發(fā)布時(shí)間：2021-03-11 03:20

　　利用藍(lán)寶石晶體在低溫下具有低損耗的特點(diǎn),設(shè)計(jì)并研制了本征模式為WGH_12,0,0的藍(lán)寶石微波腔。當(dāng)溫度穩(wěn)定在6. 4K時(shí),其Q值能夠達(dá)到4. 0×10⁸。以此微波腔為基礎(chǔ),形成正反饋振蕩回路,并根據(jù)POUND電路原理對(duì)環(huán)路中振蕩信號(hào)的相位進(jìn)行控制,提高整機(jī)穩(wěn)定度指標(biāo)。為滿足頻率互比測(cè)試的需求,采用共用一個(gè)低溫裝置的方案,構(gòu)建了兩臺(tái)低溫藍(lán)寶石微波源,一路輸出頻率為9. 204GHz,另一路輸出頻率為9. 205GHz,兩路信號(hào)混頻,并用時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器測(cè)量差頻信號(hào)的頻率。經(jīng)計(jì)算,低溫藍(lán)寶石微波頻率源的秒級(jí)頻率穩(wěn)定度達(dá)到了3. 28×10^-15。 

【文章來(lái)源】：宇航計(jì)測(cè)技術(shù). 2020,40(01)

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

藍(lán)寶石腔體結(jié)構(gòu)圖

藍(lán)寶石晶體在低溫下具有低損耗的特點(diǎn)，使得藍(lán)寶石微波腔在低溫環(huán)境中具有極高的Q值。為維持高Q值，藍(lán)寶石微波腔需連續(xù)工作在低溫環(huán)境中。我們?cè)O(shè)計(jì)并研制了基于液氦的閉循環(huán)制冷裝置，為藍(lán)寶石微波腔提供低溫環(huán)境。為保證諧振頻率的穩(wěn)定性，制冷裝置需具有極高的溫度穩(wěn)定性和極小的機(jī)械振動(dòng)。作為制冷劑的液氦價(jià)格昂貴，而且在制冷裝置工作過(guò)程中，液氦不斷吸收熱量汽化，消耗量大。考慮到在應(yīng)用過(guò)程中頻率源的維持成本，引入氦氣再液化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了閉循環(huán)制冷裝置，結(jié)構(gòu)如圖2所示。制冷裝置工作啟動(dòng)，將氦氣輸入裝置內(nèi)，氦氣再液化系統(tǒng)將氦氣液化。液氦經(jīng)輸液管輸入至低溫杜瓦，對(duì)低溫杜瓦內(nèi)的諧振腔進(jìn)行冷卻。吸熱后的液氦汽化，氦氣返回液化裝置進(jìn)行重新液化，從而實(shí)現(xiàn)氦氣循環(huán)利用。在制冷裝置工作過(guò)程中，僅需定期補(bǔ)充氦氣即可，維持費(fèi)用低。制冷裝置的溫度通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，工作過(guò)程為：低溫杜瓦內(nèi)放置銠鐵溫度計(jì)，溫度控制系統(tǒng)采集杜瓦內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度值，經(jīng)PID控制器處理計(jì)算后將加熱信號(hào)傳輸給低溫杜瓦內(nèi)的加熱裝置，從而將微波腔的溫度控制在4.2K至15K之間任一設(shè)定值上，且溫度波動(dòng)低于1mK。由于機(jī)械振動(dòng)也會(huì)對(duì)頻率源的頻率穩(wěn)定度產(chǎn)生影響，因此，在低溫杜瓦外設(shè)置減震裝置，使機(jī)械振動(dòng)小于1μm。由于低溫藍(lán)寶石微波頻率源的短期頻率穩(wěn)定度較高，目前無(wú)法直接測(cè)量，為此，我們?cè)诘蜏匮b置內(nèi)設(shè)計(jì)了兩套藍(lán)寶石微波腔，通過(guò)互比得到相對(duì)頻率穩(wěn)定度。

諧振腔內(nèi)耦合環(huán)的大小、探入腔內(nèi)的深度會(huì)影響輸入輸出耦合系數(shù)及Q值，在調(diào)試過(guò)程中需仔細(xì)反復(fù)調(diào)試以獲得最佳輸入輸出耦合系數(shù)及Q值。當(dāng)?shù)蜏匮b置溫度控制在6.4K時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得兩套微波腔的諧振頻率分別為9.204GHz,9.205GHz，如下圖所示。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試，Q值分別為1.3×108及4.0×108。3 電路裝置

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]移動(dòng)用恒溫石英晶體振蕩器設(shè)計(jì)[J]. 晏敏,曾云,曾健平,高云.  宇航計(jì)測(cè)技術(shù). 2003(06)



本文編號(hào)：3075770