本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種藍寶石微波頻率源和控制方法。

背景技術(shù)：

藍寶石微波頻率源工作的主要原理是利用藍寶石在低溫時的低損耗正切值，形成高q值的微波，采用正激勵的方式使高q值的微波腔選擇的頻率形成振蕩，在外圍電路進行該微波頻率的相位控制和幅度控制，使整機形成穩(wěn)定的微波信號輸出，頻率穩(wěn)定和相噪抑制較復雜?，F(xiàn)有藍寶石微波頻率源中用于維持藍寶石工作溫度的低溫裝置采用脈管氦氣制冷劑對氦氣進行液化，使得整機價格昂貴。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種藍寶石微波頻率源和控制方法，解決了藍寶石微波頻率源成本高、頻率穩(wěn)定度低和相噪抑制度差的問題。

本發(fā)明實施例提供一種藍寶石微波頻率源，用于在室溫下產(chǎn)生超高穩(wěn)定度及低噪聲的微波信號，包括真空罐、氦氣液化器、液氦池、液氦導流管、熱板、藍寶石微波腔；所述真空罐內(nèi)部為封閉真空區(qū)；所述液氦導流管從所述真空罐的頂端穿過并與所述真空罐焊接在一起，一端與所述氦氣液化器連接，另一端與所述液氦池連接，所述液氦導流管不破壞所述真空罐的氣密性；所述氦氣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內(nèi)部；所述氦氣液化器、液氦池、液氦導流管形成封閉空間；所述熱板固定在所述液氦池下方，與所述液氦池有熱接觸；所述藍寶石微波腔固定在所述熱板下方，與所述熱板有熱接觸。

進一步地，所述藍寶石微波頻率源，還包括輸入微波接口、輸出微波接口、電控真空法蘭接口、隔離器、濾波器、壓控移相器、手動移相器、放大器、外部定向耦合器、壓控衰減器，用于對所述藍寶石微波腔進行激勵和控制；所述輸入、輸出微波接口分別固定于所述藍寶石微波腔兩端，用于輸入和輸出信號；所述電控真空法蘭接口、隔離器、濾波器、壓控移相器、手動移相器、放大器、外部定向耦合器、壓控衰減器均位于所述真空罐外部；所述電控真空法蘭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，所述真空罐內(nèi)部與外部電控線纜通過所述電控真空法蘭接口連接，所述電控真空法蘭接口上設(shè)有出腔埠、入腔埠；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述壓控衰減器輸出的信號通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔。

優(yōu)選地，所述藍寶石微波頻率源，還包括相位鎖定端口、微波環(huán)形器、相位功率探測器、信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、積分器電路模塊，均位于所述真空罐外部，用于對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的相位波動進行控制；所述相位鎖定端口位于所述電控真空法蘭接口上；所述微波環(huán)形器通過所述入腔埠接收所述壓控衰減器輸出的所述信號，并輸出兩路信號，其中一路通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔；所述相位功率探測器接收所述微波環(huán)形器輸出的另一路信號，并輸出相位功率信號；所述信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路相同的調(diào)制信號，分別為移相調(diào)制信號、鎖相調(diào)制信號；所述鎖相電路模塊接收所述鎖相調(diào)制信號作為參考信號，與通過所述相位鎖定端口接收的所述相位功率信號進行鑒相，輸出鑒相信號；所述積分器電路模塊接收所述鑒相信號，輸出積分信號；所述壓控移相器根據(jù)接收到的所述移相調(diào)制信號、所述積分信號，對所述壓控移相器輸出的所述壓控移相信號進行相位調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述藍寶石微波頻率源，還包括幅度穩(wěn)定端口、罐內(nèi)定向耦合器、幅度功率探測器、幅度控制電路模塊，均位于所述真空罐外部，用于對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的幅度波動進行控制；所述幅度穩(wěn)定端口位于所述電控真空法蘭接口上；所述罐內(nèi)定向耦合器通過所述入腔埠接收所述壓控衰減器輸出的所述信號，并輸出兩路信號，其中一路通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔；所述幅度功率探測器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的另一路信號，并輸出幅度功率信號；所述幅度控制電路模塊通過所述幅度穩(wěn)定端口接收所述幅度功率信號，并輸出所述幅度控制信號；所述壓控衰減器接收所述幅度控制信號，并對輸出的所述信號進行幅度調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述藍寶石微波頻率源，還包括冷屏，所述冷屏位于所述真空罐內(nèi)部，固定在所述液氦導流管上，與所述液氦導流管有熱接觸；還包括溫控真空法蘭接口和溫度監(jiān)控模塊，位于所述真空罐外部，所述熱板內(nèi)部開槽，槽內(nèi)裝有加熱絲和熱敏電阻，所述冷屏上裝有熱敏電阻；所述溫控真空法蘭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，通過溫控線纜與所述熱板內(nèi)的熱敏電阻、加熱絲，所述冷屏上的熱敏電阻連接；所述溫度監(jiān)控模塊用于監(jiān)視和控制所述熱板和冷屏的溫度，與所述溫控真空法蘭接口連接。

本發(fā)明實施例還提供一種藍寶石微波頻率源控制方法，包括以下步驟：對所述真空罐進行真空制備；開啟所述氦氣液化器，通過所述液氦導流管向所述液氦池傳送液氦，對所述真空罐進行制冷；觀測所述熱板溫度在所述藍寶石微波腔的諧振溫度附近時，對外圍電路加電，所述外圍電路為所述隔離器、濾波器、壓控移相器、手動移相器、放大器、外部定向耦合器、壓控衰減器組成的電路；通過所述外部定向耦合器輸出微波頻率源信號。所述一種藍寶石微波頻率源控制方法，還包括開啟所述真空罐外部的溫度監(jiān)控模塊，對所述熱板的溫度進行控制，使其保持在所述藍寶石微波腔的諧振溫度。所述方法還包括，在開啟所述真空罐外部的溫度監(jiān)控模塊之前，對信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、積分器電路模塊、幅度控制電路模塊加電；在開啟所述真空罐外部的溫度監(jiān)控模塊之后，調(diào)節(jié)所述壓控移相器、手動移相器、信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、幅度控制電路模塊；通過所述外部定向耦合器輸出微波頻率源信號。所述一種藍寶石微波頻率源控制方法，對所述熱板溫度進行控制的方法采用pid控溫方式，通過所述熱板上熱敏電阻的阻值變化，對所述溫度監(jiān)控模塊輸出的加熱量進行控制。

本發(fā)明有益效果包括：本發(fā)明在國內(nèi)首次發(fā)明了一種新型的低溫藍寶石微波源，采用g-m氦氣制冷機，形成的液氦流入液氦池形成低溫區(qū)，微波腔置于低溫區(qū)下，并利用外圍電路對微波腔進行激勵和控制，形成高穩(wěn)定度的低相位噪聲的微波輸出。與現(xiàn)有藍寶石微波源相比，本發(fā)明輸出的微波信號頻率穩(wěn)定度高、相噪低，且結(jié)構(gòu)簡單、性價比高，溫度穩(wěn)定度和振動幅度小，可長期運行。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為一種包含氦氣液化器的藍寶石微波頻率源實施例；

圖2為一種包含諧振控制電路的藍寶石微波頻率源實施例；

圖3為一種包含相位控制電路的藍寶石微波頻率源實施例；

圖4為一種包含幅度控制電路的藍寶石微波頻率源實施例；

圖5為一種包含幅度、相位控制電路的藍寶石微波頻率源實施例；

圖6為一種包含溫度控制的藍寶石微波頻率源實施例；

圖7為一種包含電控溫控的藍寶石微波頻率源實施例；

圖8為一種藍寶石微波頻率源控制方法實施例流程圖；

圖9為一種包含溫度控制的藍寶石微波頻率源控制方法實施例流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實施例及相應的附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明各實施例提供的技術(shù)方案。

圖1為一種包含氦氣液化器的藍寶石微波頻率源的實施例示意圖。本實施例提供的一種藍寶石微波頻率源，用于在室溫下產(chǎn)生超高穩(wěn)定度及低噪聲的微波信號，包括氦氣液化器1、液氦池2、液氦導流管3、真空罐4、熱板5、藍寶石微波腔6。

所述真空罐內(nèi)部為封閉真空區(qū)；所述液氦導流管從所述真空罐的頂端穿過并與所述真空罐焊接在一起，一端與所述氦氣液化器連接，另一端與所述液氦池連接，所述液氦導流管不破壞所述真空罐的氣密性；所述氦氣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內(nèi)部；所述氦氣液化器、液氦池、液氦導流管形成的封閉空間；所述熱板固定在所述液氦池下方，與所述液氦池有熱接觸；所述藍寶石微波腔固定在所述熱板下方，與所述熱板有熱接觸。

所述氦氣液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低溫區(qū)，所述液氦池的低溫熱傳遞給所述熱板，所述熱板將低溫傳遞給所述藍寶石微波腔，當所述藍寶石微波腔的溫度在諧振溫度附近時，所述藍寶石微波腔能夠產(chǎn)生高q值的微波模式。

所述藍寶石微波腔的頻率可以設(shè)定，不同頻率的藍寶石微波腔的諧振溫度不同，以9.2ghz的藍寶石微波腔為例，其諧振溫度為4.2k，所述9.2ghz頻率的藍寶石微波腔在該4.2k諧振溫度上能夠達到優(yōu)于e8的有載q值。

需要說明的是，所述藍寶石微波腔可以通過螺釘固定在所述熱板上，也可以通過其他方式固定在所述熱板上，保證所述藍寶石微波腔與所述熱板有熱接觸。

需要說明的是，本發(fā)明所述氦氣液化器為g-m氦氣制冷機。

本發(fā)明利用藍寶石微波腔在低溫時具有低損耗正切的特點，能夠獲得極高q值的微波頻率源信號輸出，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、性價比高的優(yōu)勢。

圖2為一種包含諧振控制電路的藍寶石微波頻率源實施例示意圖。

本實施例提供一種藍寶石微波頻率源，用于在室溫下產(chǎn)生超高穩(wěn)定度及低噪聲的微波信號，包括氦氣液化器1、液氦池2、液氦導流管3、真空罐4、熱板5、藍寶石微波腔6、輸入微波接口7、輸出微波接口8、電控真空法蘭接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔離器12、濾波器13、壓控移相器14、手動移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、壓控衰減器18。

所述輸入、輸出微波接口分別固定于所述藍寶石微波腔兩端，用于輸入和輸出信號；所述電控真空法蘭接口、隔離器、濾波器、壓控移相器、手動移相器、放大器、外部定向耦合器、壓控衰減器均位于所述真空罐外部；所述電控真空法蘭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，所述真空罐內(nèi)部與外部電控線纜通過所述電控真空法蘭接口連接，所述電控真空法蘭接口上設(shè)有出腔埠、入腔埠。

所述藍寶石微波頻率源通過外圍諧振控制電路，形成微波自由振蕩，實現(xiàn)對所述藍寶石微波腔進行激勵和控制。所述氦氣液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低溫區(qū)，所述液氦池的低溫熱傳遞給所述熱板，所述熱板將低溫傳遞給所述藍寶石微波腔，當所述藍寶石微波腔的溫度在諧振溫度附近時，所述藍寶石微波腔能夠產(chǎn)生高q值的微波模式。

所述藍寶石微波腔通過所述輸出微波接口輸出高q值的諧振信號；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述壓控衰減器輸出的信號通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔。

本發(fā)明利用低溫時藍寶石微波腔的低損耗正切，通過外圍諧振電路對藍寶石微波腔進行正激勵，能夠獲得極高的q值頻率源信號，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、性價比高的優(yōu)點。

圖3為一種包含相位控制電路的藍寶石微波頻率源實施例示意圖。

本實施例提供一種藍寶石微波頻率源，用于在室溫下產(chǎn)生超高穩(wěn)定度及低噪聲的微波信號，包括氦氣液化器1、液氦池2、液氦導流管3、真空罐4、熱板5、藍寶石微波腔6、輸入微波接口7、輸出微波接口8、電控真空法蘭接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔離器12、濾波器13、壓控移相器14、手動移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、壓控衰減器18、相位鎖定端口19、微波環(huán)形器20、相位功率探測器21、信號發(fā)生器22、鎖相電路模塊23、積分器電路模塊24。

所述相位鎖定端口位于所述電控真空法蘭接口上，所述藍寶石微波頻率源通過外圍相位控制電路，實現(xiàn)對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的相位波動的控制，使整機的穩(wěn)定度指標獲得提升。所述氦氣液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低溫區(qū)，所述液氦池的低溫熱傳遞給所述熱板，所述熱板將低溫傳遞給所述藍寶石微波腔，當所述藍寶石微波腔的溫度在諧振溫度附近時，所述藍寶石微波腔能夠產(chǎn)生高q值的微波模式。

所述藍寶石微波腔通過所述輸出微波接口輸出高q值的諧振信號；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述微波環(huán)形器通過所述入腔埠接收所述壓控衰減器輸出的信號，并輸出兩路信號，其中一路通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔；所述相位功率探測器接收所述微波環(huán)形器輸出的另一路信號，并輸出相位功率信號；所述信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路相同的調(diào)制信號，分別為移相調(diào)制信號、鎖相調(diào)制信號；所述鎖相電路模塊接收所述鎖相調(diào)制信號作為參考信號，與通過所述相位鎖定端口接收的所述相位功率信號進行鑒相，輸出鑒相信號；所述積分器電路模塊接收所述鑒相信號，輸出積分信號；所述壓控移相器根據(jù)接收到的所述移相調(diào)制信號、所述積分信號，對所述壓控移相器輸出的所述壓控移相信號進行相位調(diào)節(jié)。

本發(fā)明外圍諧振電路增加了相位調(diào)節(jié)功能，能夠?qū)ν獠繙囟茸兓鸬南辔蛔兓M行回調(diào)，提高了輸出頻率源信號的相位穩(wěn)定度，使整機的穩(wěn)定度指標獲得提升。

圖4為一種包含幅度控制電路的藍寶石微波頻率源實施例示意圖。

本實施例提供一種藍寶石微波頻率源，用于在室溫下產(chǎn)生超高穩(wěn)定度及低噪聲的微波信號，包括氦氣液化器1、液氦池2、液氦導流管3、真空罐4、熱板5、藍寶石微波腔6、輸入微波接口7、輸出微波接口8、電控真空法蘭接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔離器12、濾波器13、壓控移相器14、手動移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、壓控衰減器18、幅度穩(wěn)定端口25、罐內(nèi)定向耦合器26、幅度功率探測器27、幅度控制電路模塊28。

所述幅度穩(wěn)定端口位于所述電控真空法蘭接口上，所述藍寶石微波頻率源通過外圍相位控制電路，實現(xiàn)對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的幅度波動的控制，使整個系統(tǒng)的輸出功率波動極小，減小幅度噪聲向相位噪聲的轉(zhuǎn)換。所述氦氣液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低溫區(qū)，所述液氦池的低溫熱傳遞給所述熱板，所述熱板將低溫傳遞給所述藍寶石微波腔，當所述藍寶石微波腔的溫度在諧振溫度附近時，所述藍寶石微波腔能夠產(chǎn)生高q值的微波模式。

所述藍寶石微波腔通過所述輸出微波接口輸出高q值的諧振信號；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述罐內(nèi)定向耦合器通過所述入腔埠接收所述壓控衰減器輸出的信號，并輸出兩路信號，其中一路通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔；所述幅度功率探測器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的另一路信號，并輸出幅度功率信號；所述幅度控制電路模塊通過所述幅度穩(wěn)定端口接收所述幅度功率信號，并輸出所述幅度控制信號；所述壓控衰減器接收所述幅度控制信號，并對輸出的所述信號進行幅度調(diào)節(jié)。

需要說明的是，本發(fā)明所述冷屏個數(shù)可以是1個，也可以是多個，這里不做具體數(shù)量的限定。

本發(fā)明外圍電路增加了幅度控制電路，增加了對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的幅度波動的控制功能，使整個系統(tǒng)的輸出功率波動極小，減小幅度噪聲向相位噪聲的轉(zhuǎn)換。

圖5為一種包含幅度、相位控制電路的藍寶石微波頻率源實施例示意圖。

本實施例提供一種藍寶石微波頻率源，用于在室溫下產(chǎn)生超高穩(wěn)定度及低噪聲的微波信號，包括氦氣液化器1、液氦池2、液氦導流管3、真空罐4、熱板5、藍寶石微波腔6、輸入微波接口7、輸出微波接口8、電控真空法蘭接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔離器12、濾波器13、壓控移相器14、手動移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、壓控衰減器18、相位鎖定端口19、微波環(huán)形器20、相位功率探測器21、信號發(fā)生器22、鎖相電路模塊23、積分器電路模塊24、幅度穩(wěn)定端口25、罐內(nèi)定向耦合器26、幅度功率探測器27、幅度控制電路模塊28。

所述出腔埠、入腔埠、相位鎖定端口、幅度穩(wěn)定端口均位于所述電控真空法蘭接口上，所述藍寶石微波頻率源通過外圍幅相控制電路，實現(xiàn)對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的幅度、相位波動的控制，使整個系統(tǒng)的輸出功率波動極小，減小幅度噪聲向相位噪聲的轉(zhuǎn)換，提高整個系統(tǒng)穩(wěn)定度指標。所述氦氣液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低溫區(qū)，所述液氦池的低溫熱傳遞給所述熱板，所述熱板將低溫傳遞給所述藍寶石微波腔，當所述藍寶石微波腔的溫度在諧振溫度附近時，所述藍寶石微波腔能夠產(chǎn)生高q值的微波模式。

所述藍寶石微波腔通過所述輸出微波接口輸出高q值的諧振信號；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述罐內(nèi)定向耦合器通過所述入腔埠接收所述壓控衰減器輸出的信號，并輸出兩路信號，所述幅度功率探測器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的一路信號，并輸出幅度功率信號；所述幅度控制電路模塊通過所述幅度穩(wěn)定端口接收所述幅度功率信號，并輸出所述幅度控制信號；所述壓控衰減器接收所述幅度控制信號，并對輸出的所述信號進行幅度調(diào)節(jié)；所述微波環(huán)形器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的另一路信號，并輸出兩路信號，其中一路通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔；所述相位功率探測器接收所述微波環(huán)形器輸出的另一路信號，并輸出相位功率信號；所述信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路相同的調(diào)制信號，分別為移相調(diào)制信號、鎖相調(diào)制信號；所述鎖相電路模塊接收所述鎖相調(diào)制信號作為參考信號，與通過所述相位鎖定端口接收的所述相位功率信號進行鑒相，輸出鑒相信號；所述積分器電路模塊接收所述鑒相信號，輸出積分信號；所述壓控移相器根據(jù)接收到的所述移相調(diào)制信號、所述積分信號，對所述壓控移相器輸出的所述壓控移相信號進行相位調(diào)節(jié)。

由于溫度波動相位會發(fā)生變化，所述信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、積分器電路模塊形成的環(huán)路能夠?qū)⑾辔坏牟▌舆M行壓控彌補，穩(wěn)定主環(huán)路的振蕩頻率；相位波動時，主振蕩環(huán)路的功率也會發(fā)生變化，功率的變化會影響相位鎖定時產(chǎn)生的壓控電壓，所述幅度控制電路模塊可以將微波幅度的波動穩(wěn)定在某個值。

需要說明的是，所述相位、幅度功率探測器為同型號的平方律檢波器，能夠?qū)ο鄳念l率直接進行探測形成功率信號。

本發(fā)明外圍電路設(shè)有幅度和相位控制電路，對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的幅度波動和相位波動實現(xiàn)了誤差回調(diào)，使整個系統(tǒng)的輸出功率波動極小，減小幅度噪聲向相位噪聲的轉(zhuǎn)換，提升了整機的穩(wěn)定度。

圖6為一種包含溫度控制的藍寶石微波頻率源實施例示意圖。

本實施例所述藍寶石微波頻率源，包括氦氣液化器1、液氦池2、液氦導流管3、真空罐4、熱板5、藍寶石微波腔6、冷屏29，溫控真空法蘭接口30和溫度監(jiān)控模塊31、熱敏電阻32、加熱絲33。

所述真空罐內(nèi)部為封閉真空區(qū)；所述液氦導流管從所述真空罐的頂端穿過并與所述真空罐焊接在一起，一端與所述氦氣液化器連接，另一端與所述液氦池連接，所述液氦導流管不破壞所述真空罐的氣密性；所述氦氣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內(nèi)部；所述氦氣液化器、液氦池、液氦導流管形成的封閉空間；所述熱板固定在所述液氦池下方，與所述液氦池有熱接觸；所述藍寶石微波腔固定在所述熱板下方，與所述熱板有熱接觸。所述冷屏位于所述真空罐內(nèi)部，固定在所述液氦導流管上，與所述液氦導流管有熱接觸，所述熱板內(nèi)部開槽，槽內(nèi)裝有加熱絲和熱敏電阻，所述冷屏上裝有熱敏電阻；所述溫控真空法蘭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，通過溫控線纜與所述熱板內(nèi)的熱敏電阻、加熱絲，所述冷屏上的熱敏電阻連接；所述溫度監(jiān)控模塊位于所述真空罐外部，用于監(jiān)視和控制所述熱板和冷屏的溫度，與所述溫控真空法蘭接口連接。

所述氦氣液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低溫區(qū)，所述液氦池的低溫熱傳遞給所述熱板，所述熱板將低溫傳遞給所述藍寶石微波腔，所述溫度監(jiān)控模塊通過所述熱板上的熱敏電阻監(jiān)測所述熱板的溫度，當所述熱板的溫度在諧振溫度時，所述藍寶石微波腔的溫度在諧振溫度附近，所述藍寶石微波腔能夠產(chǎn)生高q值的微波模式，當所述熱板的溫度低于諧振溫度時，所述溫度監(jiān)控模塊控制所述熱板上的加熱絲進行加熱，使所述熱板的溫度達到諧振溫度。

需要說明的是，所述溫度監(jiān)控模塊溫度控制點的選擇應與所述藍寶石微波腔的諧振溫度一致。

本發(fā)明能夠?qū)φ婵展迌?nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)，使真空罐內(nèi)溫度保持在藍寶石微波腔諧振溫度附近，提高了所述藍寶石微波頻率源輸出信號的穩(wěn)定度。

圖7為一種包含電控溫控的藍寶石微波頻率源實施例示意圖。

本實施例所述藍寶石微波頻率源，包括氦氣液化器1、液氦池2、液氦導流管3、真空罐4、熱板5、藍寶石微波腔6、輸入微波接口7、輸出微波接口8、電控真空法蘭接口9、出腔埠10、入腔埠11、隔離器12、濾波器13、壓控移相器14、手動移相器15、放大器16、外部定向耦合器17、壓控衰減器18、相位鎖定端口19、微波環(huán)形器20、相位功率探測器21、信號發(fā)生器22、鎖相電路模塊23、積分器電路模塊24、幅度穩(wěn)定端口25、罐內(nèi)定向耦合器26、幅度功率探測器27、幅度控制電路模塊28、冷屏29，溫控真空法蘭接口30和溫度監(jiān)控模塊31、熱敏電阻32、加熱絲33。

所述真空罐內(nèi)部為封閉真空區(qū)；所述液氦導流管從所述真空罐的頂端穿過并與所述真空罐焊接在一起，一端與所述氦氣液化器連接，另一端與所述液氦池連接，所述液氦導流管不破壞所述真空罐的氣密性；所述氦氣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內(nèi)部；所述氦氣液化器、液氦池、液氦導流管形成的封閉空間；所述熱板固定在所述液氦池下方，與所述液氦池有熱接觸；所述藍寶石微波腔固定在所述熱板下方，與所述熱板有熱接觸。所述冷屏位于所述真空罐內(nèi)部，固定在所述液氦導流管上，與所述液氦導流管有熱接觸，所述熱板內(nèi)部開槽，槽內(nèi)裝有加熱絲和熱敏電阻，所述冷屏上裝有熱敏電阻；所述溫控真空法蘭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，通過溫控線纜與所述熱板內(nèi)的熱敏電阻、加熱絲，所述冷屏上的熱敏電阻連接；所述溫度監(jiān)控模塊位于所述真空罐外部，用于監(jiān)視和控制所述熱板和冷屏的溫度，與所述溫控真空法蘭接口連接。所述出腔埠、入腔埠、相位鎖定端口、幅度穩(wěn)定端口均位于所述電控真空法蘭接口上，所述藍寶石微波頻率源通過外圍幅相控制電路，實現(xiàn)對所述藍寶石微波頻率源由于外部溫度引起的幅度、相位波動的控制，使整個系統(tǒng)的輸出功率波動極小，減小幅度噪聲向相位噪聲的轉(zhuǎn)換，提高整個系統(tǒng)穩(wěn)定度指標。

所述氦氣液化器形成的液氦流入所述液氦池中形成低溫區(qū)，所述液氦池的低溫熱傳遞給所述熱板，所述熱板將低溫傳遞給所述藍寶石微波腔，所述溫度監(jiān)控模塊通過所述熱板上的熱敏電阻監(jiān)測所述熱板的溫度，當所述熱板的溫度在諧振溫度時，所述藍寶石微波腔的溫度在諧振溫度附近，所述藍寶石微波腔能夠產(chǎn)生高q值的微波模式。

所述藍寶石微波腔通過所述輸出微波接口輸出高q值的諧振信號；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述罐內(nèi)定向耦合器通過所述入腔埠接收所述壓控衰減器輸出的信號，并輸出兩路信號，所述微波環(huán)形器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的一路信號，并輸出兩路信號，其中一路通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔，形成自由振蕩電路。

所述幅度功率探測器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的另一路信號，并輸出幅度功率信號；所述幅度控制電路模塊通過所述幅度穩(wěn)定端口接收所述幅度功率信號，并輸出所述幅度控制信號；所述壓控衰減器接收所述幅度控制信號，并對輸出的所述信號進行幅度調(diào)節(jié)；所述相位功率探測器接收所述微波環(huán)形器輸出的另一路信號，并輸出相位功率信號；所述信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路相同的調(diào)制信號，分別為移相調(diào)制信號、鎖相調(diào)制信號；所述鎖相電路模塊接收所述鎖相調(diào)制信號作為參考信號，與通過所述相位鎖定端口接收的所述相位功率信號進行鑒相，輸出鑒相信號；所述積分器電路模塊接收所述鑒相信號，輸出積分信號；所述壓控移相器根據(jù)接收到的所述移相調(diào)制信號、所述積分信號，對所述壓控移相器輸出的所述壓控移相信號進行相位調(diào)節(jié)。

當所述熱板的溫度低于諧振溫度時，所述溫度監(jiān)控模塊控制所述熱板上的加熱絲進行加熱，使所述熱板的溫度達到諧振溫度。

需要說明的是，所述溫度監(jiān)控模塊溫度控制點的選擇應與所述藍寶石微波腔的諧振溫度一致。

本發(fā)明所述藍寶石微波頻率源，能夠調(diào)節(jié)所述真空罐內(nèi)的溫度，增加了所述藍寶石微波腔輸出的諧振信號的頻率穩(wěn)定度，同時能夠?qū)ν獠繙囟茸兓鸬南辔蛔兓头茸兓M行回調(diào)，減小了相位噪聲，提高了整機穩(wěn)定度。

圖8為一種藍寶石微波頻率源控制方法實施例流程圖。

本實施例提供一種藍寶石微波頻率源控制方法，包括以下步驟：

步驟101，對所述真空罐進行真空制備。

在步驟101中，當所述真空罐內(nèi)的真空度達到1e-5pa時，停止真空制備。

步驟102，開啟所述氦氣液化器，通過所述液氦導流管向所述液氦池傳送液氦，對所述真空罐進行制冷。

步驟103，觀測所述熱板溫度在所述藍寶石微波腔的諧振溫度附近時，對外圍電路加電，所述外圍電路為所述隔離器、濾波器、壓控移相器、手動移相器、放大器、外部定向耦合器、壓控衰減器組成的電路。

在步驟103中，所述溫度監(jiān)控模塊與所述熱板上的熱敏電阻連接，通過所述溫度監(jiān)控模塊觀測所述熱板溫度；所述藍寶石微波腔的頻率可以設(shè)定，不同頻率的藍寶石微波腔的諧振溫度不同，以9.2ghz的藍寶石微波腔為例，其諧振溫度為4.2k，所述9.2ghz頻率的藍寶石微波腔在該4.2k諧振溫度上能夠達到優(yōu)于e8的有載q值。

對所述外圍電路加電后，所述藍寶石微波腔通過所述輸出微波接口輸出高諧振信號；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述壓控衰減器輸出的信號通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔，形成自由振蕩電路。

步驟104，通過所述外部定向耦合器輸出微波頻率源信號。

圖9為一種包含溫度控制的藍寶石微波頻率源控制方法的實施例流程圖。

本實施例提供一種藍寶石微波頻率源控制方法，包括以下步驟：

步驟101，對所述真空罐進行真空制備。

在步驟101中，當所述真空罐內(nèi)的真空度達到1e-5pa時，停止真空制備。

步驟102，開啟所述氦氣液化器，通過所述液氦導流管向所述液氦池傳送液氦，對所述真空罐進行制冷。

步驟105，觀測所述熱板溫度在所述藍寶石微波腔的諧振溫度附近時，對外圍電路加電，所述外圍電路為所述隔離器、濾波器、壓控移相器、手動移相器、放大器、外部定向耦合器、壓控衰減器、信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、積分器電路模塊、幅度控制電路模塊、信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、積分器電路模塊、幅度控制電路模塊組成的電路。

在步驟105中，所述熱板上有熱敏電阻，能夠測量所述熱板溫度；所述藍寶石微波腔的頻率可以設(shè)定，不同頻率的藍寶石微波腔的諧振溫度不同，以9.2ghz的藍寶石微波腔為例，其諧振溫度為4.2k，所述9.2ghz頻率的藍寶石微波腔在該4.2k諧振溫度上能夠達到優(yōu)于e8的有載q值。

在步驟105中，對所述外圍電路加電后，所述藍寶石微波腔通過所述輸出微波接口輸出高q值諧振信號；所述隔離器用于傳遞所述藍寶石微波腔產(chǎn)生的諧振信號；所述濾波器用于從所述隔離器輸出的諧振信號中濾波；所述壓控移相器接收濾波后的諧振信號；所述手動移相器接收所述壓控移相器輸出的信號；所述放大器用于對所述手動移相器輸出的信號進行幅度放大；所述外部定向耦合器接收所述放大器輸出的信號，并輸出所述微波輸出信號；所述壓控衰減器接收所述外部定向耦合器輸出的信號；所述壓控衰減器輸出的信號通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔；所述罐內(nèi)定向耦合器通過所述入腔埠接收所述壓控衰減器輸出的信號，并輸出兩路信號，所述微波環(huán)形器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的一路信號，并輸出兩路信號，其中一路通過所述輸入微波接口傳遞給所述藍寶石微波腔，形成自由振蕩電路。

所述幅度功率探測器接收所述罐內(nèi)定向耦合器輸出的另一路信號，并輸出幅度功率信號；所述幅度控制電路模塊通過所述幅度穩(wěn)定端口接收所述幅度功率信號，并輸出所述幅度控制信號；所述壓控衰減器接收所述幅度控制信號，并對輸出的所述信號進行幅度調(diào)節(jié)；所述相位功率探測器接收所述微波環(huán)形器輸出的另一路信號，并輸出相位功率信號；所述信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路相同的調(diào)制信號，分別為移相調(diào)制信號、鎖相調(diào)制信號；所述鎖相電路模塊接收所述鎖相調(diào)制信號作為參考信號，與通過所述相位鎖定端口接收的所述相位功率信號進行鑒相，輸出鑒相信號；所述積分器電路模塊接收所述鑒相信號，輸出積分信號；所述壓控移相器根據(jù)接收到的所述移相調(diào)制信號、所述積分信號，對所述壓控移相器輸出的所述壓控移相信號進行相位調(diào)節(jié)。

步驟106，開啟所述真空罐外部的溫度監(jiān)控模塊，對所述熱板的溫度進行控制，使其保持在所述藍寶石微波腔的諧振溫度。

在步驟106中，對所述熱板溫度進行控制的方法采用pid控溫方式，通過所述熱板上熱敏電阻的阻值變化，對所述溫度監(jiān)控模塊輸出的加熱量進行控制。

所述溫度監(jiān)控模塊與所述熱板上的熱敏電阻與加熱絲連接，當所述熱板的溫度低于諧振溫度時，所述溫度監(jiān)控模塊控制所述熱板上的加熱絲進行加熱，使所述熱板的溫度保持在諧振溫度。

步驟107，調(diào)節(jié)所述壓控移相器、手動移相器、信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、幅度控制電路模塊。

在步驟107中，首先調(diào)節(jié)所述壓控移相器參數(shù)，然后調(diào)節(jié)所述手動移相器參數(shù)，調(diào)節(jié)所述信號發(fā)生器、鎖相電路模塊，包括調(diào)節(jié)所述信號發(fā)生器的輸出頻率，所述鎖相電路模塊的敏感度、增益，調(diào)節(jié)所述幅度控制電路模塊參數(shù)包括調(diào)節(jié)所述幅度控制電路模塊電壓。

在步驟107中，調(diào)節(jié)所述壓控移相器參數(shù)，然后調(diào)節(jié)所述手動移相器參數(shù)至所述外部定向耦合器輸出的微波頻率源信號滿足相位穩(wěn)定條件，優(yōu)選地，當壓控移相器經(jīng)過調(diào)節(jié)后的輸出信號滿足相位穩(wěn)定條件時，可以不調(diào)節(jié)所述手動移相器的參數(shù)。

在步驟107中，調(diào)節(jié)所述信號發(fā)生器、鎖相電路模塊、幅度控制電路模塊參數(shù)應使所述外部定向耦合器輸出的微波頻率源信號的指標最佳。

步驟108，通過所述外部定向耦合器輸出微波頻率源信號。

在步驟108中，所述外部定向耦合器輸出的微波頻率源信號指標最佳，且與所述藍寶石微波腔的頻率一致。

以9.2g藍寶石微波腔為例，本方法輸出的頻率源信號穩(wěn)定度為9.3e-16@1s，-95dbc/hz@1hz。

需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。