-Temperature Whispering-Gallery-Mode X-bandSapphire Resonator, IEEE Transact1n on Ultrasonic, Ferroelectricsj and FrequencyControl，voI 60，N0.6.2013) 0
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种具有宽的模式间距，且同阶回音壁模式下具有高Q值的蓝宝石微波谐振腔。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案:
[0007]一种蓝宝石微波谐振腔，包括具有开口的金属屏蔽腔体、与所述金属屏蔽腔体的开口相匹配的金属腔盖和环形蓝宝石晶体，所述环形蓝宝石晶体固定设置在所述金属腔盖上并位于所述金属屏蔽腔体的内部，所述金属腔盖固定设置在金属屏蔽腔体的开口上，所述金属屏蔽腔体设有输入输出端口。金属屏蔽腔体主要用于屏蔽外界电磁场对微波腔频率的影响，可以采用铜、铝等金属。环形蓝宝石晶体在高频段具有极低损耗正切值，经过合理设计能够产生回音壁模式。该模式具有极高的Q值，由于采用的环形蓝宝石晶体材料，一些正规的TE模和TM模式被滤除，使得该微波腔具有宽的模式间距。金属腔盖用于固定环形蓝宝石晶体。
[0008]优选地，所述环形蓝宝石晶体的底部设有一体形成的支脚，所述支脚嵌入金属腔盖内，所述金属腔盖上设有用于紧固所述支脚的螺丝。
[0009]优选地，所述环形蓝宝石晶体的底部间隔均匀地设有四个支脚。
[0010]优选地，所述环形蓝宝石晶体的外径为30?35mm，内径为10?25mm，四个支脚的高度均为10?15_。
[0011]优选地，所述金属屏蔽腔体为圆柱形，所述输入输出端口对称地设置在金属屏蔽腔体的侧壁上。
[0012]优选地，所述金属屏蔽腔体的高度为40?50mm，内径为35?50mm，壁厚为I?3mm ο
[0013]本发明的有益效果如下:
[0014]本发明的蓝宝石微波谐振腔就有Q值高、模式间距大的优点，能够广泛应用于各种需要高性能滤波器的场合。
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0016]图1示出本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0018]本实施列以X波段中9.2GHz为例，通过HFSS仿真软件或麦克斯韦方程进行求解，确定在9.2GHz时运行在低阶回音壁模式的环形蓝宝石晶体及金属屏蔽腔体的参数。如图1所示，一种蓝宝石微波谐振腔包括金属屏蔽腔体1、金属腔盖2和环形蓝宝石晶体3，金属屏蔽腔体I为底部开口的中空的圆柱体，金属屏蔽腔体I的侧壁上对称地开设有输入输出端口 11，金属屏蔽腔体I的壁厚范围为I?3mm，高度范围为40?50mm，内径范围为35?50mm。金属腔盖2与金属屏蔽腔体I的开口相匹配并通过螺丝与金属屏蔽腔体I固定连接。环形蓝宝石晶体3的外径范围为30?35mm，内径范围为10?25mm，环形蓝宝石晶体3的底部设有向下延伸的一体形成的四个支脚31，支脚31的高度为10?15mm。金属腔盖2的顶面上设有与支脚31相对应的凹槽，支脚31插入凹槽中并通过螺钉21固定，安装完成后的环形蓝宝石晶体3悬空地位于金属屏蔽腔体I的内部。在金属屏蔽腔体I的输入输出端口 11处安装耦合环，实际可根据需要可以安装耦合环或耦合探针的形式，输入输出端口 11具有互易性，即输入和输出可以互换，对该微波腔没有影响。耦合环安装完毕后，采用网络分析仪测量所设计频率点的Q值，并通过调节输入书痴端口 11处耦合环深入的距离和环形的面积对Q值进行优化。在测到最大值后，将耦合环固定与金属屏蔽腔体I上，则该蓝宝石微波谐振腔可以运作在所设计的频率，并具有极高的Q值和模式间距。
[0019]经过优化后，在9.2GHz的频率点，我们获得了 2.9E5的有载Q值，且模式间距大于40MHzο而圆柱形蓝宝石晶体微波腔的国际值高有载Q值为2.3E5，频率点为9GHz，模式间距约为20MHz。由此可见，本发明的蓝宝石微波谐振腔具有Q值高、模式间距宽的有点。
[0020]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1.一种蓝宝石微波谐振腔，其特征在于:包括具有开口的金属屏蔽腔体、与所述金属屏蔽腔体的开口相匹配的金属腔盖和环形蓝宝石晶体，所述环形蓝宝石晶体固定设置在所述金属腔盖上并位于所述金属屏蔽腔体的内部，所述金属腔盖固定设置在金属屏蔽腔体的开口上，所述金属屏蔽腔体设有输入输出端口。2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石微波谐振腔，其特征在于:所述环形蓝宝石晶体的底部设有一体形成的支脚，所述支脚嵌入金属腔盖内，所述金属腔盖上设有用于紧固所述支脚的螺丝。3.根据权利要求2所述的一种蓝宝石微波谐振腔，其特征在于:所述环形蓝宝石晶体的底部间隔均匀地设有四个支脚。4.根据权利要求3所述的一种蓝宝石微波谐振腔，其特征在于:所述环形蓝宝石晶体的外径为30?35mm，内径为10?25mm，四个支脚的高度均为10?15mm。5.根据权利要求1所述的一种蓝宝石微波谐振腔，其特征在于:所述金属屏蔽腔体为圆柱形，所述输入输出端口对称地设置在金属屏蔽腔体的侧壁上。6.根据权利要求5所述的一种蓝宝石微波谐振腔，其特征在于:所述金属屏蔽腔体的高度为40?50_，内径为35?50mm，壁厚为I?3_。
【专利摘要】本发明公开一种蓝宝石微波谐振腔，包括具有开口的金属屏蔽腔体、与所述金属屏蔽腔体的开口相匹配的金属腔盖和环形蓝宝石晶体，所述环形蓝宝石晶体固定设置在所述金属腔盖上并位于所述金属屏蔽腔体的内部，所述金属腔盖固定设置在金属屏蔽腔体的开口上，所述金属屏蔽腔体设有输入输出端口。金属屏蔽腔体主要用于屏蔽外界电磁场对微波腔频率的影响，可以采用铜、铝等金属。环形蓝宝石晶体在高频段具有极低损耗正切值，经过合理设计能够产生回音壁模式。该模式具有极高的Q值，由于采用的环形蓝宝石晶体材料，一些正规的TE模和TM模式被滤除，使得该微波腔具有宽的模式间距。金属腔盖用于固定环形蓝宝石晶体。
【IPC分类】H01P7/10
【公开号】CN104966882
【申请号】CN201510357836
【发明人】陈海波, 黄凯, 高连山
【申请人】北京无线电计量测试研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月25日