CN104347919B - 一种用于微波滤波器的温度补偿装置及其温度补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于微波滤波器的温度补偿装置及其温度补偿方法，所述温度补偿装置包括：空心螺柱、紫铜波纹管、金属圆盘、驱动马达、调节杆、支架、转接片、可移动轴和弹簧，所述调节杆用于改变所述可移动轴在所述支架的导向槽中的位置并可以锁紧，所述支架用于固定各零件并设置有导向槽，所述转接片用于将所述驱动马达的运动做适当修正后变成所述金属圆盘的运动，所述可移动轴用于与所述调节杆、支架、和转接片配合，达到修正运动速度的目的，所述弹簧用于保证所述金属圆盘和所述驱动马达同步运动。本发明通过运用两个温度点来实际调试滤波器，避免了补偿机构预置偏移量的复杂性和不确定性，从而使得滤波器的温度稳定性更为准确和可靠。
Description
技术领域
本发明属于无线电广播通信技术领域，具体地说，涉及一种用于微波滤波器的新型温度补偿装置及其温度补偿方法，以有效解决滤波器的频率-温度漂移问题。
背景技术
随着无线电通信技术和广播电视技术的蓬勃发展，微波滤波器在许多方面得到了广泛的应用。一个好的微波滤波器，必须解决好温度补偿问题。目前通常有两种方法实现滤波器的温度补偿，一种是选用高稳定性材料作为谐振腔体，比如用铟钢或陶瓷，它们的缺点是材料价格贵，加工难度大，涂覆工艺复杂；另一种是采用金属或介质微扰方式达到温度补偿的目的，这种方式的缺点是在一定温度范围内近似补偿。由于在腔体的不同位置，不同深度，要达到相同的温度补偿，那么需要的微扰量是不一样的，这给补偿机构的设计带来了很大的麻烦。图1为这种补偿机构的原理图(专利号：ZL200820123548.5)，如图1所示，它采用热双金属片或热双金属片组作为动力源的温度补偿机构100。热双金属片102随着腔体环境温度的变化而产生动力，推动或拉动金属扰动棒101在腔体内运动，从而补偿温度变化对腔体谐振频率的影响。它还包含偏置构件103、外壳104和接触簧片105。
一般微波滤波器有二到六个谐振腔体组成，要使滤波器有很好的温度稳定特性，人们必须对所有谐振腔体分别进行补偿。在不同腔体的不同位置，温度不一样；在同一腔体的不同位置和不同深度，频率-温度的变化量又不相同，所以这种补偿装置只能是近似补偿。
发明内容
为了解决上述现有技术不足之处，本发明的目的在于提供一种用于微波滤波器的新型温度补偿装置及其温度补偿方法，以克服现有技术中的缺陷。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于微波滤波器的温度补偿装置，所述温度补偿装置包括：空心螺柱、紫铜波纹管、金属圆盘、驱动马达、调节杆、支架、转接片、可移动轴和弹簧。其中，所述空心螺柱直接连接在所述微波滤波器的腔体上；所述紫铜波纹管具有导电性且可伸缩，所述紫铜波纹管设置在所述微波滤波器的腔体内并固定在所述支架和所述金属圆盘之间，且所述支架和所述金属圆盘为无缝连接；所述金属圆盘作为微扰体设置在所述微波滤波器的腔体内，通过调节所述金属圆盘在不同温度下的位移量以实现温度稳定；所述驱动马达用于提供动力，所述驱动马达通过活动部件套设在所述支架的上部；所述调节杆呈L型，所述调节杆的转折处通过固定部件固定在所述支架的中部，所述调节杆的一端设置有长形通孔以容置所述可移动轴，所述调节杆的另一端与所述支架之间设置有一锁紧螺丝，所述调节杆用于调整所述可移动轴在所述支架的导向槽中的位置；所述支架用于所述驱动马达、所述调节杆、所述转接片、所述可移动轴所述弹簧和所述紫铜波纹管的连接与固定，所述支架设置有导向槽；所述转接片具有两个作用臂，其中的一作用臂通过所述可移动轴与所述驱动马达相连接，另一作用臂通过所述可移动轴与所述金属圆盘相连接，所述转接片设置有导向槽以容置所述可移动轴；所述可移动轴用于连接所述调节杆、所述支架和所述转接片，以配合所述调节杆、所述支架和所述转接片达到修正运动速度目的；所述弹簧设置在所述支架和所述金属圆盘之间以保证所述金属圆盘与所述驱动马达的同步运动。
优选地，所述金属圆盘的大小与在所述微波滤波器的腔体内的深度和频率变化的敏感度有关。
优选地，所述调节杆的长形通孔与所述转接片的导向槽相匹配。
优选地，所述支架的导向槽与所述转接片的导向槽相匹配。
优选地，所述驱动马达为有源马达或无源马达。
优选地，所述无源马达采用液态石蜡油混合紫铜粉作为动力源。
优选地，所述驱动马达、所述调节杆、所述支架、所述转接片、所述可移动轴均设置在所述空心螺柱的内部。
此外本发明的所述温度补偿装置还包括盖子，所述盖子设置在所述微波滤波器的腔体外以封闭所述空心螺柱的开放端。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种用于微波滤波器的温度补偿方法，所述温度补偿方法包括：
(a)在工作温度为T1时，通过调节动力源的位置，使得支架7上的导向槽和转接片8上的导向槽11重合以保证当温度再回到T1时，金属圆盘4的位置恢复到原来，当温度改变时，取消联动，固定支架7上的导向槽；
(b)在工作温度为T2且T2>T1时，驱动马达5内的液态石蜡将受热膨胀以推动转接片8围绕可移动轴9顺时针转动，以拉动金属圆盘4向上收缩移动的位移量H1(mm)，从而导致腔体的谐振频率的增高量F1(KHz)；金属腔体受热膨胀体积增大量V2(cm3)，使得腔体的谐振频率的降低量F2(KHz)；
(b-1)当F1<F2时，通过调节杆6改变可移动轴9在导向槽11中的位置，当可移动轴9在导向槽11中向右上方移动时，在相同温度变化量的情况下，驱动马达5提供的位移量一定的情况下，金属圆盘4将向上移动更大，以使F1的增加，直至F1＝F2时所述滤波器的频率漂移得到很好补偿；
(b-2)当F1>F2时，通过调节杆6改变可移动轴9在导向槽11中的位置，当可移动轴9在导向槽11中向左下方移动时，在相同温度变化量的情况下，驱动马达5提供的位移量一定的情况下，金属圆盘4将向上移动更小，以使F1的减小，直至F1＝F2所述滤波器的频率漂移得到很好补偿。
因此，本发明通过运用两个温度点来实际调试滤波器，避免了补偿机构预置偏移量的复杂性和不确定性，从而使得滤波器的温度稳定性更为准确和可靠。
附图说明
图1为现有技术的温度补偿机构的原理图；
图2为本发明的温度补偿装置的原理图；
图3a为本发明的温度补偿装置的外部结构示意图；
图3b为本发明的温度补偿装置的内部结构示意图；
图4a为本发明的温度补偿装置在T1时的状态；
图4b为本发明的温度补偿装置在T2时的状态；
图4c为本发明的温度补偿装置在T2时需增加微扰量；
图4d为本发明的温度补偿装置在T2时需减小微扰量。
附图标记说明如下：
盖子1、空心螺柱2、紫铜波纹管3、金属圆盘4、驱动马达5、调节杆6、支架7、转接片8、可移动轴9、弹簧10、导向槽11、温度补偿机构100、金属扰动棒101、热双金属片102、偏置构件103、外壳104、接触簧片105、温度T1、温度T2、谐振频率的降低量F2和谐振频率的增高量F1。
具体实施方式
为了使审查员能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
首先，请参看图3a和图3b，图3a为本发明的温度补偿装置的外部结构示意图；图3b为本发明的温度补偿装置的内部结构示意图。如图3a和图3b所示，本发明的温度补偿装置包括：空心螺柱2、紫铜波纹管3、金属圆盘4、驱动马达5、调节杆6、支架7、转接片8、可移动轴9和弹簧10。其中，空心螺柱2的外部直接连接在所述微波滤波器的腔体上，空心螺柱2的底部与支架7连接；紫铜波纹管3具有良好的导电性且可伸缩，紫铜波纹管3设置在所述微波滤波器的腔体内，紫铜波纹管3的一端固定在支架7的底部，另一端与金属圆盘4相连，支架7和金属圆盘4为无缝连接，用以屏蔽掉所述温度补偿装置内部的零件可能给导电性带来的不利影响；金属圆盘4作为微扰体设置在所述微波滤波器的腔体内，通过调节金属圆盘4在不同温度下的位移量以实现温度稳定；驱动马达5用于提供动力，驱动马达5通过活动部件套设在支架7的上部；调节杆6呈L型，调节杆6的转折处通过固定部件固定在支架7的中部，调节杆6的一端设置有长形通孔以容置可移动轴9，调节杆6的另一端与支架7之间设置有一锁紧螺丝，调节杆6用于调整可移动轴9在支架7的导向槽(未示出)中的位置；支架7用于驱动马达5、调节杆6、转接片8、可移动轴9、弹簧10和紫铜波纹管3的连接与固定，支架7设置有导向槽11；转接片8，也可以称之为杠杆，具有两个作用臂，其中的一作用臂通过可移动轴9与驱动马达5相连接，另一作用臂通过可移动轴9与金属圆盘4相连接，转接片8设置有导向槽11以容置可移动轴9；可移动轴9，也可以称之为支点，用于连接调节杆6、支架7和转接片8，以配合调节杆6、支架7和转接片8达到修正运动速度目的；弹簧10设置在支架7和金属圆盘4之间以保证金属圆盘4与驱动马达5的同步运动。
由图3a可以看出，本发明的温度补偿装置的外形是一个调节螺柱，也可以称之为智能调节螺柱(Magic Trimming Screw，MTS)。其使用方式为：将安装有MTS的滤波器放在一个温度可以改变的空间内，在T1时，通过调节滤波器上MTS的深浅,使得其频率响应达到要求，然后改变温度到T2，此时只能通过调节MTS内支点9的位置来达到温度稳定的要求，支点9改变的轨迹只能沿着T1时杠杆的方向，这样才能保证当温度回到T1时，微扰体4的位置回到T1时的状态。这里，金属圆盘4的大小与在所述微波滤波器的腔体内的深度和频率变化的敏感度有关，金属圆盘4的直径越大，进入所述微波腔体越深，对频率的影响越大。
根据本发明的又一实施方式，调节杆6的长形通孔与转接片8的导向槽11相匹配，支架7的导向槽与转接片8的导向槽11相匹配。此外，可移动轴9通过与调节杆6、支架7和转接片8的配合以达到修正运动速度的目的。
进一步地，根据本发明的再一实施方式，驱动马达5可以选择为有源马达或无源马达。所述无源马达采用液态石蜡油混合紫铜粉作为动力源。此外，驱动马达5、调节杆6、支架7、转接片8、可移动轴9均设置在空心螺柱2的内部。
此外，根据本发明的一优选实施例，本发明的温度补偿装置还包括盖子1，盖子1设置在所述微波滤波器的腔体外以封闭空心螺柱2的开放端。
请参见图2，图2为本发明的温度补偿装置的原理图。如图2所示，左侧动力源在T1和T2时的位移量，通过杠杆和支点，放大或缩小到右侧微扰体在T1和T2时的位移量。改变支点的位置，可以调节微扰体在T2的位移量。因此，本发明运用这种新的温度补偿原理，即在工作温度范围内选用两个温度点，T1和T2，对滤波器进行调试，T1和T2一般对应的是低温和高温。由于滤波器的温度-频率变化和补偿机构的补偿量都是准线性变化的，因此，如果滤波器在T1和T2时温度稳定性很好，那么滤波器的性能也会很好。
由于以前人们只选用一个温度点对滤波器进行调试，对于滤波器在其它温度点上的性能靠温度补偿机构的预置偏移量来实现。而本发明运用两个温度点来实际调试滤波器，避免了补偿机构预置偏移量的复杂性和不确定性，从而使得滤波器的温度稳定性更为准确和可靠。
为了更清楚地描述本发明的温度补偿装置的工作原理，请同时参阅图4a至图4d，图4a～图4d为发明的温度补偿装置的工作状态示意图。
如图4a所示，图4a为本发明的温度补偿装置在T1时的状态。通过调节动力源的位置，使得支架7上的导向槽和转接片8上的导向槽11重合，这样能保证当温度再回到T1例如T1＝20℃时，微扰体4的位置恢复到原来。在其他实施例中，也可以通过智能设计，使得在T1时，支架7上的导向槽和转接片8上的导向槽11联动重合，当温度改变时，取消联动，固定支架7上的导向槽。
如图4b所示，图4b为本发明的温度补偿装置在T2时的状态。假设T2>T1，例如T1＝20℃、T2＝50℃，那么在T2时，驱动马达5内的液态石蜡将受热膨胀，从而推动转接片8围绕可移动轴9转动(顺时针)，进而拉动金属圆盘4向上移动(收缩)的位移量H1＝1.5mm，这样将导致腔体的谐振频率的增高量F1＝300KHz。另一方面，由于温度升高，金属腔体将受热膨胀体积增大量V2＝54cm3，体积增大，使得其谐振频率的降低量F2＝280KHz。这样，如果“增高量”与“降低量”一致，那么滤波器的频率漂移将得到很好补偿。
如图4c所示，图4c为本发明的温度补偿装置在T2时需增加微扰量。如上所述，如果“增高量”小于“降低量”，那么需要增加“增高量”。具体办法就是通过调节杆6改变可移动轴9在导向槽11中的位置。当可移动轴9在导向槽11中向右上方移动时，在相同温度变化量的情况下，也就是说驱动马达5提供的位移量一定的情况下，金属圆盘4将向上移动更多，从而导致“增高量”的增加。
如图4d所示，图4d为本发明的温度补偿装置在T2时需减小微扰量。如上所述，如果“增高量”大于“降低量”，那么需要减小“增高量”。具体办法就是通过调节杆6改变可移动轴9在导向槽11中的位置。当可移动轴9在导向槽11中向左下方移动时，在相同温度变化量的情况下，也就是说驱动马达5提供的位移量一定的情况下，金属圆盘4将向上移动更小，从而导致“增高量”的减小。
此外，本实施例中的MTS是一种无源机械设计，在其他实施例中，也可以采用有源步进马达，进行多于两个温度点的调试拟合，效果会更好。
需要说明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种用于微波滤波器的温度补偿装置，其特征在于，所述温度补偿装置包括：空心螺柱(2)、紫铜波纹管(3)、金属圆盘(4)、驱动马达(5)、调节杆(6)、支架(7)、转接片(8)、可移动轴(9)和弹簧(10)；其中，
空心螺柱(2)直接连接在所述微波滤波器的腔体上，驱动马达(5)、调节杆(6)、支架(7)、转接片(8)、可移动轴(9)均设置在空心螺柱(2)的内部；
紫铜波纹管(3)具有导电性且可伸缩，紫铜波纹管(3)设置在所述微波滤波器的腔体内并固定在支架(7)和金属圆盘(4)之间且支架(7)和金属圆盘(4)为无缝连接；
金属圆盘(4)作为微扰体设置在所述微波滤波器的腔体内，通过调节金属圆盘(4)在不同温度下的位移量以实现温度稳定；
驱动马达(5)用于提供动力，驱动马达(5)通过活动部件套设在支架(7)的上部；
调节杆(6)呈L型，调节杆(6)的转折处通过固定部件固定在支架(7)的中部，调节杆(6)的一端设置有长形通孔以放置可移动轴(9)，调节杆(6)的另一端与支架(7)之间设置有一锁紧螺丝，调节杆(6)用于调整可移动轴(9)在支架(7)的导向槽中的位置；
支架(7)用于驱动马达(5)、调节杆(6)、转接片(8)、可移动轴(9)、弹簧(10)和紫铜波纹管(3)的连接与固定，支架(7)设置有导向槽；
转接片(8)具有两个作用臂，其中的一作用臂通过可移动轴(9)与驱动马达(5)相连接，另一作用臂通过可移动轴(9)与金属圆盘(4)相连接，转接片(8)设置有导向槽(11)以容置可移动轴(9)；
可移动轴(9)用于连接调节杆(6)、支架(7)和转接片(8)，以配合调节杆(6)、支架(7)和转接片(8)达到修正运动速度目的；
弹簧(10)设置在支架(7)和金属圆盘(4)之间以保证金属圆盘(4)与驱动马达(5)的同步运动。
2.根据权利要求1所述的温度补偿装置，其特征在于，调节杆(6)的长形通孔与转接片(8)的导向槽(11)相匹配。
3.根据权利要求1所述的温度补偿装置，其特征在于，支架(7)的导向槽与转接片(8)的导向槽(11)相匹配。
4.根据权利要求1所述的温度补偿装置，其特征在于，驱动马达(5)为有源马达或无源马达。
5.如权利要求4所述的温度补偿装置，其特征在于，所述无源马达采用液态石蜡油混合紫铜粉作为动力源。
6.如权利要求1～5任一所述的温度补偿装置，其特征在于，还包括盖子(1)，所述盖子(1)设置在所述微波滤波器的腔体外以封闭空心螺柱(2)的开放端。
7.一种用于微波滤波器的温度补偿方法，其特征在于，所述温度补偿方法包括：
(a)在工作温度为T1时，通过调节动力源的位置，使得支架(7)上的导向槽和转接片(8)上的导向槽(11)重合以保证当温度再回到T1时，金属圆盘(4)的位置恢复到原来，当温度改变时，取消联动，固定支架(7)上的导向槽；
(b)在工作温度为T2且T2>T1时，驱动马达(5)内的液态石蜡将受热膨胀以推动转接片(8)围绕可移动轴(9)顺时针转动，以拉动金属圆盘(4)向上收缩移动的位移量H1(mm)，从而导致腔体的谐振频率的增高量F1(KHz)；金属腔体受热膨胀体积增大量V2(cm3)，使得腔体的谐振频率的降低量F2(KHz)；
(b-1)当F1<F2时，通过调节杆(6)改变可移动轴(9)在导向槽(11)中的位置，当可移动轴(9)在导向槽(11)中向右上方移动时，在相同温度变化量的情况下，驱动马达(5)提供的位移量一定的情况下，金属圆盘(4)将向上移动更大，以使F1的增加，直至F1＝F2时所述滤波器的频率漂移得到很好补偿；
(b-2)当F1>F2时，通过调节杆(6)改变可移动轴(9)在导向槽(11)中的位置，当可移动轴(9)在导向槽(11)中向左下方移动时，在相同温度变化量的情况下，驱动马达(5)提供的位移量一定的情况下，金属圆盘(4)将向上移动更小，以使F1的减小，直至F1＝F2所述滤波器的频率漂移得到很好补偿。
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