CN105633771B - 一种用于光微波延时网络的温控结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光微波延时网络系统的温控结构，包括安装于箱体内的光发射器(1)、光接收器(2)和光延时器(7)，光发射器(1)包括内部的激光器芯片(1‑1)，光接收器(2)包括内部的光接收器芯片(2‑1)，其特征在于，包括：温度控制电路(6)，用于控制第一级温控单元(3)、第二级温控单元(4)和第三级温控单元(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种温控结构，特别是一种用于光微波延时网络的三级温控结构，属于温度控制技术领域。
背景技术
光微波延时是一门光子与微波技术相结合的技术，光微波延时网络具有宽带宽、低功耗、体积小、无电磁干扰等优点，广泛用于国民经济和国防科技的各个领域，同时，光微波延时网络是光相控雷达的核心组成部分之一，克服了传统的电相控雷达所固有的孔径效应和渡越时间的限制，提高了雷达的分辨率、识别能力、解决多目标成像能力和抗电磁干扰能力。
但是，光微波延时网络系统的发展面临着许多问题，特别是光微波延时网络系统对环境温度的敏感制约着其发展，光微波延时网络系统中，大部分的器件对温度极其敏感，环境温度的微小波动都会对其精度和稳定性照成不可忽视的影响，同时这些器件的正常工作温度范围很窄，当外界环境温度过高或者过低时，光微波延时网络系统将无法正常工作甚至造成器件的永久性破坏。
现有的光微波延时网络系统的温控结构一般是在光发射器或光接收器内部集成半导体制冷片TEC和热敏电阻NTC(Negative Temperature CoeffiCient)的方法进行温控，但是由于TEC本身的特性，当TEC长时间工作时，其产生的热量容易积累，必需添加一个散热片，而散热片的效率往往和其体积成正比，这就照成了系统体积的增大；同时，当外界温度过高或过低时，由于TEC的功率限制同样无法实现正常的温度控制。
因此，如何实现满足实际应用要求的光微波延时网系统的温控结构，是目前本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题：在在原有的一级温控或无温控结构的基础上，提出了一种用于光微波延时网络的温控结构，提高了温控的精度(温度控制精度优于1度)，缩短了温控稳定时间，增强了系统的温度适应性，能够实现外界环境温度在-55～70度变化时，微波延时网络的温控结构正常工作。
本发明提供了一种光微波延时网络系统的温控结构，包括安装于箱体内的光发射器(1)、光接收器(2)和光延时器(7)，光发射器(1)包括内部的激光器芯片(1-1)，光接收器(2)包括内部的光接收器芯片(2-1)，其特征在于，包括：
温度控制电路(6)，用于控制第一级温控单元(3)、第二级温控单元(4)和第三级温控单元(5)；
第一级温控单元(3)，包括通过温度控制电路(6)控制的第一级激光器芯片加热制冷器(3-1)和第一级激光器芯片温度传感器(3-2)，第一级光接收器芯片加热制冷器(3-3)和第一级光接收器芯片温度传感器(3-4)，第一级激光器芯片加热制冷器(3-1)和第一级激光器芯片温度传感器(3-2)安装于光发射器(1)内部并靠近激光器芯片(1-1)，第一级光接收器芯片加热制冷器(3-3)和第一级光接收器芯片温度传感器(3-4)安装于光接收器(2)内部并靠近光接收器芯片(2-1)。第一级温控单元(3)实现了光发射器和光接收器工作温度点的最直接和快速地控制。
第二级温控单元(4)，包括通过温度控制电路(6)控制第二级加热制冷器(4-1)和第二级温度传感器(4-2)，第二级加热制冷器(4-1)和第二级温度传感器(4-2)紧贴在光发射器(1)和光接收器(2)的外壳底部安装面。第二级温控单元(4)避免光发射器和光接收器直接接触箱体表面，增加了温控效率和温度检测精度，降低外界温度对光发射器和光接收器的影响，实现了对温度敏感部位进行重点温控，减小了第一级温控单元(3)的调控压力。
第三级温控单元(5)，包括通过温度控制电路(6)控制第三级加热制冷器(5-1)和第三级温度传感器(5-2)，第三级加热制冷器(5-1)和第三级温度传感器(5-2)安装于箱体内，实现对光发射器(1)、光接收器(2)和光延时器(3)的温度调节。
第三级温控单元(5)在光微波延时网络的箱体内增加了加热和制冷能力，同时隔离了光发射器(1)、光接收器(2)、光延时器(7)以及第一级温控单元(3)、第二级温控单元(4)在内与机箱表面的热交换通道，减小了第一级温控单元(3)、第二级温控单元(4)的调节压力，提高了光微波延时网络系统内部温度调控效率，使得在高温或低温环境下，温控结构能够将光微波延时网络系统箱体内的温度有效控制在设定的温度范围内，能够实现外界环境温度在-55～70度变化时，微波延时网络的温控结构正常工作。
本发明设计的温控结构采用了模拟PID温控方式，具有较强的抗干扰能力、稳定性、电磁兼容性。
所述第一级温控结构、第二级温控结构也可以采用数字PID温控方式或者PWM温控方式。
所述的述光发射器可以是：DBR激光器、DFB激光器、分离限制SCH激光器。
所述的光接收器可以是：模拟光接收机、数字光接收机。
所述的所述加热制冷器可以是：风扇、电热丝、半导体加热器PTC、半导体制冷片TEC或者是相变材料用于温度控制。
(1)本发明设计采用的三级温控结构采用模拟PID方式，具有较强的抗干扰能力、稳定性、电磁兼容性、同时该温控结构具有较好的匹配性，能够和风扇、电热丝、半导体加热器PTC、半导体制冷片TEC等加热制冷方式匹配使用，环境适应性强、稳定性好。
(2)本发明设计的光发射器和光接收器不和机箱外壳直接接触，降低了外界温度对光发射器和光接收器干扰，增加了光微波延时系统的温度适应性。
(3)本发明在光发射器和光接收器外壳直接设置加热制冷器件，能快速的将光发射器和光接收器的温度调节至设定的温度点。
(4)本发明在原有的一级温控的基础上增加了光发射器和光接收器外壳温控和光微波延时系统的箱体温控，实现了三级温控，最大限度的降低了光微波延时系统的精度受外部环境温度变化的影响，能够实现外界环境温度至少在-55～70度变化时，微波延时网络的温控结构正常工作。
附图说明
图1为本发明温控装置的较佳实施方式图。
具体实施方式
本发明公开了一种光微波延时网络的温控结构，实现了光微波延时网络的温控结构最少在-55～+70温度范围内稳定正常的工作。
一种光微波延时网络系统的温控结构，包括安装于箱体内的光发射器1、光接收器2和光延时器7，光发射器1包括内部的激光器芯片1-1，光接收器2包括内部的光接收器芯片2-1，其特征在于，包括：
温度控制电路6，用于控制第一级温控单元3、第二级温控单元4和第三级温控单元5；
第一级温控单元3，包括通过温度控制电路6控制的第一级激光器芯片加热制冷器3-1和第一级激光器芯片温度传感器3-2，第一级光接收器芯片加热制冷器3-3和第一级光接收器芯片温度传感器3-4，第一级激光器芯片加热制冷器3-1和第一级激光器芯片温度传感器3-2安装于光发射器1内部并靠近激光器芯片1-1，第一级光接收器芯片加热制冷器3-3和第一级光接收器芯片温度传感器3-4安装于光接收器2内部并靠近光接收器芯片2-1；
第二级温控单元4，包括通过温度控制电路6控制第二级加热制冷器4-1和第二级温度传感器4-2，第二级加热制冷器4-1和第二级温度传感器4-2紧贴在光发射器1和光接收器2的外壳底部安装面；
第三级温控单元5，包括通过温度控制电路6控制第三级加热制冷器5-1和第三级温度传感器5-2，第三级加热制冷器5-1和第三级温度传感器5-2安装于箱体内，实现对光发射器1、光接收器2和光延时器7的温度调节。
所述温度控制电路6采用数字PID温控方式。
所述的光发射器采用DFB激光器。
所述的光接收器采用模拟光接收机。
所述的所述加热制冷器采用风扇、电热丝、半导体制冷片TEC。
当光微波延时系统启动时，第一级温控单元3能够迅速地检测到光发射器1、光接收器2的内部温度和设定温度的差值，并通过调整第一级激光器芯片加热制冷器3-1和第一级光接收器芯片加热制冷器3-3的TEC的驱动电流，以改变TEC的加热制冷功率，使光发射器1、光接收器2的温度稳定在设定温度点，同时第二级温控单元4和第三级温控单元5根据各自检测到的当前温度和设定温度的差值，驱动相应的加热制冷器将箱体内部环境的温度调节至设定温度附近。
当外界温度和设定的温度差值较大时，第三级温控单元5的温度传感器检测到当前箱体温度，驱动控制大功率加热制冷器(风扇、电热丝、半导体制冷片TEC)的通断，调节箱体内部温度，减小箱体内温度和设定温度的差值，并通过第二级温控单元4进一步的进行温度调节，确保光发射器1、光接收器2的温度和设定温度的差值进一步降低，在第二级温控单元4和第三级温控单元5的共同作用下，光发射器1、光接收器2内部实际温度和设定的温度差值很小，使第一级温控单元3能迅速将温度稳定在设定的温度点。
当外界温度大幅度波动时，经过第二级温控单元4和第三级温控单元5的调节，外界温度的变化对光发射器1、光接收器2的影响降低到最小，再通过第一级温控单元3，实现光发射器1和光接收器2内部温度的高度稳定性，有效调节激光器芯片1-1和光接收器芯片2-1的温度，该温控方法具有较高的温控精度、可靠性、冷热环境适应性、抗干能力和快速稳定性，缩短了热平衡时间，提高了光微波延时网络系统的精度，对光微波延时网络系统的工程实际应用具有重要的理论和应用意义。
Claims (4)
1.一种光微波延时网络系统的温控结构，包括安装于箱体内的光发射器(1)、光接收器(2)和光延时器(7)，光发射器(1)包括内部的激光器芯片(1-1)，光接收器(2)包括内部的光接收器芯片(2-1)，其特征在于，包括：
温度控制电路(6)，用于控制第一级温控单元(3)、第二级温控单元(4)和第三级温控单元(5)；
第一级温控单元(3)，包括通过温度控制电路(6)控制的第一级激光器芯片加热制冷器(3-1)和第一级激光器芯片温度传感器(3-2)，第一级光接收器芯片加热制冷器(3-3)和第一级光接收器芯片温度传感器(3-4)，第一级激光器芯片加热制冷器(3-1)和第一级激光器芯片温度传感器(3-2)安装于光发射器(1)内部并靠近激光器芯片(1-1)，第一级光接收器芯片加热制冷器(3-3)和第一级光接收器芯片温度传感器(3-4)安装于光接收器(2)内部并靠近光接收器芯片(2-1).
第二级温控单元(4)，包括通过温度控制电路(6)控制的第二级加热制冷器(4-1)和第二级温度传感器(4-2)，第二级加热制冷器(4-1)和第二级温度传感器(4-2)紧贴在光发射器(1)和光接收器(2)的外壳底部安装面；
第三级温控单元(5)，包括通过温度控制电路(6)控制的第三级加热制冷器(5-1)和第三级温度传感器(5-2)，第三级加热制冷器(5-1)和第三级温度传感器(5-2)安装于箱体内，实现对光发射器(1)、光接收器(2)和光延时器(7)的温度调节。
2.根据权利要求1所述的光微波延时网络系统的温控结构，其特征在于，所述温度控制电路(6)采用数字比例-积分-微分PID温控方式或者脉冲宽度调制PWM温控方式。
3.根据权利要求1所述的光微波延时网络系统的温控结构，其特征在于，所述的光发射器采用DBR激光器、DFB激光器或分离限制SCH激光器。
4.根据权利要求1所述的光微波延时网络系统的温控结构，其特征在于，所述的光接收器采用模拟光接收机或数字光接收机。
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