CN203596811U - 一种航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及晶体振荡器领域，特别是涉及一种航天用100MHz高频率温度稳定性恒温晶体振荡器，包括电源模块、主振模块、温度控制模块和放大输出模块，所述电源模块通过稳压器进行稳压后给主振模块、温度控制模块和放大输出模块供电；所述温度控制模块对主振模块的环境温度进行控制，所述主振模块的输出端与放大输出模块的输入端连接。本实用新型恒温槽采用定制紫铜板传热模式加热，不仅能减小恒温槽的体积，也能使大功率加热管的热量利用率更高，降低晶体振荡器的功耗；同时晶体的加热更加均匀，提高了频率-温度稳定性指标。

Description

一种航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器

技术领域

本实用新型涉及晶体振荡器领域，特别是涉及一种航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器。

背景技术

晶体振荡器内部使用的晶体、晶体三极管和变容二极管等都属于温度敏感元器件。在晶体振荡器中，使恒温系统的控制温度与晶体的拐点温度相匹配（晶体在拐点温度附近工作，其频率温度系数最小），使晶体工作在一个恒定拐点温度环境中，晶体振荡器工作最稳定。恒温晶体振荡器的特点是当外界环境温度发生变化时，恒温晶体振荡器内部控温电路进行工作，使晶体振荡器内部恒温槽的温度变化极小，从而保证晶体振荡器的电性能指标受到外界温度影响最小。

航天用恒温晶体振荡器禁用工艺规定，引线元器件不能贴板安装，引线根部到焊接面需在0.75mm_—3.5mm，而恒温晶体振荡器内部使用的晶体谐振器、晶体三极管和变容二极管等都属于温度敏感元器件，其中晶体谐振器和晶体三极管又都是引线元器件，如果这两种关键元器件不贴板安装，大功率加热管的热量不能快速、均匀的传递给它们，晶体振荡器的功耗不仅增大，温场不均匀，且晶体振荡器频率温度稳定性指标只能达到±0.5ppm，因此，早期航天用恒温晶体振荡器等温度敏感元器件都放在恒温槽内，再将恒温槽外部绕电热丝加热，这种设计恒温晶体振荡器体积偏大，达不到航天用晶体振荡器外形尺寸小于(50×50×70)mm的要求，现在航天用恒温晶体振荡器对产品体积、重量都有严格要求，传统结构使用非塑封元器件体积大很难满足需求航天用恒温晶体振荡器的体积要求。而恒温晶体振荡器又要求频率温度稳定性等指标，现有的恒温晶体振荡器既不能满足体积小的要求，又不能满足频率温度稳定性的要求。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述缺陷，提供一种频率稳定温度稳定性好、体积小的航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器。

为实现上述目的，本实用新型设计的一种航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器，包括电源模块和主振模块，其特别之处在于：还包括温度控制模块和放大输出模块，所述电源模块的输出端连接有稳压器，稳压器的输出端分别连接主振模块、温度控制模块和放大输出模块，电源模块通过稳压器进行稳压后给主振模块、温度控制模块和放大输出模块供电；所述温度控制模块的输出端与主振模块的输入端连接，所述温度控制模块对主振模块的环境温度进行控制，所述主振模块的输出端与放大输出模块的输入端连接；

所述晶振振荡模块由主振级电路和调谐网络组成，所述主振级电路的输出端连接所述调谐网络的输入端；

所述温度控制模块由加热电路和温控电路组成，所述温控电路的输出端与所述加热电路的输入端连接，用于控制加热电路输出的温度点，分别与所述主振级电路、调谐网络连接，用于对所述主振级电路、调谐网络加热，用于给主振级电路、调谐网络加热并保持在恒定的温度下工作；

所述放大输出模块包括共射晶体三极管、LC调谐网络、隔离滤波网络，所述共射晶体三极管的集电极与LC调谐网络连接，所述共射晶体三极管的输出端连接隔离滤波网络。

在上述技术方案中，所述温度控制模块的加热电路加热面焊接在紫铜板上；所述放大输出模块的模块的共射晶体三极管引脚穿过紫铜板，共射晶体三极管底部外壳与紫铜板之间间隔0.2mm；晶振振荡模块的外壳紧贴紫铜板安装。

在上述技术方案中，所述加热电路包括大功率加热管和热敏电阻器，大功率加热管、晶振振荡模块和共射晶体三极管的引脚均焊接到PCB板上进行电连接，所述共射晶体三极管的四周涂覆有硅胶，所述涂覆的硅胶范围在外壳底部边长的3/4之内，热敏电阻器安装在晶体谐振器和加热功率管之间。

在上述技术方案中，所述电源模块输出端连接的稳压器为三端稳压器。

本实用新型设计的恒温晶体振荡器工作频率为100MHz、电源电压为12V，频率温度稳定性优于±0.05ppm，相位噪声优于-155dBc/Hz1kHz，体积为（40×40×16）mm，恒温槽采用定制的紫铜板传热模式加热，相比传统恒温槽体积缩小两倍以上。

恒温槽通过该实用新型后该恒温晶振频率温度稳定性指标得到很好改善，采用不同安装方式的100MHz恒温晶振频率-温度稳定性测试数据见下表1：

表1 100MHz恒温晶振频率-温度稳定性测试数据

在经过多方面理论分析和多年的实践经验的基础上，本实用新型所设定的电路中元器件参数通过适当调整后制作为成品晶体振荡器，该晶体振荡器整体上可满足小体积、高频率-温度稳定性、低相噪和高可靠性等要求。

本实用新型在设计过程中充分考虑了产品的加工、使用的可靠性、体积小的要求，以及稳定度、低相噪要求相互制约的关系，经综合计算验证，保证了电参数水平稳定，有较强的实用性。

本实用新型具有以下优点：

1、恒温槽采用定制紫铜板传热模式加热，不仅能减小恒温槽的体积，也能使大功率加热管的热量利用率更高，降低晶体振荡器的功耗；同时晶体的加热更加均匀，提高了频率-温度稳定性指标。

2、本实用新型的电路设计，不仅减少了元器件的使用数量，整体上减小了晶体振荡器的体积，也减少了元器件所引入的噪声。

3、采用低相噪晶体三极管做振荡级振荡管，并加入合理调试，提高了晶体振荡器的相噪指标。

附图说明

图1是一种航天用100MHz高频率温度稳定性恒温晶体振荡器的整体结构示意图；

图2是图1中航天用100MHz高频率温度稳定性恒温晶体振荡器的电路原理图；

图中：1-电源模块；2-主振模块；3-温度控制模块；4-放大输出模块；5-紫铜板；6-PCB板；7-热敏电阻器；8-晶体谐振器；9-加热功率管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本实用新型作进一步的详细描述：

如图1、图2所示的航天用100MHz高频率温度稳定性恒温晶体振荡器，包括电源模块1、主振模块2、温度控制模块3和放大输出模块4。

电源模块1的输出端连接有稳压器，稳压器的输出端分别连接主振模块2、温度控制模块3和放大输出模块4，电源模块1通过三端稳压器进行稳压后给主振模块2、温度控制模块3和放大输出模块4供电；使主振模块2和温度控制模块3的工作电压稳定，减小电源电压变化对振荡电路的影响，温度控制模块3对主振模块2的环境温度进行控制，主振模块2的输出端与放大输出模块4的输入端连接；晶振振荡模块2由主振级电路和调谐网络组成，主振级电路的输出端连接调谐网络的输入端；主振级电路采用柯尔匹兹泛音电路作为第一级主振级电路，晶体位于反馈网络中，作为振荡回路的一个电感元件，和回路中其他元件一起参与振荡，即构成电容三点式电路，采用一级振荡一级放大输出，减少元器件数量，缩小体积。晶体选用SC切100MHz5次泛音HC-35/U冷压焊封装晶体，由于SC切晶体的频谱比较复杂，具有A、B、C三种振动模式，而我们需要用到的是C模100MHz泛音振荡频率。A模振动频率比C模高87%，不会给电路设计带来麻烦，而B模振动频率只比C模高9.4%，而且其等效串联电阻和C模相当，有时甚至更小，因此B模更容易起振，由集电极的LC调谐网络组成B模抑制网络，使C模泛音振荡时网络呈容性，而B模振荡时网络呈感性，从而抑制B模振荡。C模基频的等效串联电阻很小，容易起振，因此采用基频抑制网络谐振出来的频率控制在基频和三次泛音之间，使C模基频呈感性从而抑制其基频振荡。

温度控制模块3由加热电路和温控电路组成，温控电路的输出端与加热电路的输入端连接，用于控制加热电路输出的温度点，加热电路用于给主振级电路、调谐网络加热并保持在恒定的温度下工作，加热电路通过对主振级电路、调谐网络进行加热，使该部分电路能稳定工作在恒定温度，该恒定温度点由温控电路控制，温控电路为高精密直流桥式控温电路，使恒温槽温度基本保持在晶体的拐点温度（晶体在拐点温度附近工作，其频率温度系数最小），让晶体工作在一个恒定拐点温度环境中。所述的直流电桥内包含热敏电阻器，热敏电阻器7安装在晶体谐振器8和加热功率管9之间进行快速感温，晶体谐振器和加热功率管安装在特制的导热铜板上，所述的控温电路是加热功率管加热后，通过热敏电阻器进行感温，当阻值发生变化后，运算放大器通过运算输出信号来控制直流功率放大器。

放大输出模块4包括低相噪共射晶体三极管、LC调谐网络、隔离滤波网络，共射晶体三极管的集电极与LC调谐网络连接，共射晶体三极管的输出端连接隔离滤波网络，主要特点是选择性放大所需输出频率f0，增大f0输出功率抑制f0的谐波(含次谐波)达到改善优化输出信号目的。选择低相噪晶体三极管做振荡级振荡管，合理调试晶体管静态工作点状态，控制晶体振荡激励，使晶体振荡器输出稳定的低相噪信号，输出电路包括LC网络和隔离滤波网络，在进一步抑制谐波的同时，达到振荡信号输出与负载的隔离作用，改善负载特性。

将铜板焊接在PCB板6相应位置，大功率加热管加热面焊接在紫铜板5上，在紫铜板5上相应位置打孔，让晶体谐振器和晶体三极管引线元器件引脚穿过铜板，晶体谐振器外壳紧贴铜板安装；由于晶体三极管外壳和引脚导通，安装晶体三极管时需使三极管底部外壳与铜板之间间隔0.2mm。温度控制模块3的加热电路加热面焊接在1.0mm厚紫铜板5上，紫铜板作5为恒温槽传热的材料；放大输出模块4的共射晶体三极管、LC调谐网络的引脚分别穿过紫铜板5，共射晶体三极管底部外壳与紫铜板之间间隔0.2mm；晶振振荡模块2的外壳紧贴紫铜板5安装，将铜板焊接在PCB板6相应位置，大功率加热管加热面焊接在紫铜板5上，在紫铜板5上相应位置打孔，让晶体谐振器和晶体三极管引线元器件引脚穿过铜板，晶体谐振器外壳紧贴铜板安装；由于晶体三极管外壳和引脚导通，安装晶体三极管时需使三极管底部外壳与铜板之间间隔0.2mm。

加热电路包括大功率加热管9和热敏电阻器7，大功率加热管9、晶体谐振器8和共射晶体三极管的引脚均焊接到PCB板6上进行电连接，共射晶体三极管的四周涂覆有硅胶，涂覆的硅胶范围在外壳底部边长的3/4之内，这样满足了《航天电子电气产品元器件通孔安装技术要求》的安装规定，又能使紫铜板5上的热量快速传递到晶体三极管上，从而保证晶体振荡器的频率温度稳定性指标满足要求。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器，包括电源模块（1）和主振模块（2），其特征在于：还包括温度控制模块（3）和放大输出模块（4），

所述电源模块（1）的输出端连接有稳压器，稳压器的输出端分别连接主振模块（2）、温度控制模块（3）和放大输出模块（4），电源模块（1）通过稳压器进行稳压后给主振模块（2）、温度控制模块（3）和放大输出模块（4）供电；所述温度控制模块（3）的输出端与主振模块（2）的输入端连接，所述主振模块（2）的输出端与放大输出模块（4）的输入端连接；

所述晶振振荡模块（2）由主振级电路和调谐网络组成，所述主振级电路的输出端连接所述调谐网络的输入端；

所述温度控制模块（3）由加热电路和温控电路组成，所述温控电路的输出端与所述加热电路的输入端连接，用于控制加热电路输出的温度点，所述加热电路的输出端分别与所述主振级电路、调谐网络连接，用于给主振级电路、调谐网络加热并保持在恒定的温度下工作；

所述放大输出模块（4）包括共射晶体三极管、LC调谐网络、隔离滤波网络，所述共射晶体三极管的集电极与LC调谐网络连接，所述共射晶体三极管的输出端连接隔离滤波网络。

2.根据权利要求1所述的航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器，其特征在于：所述温度控制模块（3）的加热电路加热面焊接在紫铜板（5）上；所述放大输出模块（4）的共射晶体三极管、LC调谐网络的引脚分别穿过紫铜板（5），共射晶体三极管底部外壳与紫铜板之间间隔0.2mm；晶振振荡模块（2）的外壳紧贴紫铜板（5）安装。

3.根据权利要求2所述的航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器，其特征在于：所述加热电路包括大功率加热管和热敏电阻器，大功率加热管、晶振振荡模块（2）和共射晶体三极管的引脚均焊接到PCB板上进行电连接，所述共射晶体三极管的四周涂覆有硅胶，所述涂覆的硅胶范围在外壳底部边长的3/4之内，热敏电阻器安装在晶体谐振器和加热功率管之间。

4.根据权利要求1或2所述的航天用100MHz高频率恒温晶体振荡器，其特征在于：所述电源模块（1）输出端连接的稳压器为三端稳压器。

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