SE521729C2 - Ugnsuppvärmd kristallresonator och oscillatorenhet - Google Patents

Description

30 35 2001-02-07 P:\4385005S .dOC MJ/AF Ãven om dessa kända enheter kan vara användbara till portabla tillämpningar, uppstår ett problem genom ineffek- tiv uppvärmning av resonatorn och den därav följande minsk- ningen av den användbara livslängden hos en batteriladd- ning.

Samanfattning av uppfinningen Det är därför ett syfte med uppfinningen att till- handahålla en ugnsstyrd kristallresonator som är avsedd för användning i en oscillator och som använder ugnsgenererad värme på ett effektivt sätt. Ett ytterligare syfte med upp- finningen är att tillhandahålla en infraröduppvärmd OCXO, vilken är effektiv så att dess förbrukning av matnings- batterier reduceras och deras användbara laddning utökas.

I en ugnsstyrd kristallresonator i enlighet med upp- finningen är resonatorn fastsatt på ett värmeledande sätt över ett värmeledande baselement, som i sin tur är fastsatt på ett värmeisolerande sätt över ett underlag. Baselementet är gjort av ett värmeledande material och innehåller ett eller flera värmeelement. Värmen från värmeelementen och det uppvärmda baselementet leds till resonatorn för att dess önskade temperatur ska uppnås, medan den isolerade strukturen med underlaget motverkar överflödig värmeför- lust. På detta sätt kan resonatorn hållas vid en förhöjd temperatur utan omàttlig förbrukning av batterienergi.

Ett hölje är i kontakt med underlaget och innesluter reso- natorn, baselementet samt de elektriska ledarna, vilka ansluter baselementet till ledare på underlaget. De elek- triska ledarna är gjorda av väldigt tunna ledningar för att begränsa värmeledning genom dessa. Pä så sätt begrän- sas värmeförluster från resonatorn.

Dessa och andra fördelar samt syften med uppfinningen kommer att framgå av den följande beskrivningen av flera utföringsformer av uppfinningen, såsom illustreras i rit- ningarna. 10 15 20 25 30 35 521 72%) 3 2001-02 07 P:\438S0O5S.d0C MJ/AF Kort beskrivning av ritningarna FIG. 1 är en tvärsnittsvy av en ugnsstyrd kristall- resonator i enlighet med uppfinningen; FIG. 2 är en horisontalsektionsvy av den ugnsstyrda kristallresonatorn i FIG. i FIG. l; 1 tagen längs med linjen 2-2 FIG. 3 är en tvärsnittsvy av en annan ugnsstyrd kristallresonator i enlighet med uppfinningen; FIG. 4 är en tvärsnittsvy av en kristallstyrd oscil- lator, vilken använder en ugnsstyrd kristallresonator i enlighet med uppfinningen; FIG. 5 är en tvärsnittsvy av en annan utformning av en kristallstyrd oscillator i enlighet med uppfinningen.

Detaljerad beskrivning Med hänvisning till FIG. 1 och 2 visas en ugnsstyrd kristallresonator 10, som utgörs av en vanlig kristallreso- nator 12, såsom en piezoelektrisk kristall 14. Kristallen 14 är gjord av ett material, vilket är välkänt och som har en plan konstruktion med elektroderna 16 och 18 på motsatta 22 av kristallen 14. Elektroderna 16, slutna till elektriskt ledande, styva klämmor 24, sidor 20, 18 är an- 26, leder värme bra, vilka i sin tur är fastsatta på ett bas- som element 28. Baselementet 28 är i sin tur fastsatt på ett underlag 30 med styva, icke-värmeledande isolatorer 32.1-3.

Baselementet 28 är format av ett bra värmeledande men elektriskt isolerande keramiskt material, såsom beryllium- oxid, aluminiumnitrid eller något annat liknande, lämpligt material. Det keramiska baselementet 28 kännetecknas av en väldigt låg temperaturgradient tvärs över planet, dvs ytan 34 hos baselementet 28.

Ett eller flera värmeelement 40 är fastsatta på det värmeledande baselementet 28 och är elektriskt °“^“utna till en kraftkälla via ledare 42.1 samt 42.2. Dessa ledare 42 är tillverkade med ett så litet tvärsnitt som möjligt, W 20 25 30 01 ba _.å \J BJ \C 2001-02-07 P:\43BS005S.doC MJ/ÅF sä att lite värme leds bort frän baselement 28 via ledare 42. Pà samma sätt ansluter ledare 44.1 samt 44.2 klämmorna 24 respektive 26 till lämpliga ledningsytor 46.1 och 46.2 pä underlaget 30. Ett hölje 48 omsluter kristallresonator- enheten 12 för att tillsammans med underlaget 30 bilda en sluten kammare, vilken kan fyllas med gas eller evakueras i enlighet med välkända tekniker, som används vid till- verkningen av kristalloscillatorer. En temperatursensor 49 är placerad på det uppvärmda baselementet 28 som en del av en konventionell styrkrets, vilken är kopplad till detta och till värmeelementen 40 för att reglera baselementets 28 temperatur.

Underlaget 30 kan vara gjort av keramik, metall eller annat lämpligt material. De dåligt värmeledande termiska isolationsstöden 32 kan vara gjorda av glas och är fast- smälta i underlaget 30 eller limmade fast i detta. Höljet 48 kan vara av metall och sluta tätt mot underlaget 30.

Klämmorna kan vara fästa pä det keramiska baselementet 28 med ett lämpligt värmeledande epoxymaterial.

Med en kristallresonator i enlighet med uppfinningen erhälls en betydlig förbättring av verkningsgraden p g a att ungefär 5% till 10% av värmen, som krävs för konven- tionella enheter, kan användas för att driva kristallreso- natorn vid den önskade temperaturen.

FIG. 3 illustrerar en kristallresonator 12, vilken liknar den i FIG. 1, men med ytorna 46 ersätta av ledare 50, som sträcker sig genom underlaget 30. En sådan struktur kan exempelvis användas för att ansluta kristalloscillatorn till en oscillatorkrets 52, vilken finns placerad under underlaget 30, säsom visas i FIG. 5. FIG. 4 illustrerar en kristalloscillatorenhet 56, vari en kristallresonator 12 enligt illustration i FIG. 1 visas, som i sin tur är . . . . ._# A* e 58, vilket aven innesiuter ei 3 oscillatorkrets 60 pä en utökad del 62 av underlaget 30. 10 en r~ ~ -a-.à ¶7 f _] CJ 2001-02-07 P:\438500SS .doC MJ/AF Temperaturkänsliga oscillatorkomponenter 49 kan även pla- ceras pà det uppvärmda baselementet 28 och kopplas till konventionella styrkretsar 64, som kan placeras pà segment- et 62. Kretsen 64 är i sin tur kopplad i syfte att driva värmeelementen 40 för att upprätta en önskad temperatur pà baselementet 28.

Efter beskrivning av flera utföringsformer i enlig- het med uppfinningen kan dess fördelar inses. Förändring- ar i ritningarna och beskrivningarna kan göras utan avvik- else fràn uppfinningens omfång, sàsom detta bestäms av de bifogade kraven. Exempelvis kan resonatorn 12 vara en ytakustisk vàgenhet, som är direkt bunden till det upp- värmda baselementet 28.

Claims (9)

W Ü 20 25 30 521 729 2001-02-07 P:\4385005S.doC MJ/AF PATENTKRAV

1. Ugnsstyrd resonatorenhet innefattande: ett underlag; ett värmeledande, elektriskt isolerande baselement, som har en yta med en làg temperaturgradientkarakteristik; baselementet stöds över underlaget av en màngfald av styva värmeisolerande stöd; ett värmeelement, som är fastsatt pà baselementet för att värma detta till en önskad temperatur och som sträcker sig i huvudsak jämnt över ytan för att tillhandahålla strälnings- och ledningsvärme frän nämnda baselementyta; en kristallresonator, vilken har anslutningar och en i huvudsak flat konstruktion; nämnda kristallresonator är fastsatt i huvudsak parallellt med ytan hos baselementet med värmeledande och elektriskt ledande komponenter, som sträcker sig frän baselementet till kristallresonatorn, varvid kristallresonatorn är placerad nära baselementet för att därigenom bli jämnt uppvärmd till en önskad temperatur; elektriska ledningar, vilka ansluter elektriska led- are, som finns pà underlaget, till elektriska ledare pà nämnda baselement; nämnda elektriska ledningar är dimen- sionerade för att begränsa värmeledning genom dessa; och ett hölje, vilket omsluter nämnda kristallresonator samt nämnda baselement och nämnda elektriska ledningar för att med nämnda underlag bilda en sluten kammare; varvid nämnda kristallresonator kan bli jämnt upp- värmd till nämnda önskade temperatur på ett effektivt sätt med liten värmeförlust.

2. Ugnsstyrd resonatorenhet enligt krav l, vari nämnda stöd utgörs av glasstavar, som är fastsmälta i nämnda underlag och nämnda värmeledande, elektriskt iso- lerande baselement. 10 20 25 30 35 521 729 7 2001 02f07 P:\4385005S.dOC MJ/AF

3. Ugnsstyrd resonator enligt krav l, vari nämnda stöd utgörs av glasstavar, vilka är limmade till nämnda underlag och nämnda baselement.

4. Ugnsstyrd resonator enligt krav l, vari nämnda värmeelement är ett infrarödutstrålande element, som är operativt riktat mot nämnda kristallresonator för att värma denna med infraröd strålning och att värma nämnda basele- ment genom värmeledning från nämnda infrarödutstrålande element.

5. Ugnsstyrd resonator enligt krav 4, vari nämnda infrarödutstrålande element innefattar en infrarödutstràl- ande diod, vilken är riktad att sända infraröd strålning mot nämnda kristallresonator.

6. Ugnsstyrd resonator enligt krav l, vidare inne- fattande kretsmedel, som är fastsatt pà nämnda baselement för att styra emissionen av nämnda strålning fràn nämnda yta samt nämnda värmeledning för att upprätthålla nämnda önskade temperatur hos kristallresonatorn.

7. Ugnsstyrd resonator enligt krav 1, vari utrymmet, vilket är omslutet av höljet och underlaget, är under vakuum.

8. Ugnsstyrd resonator enligt krav 1, vidare inne- fattande en temperatursensor, som är operativt placerad pà baselementet, samt kretsmedel, vilket är anslutet till detta och till nämnda värmeelement för att reglera den däri producerade värmen och upprätta nämnda önskade temperatur hos nämnda baselement.

9. Ugnsstyrd oscillator inbegripande: ett underlag; 10 20 25 30 35 5:21 21:29 j - _ . i L zooi-oz-ov P=\43a5oo5s.d@c MJ/AF 1 ; ; 3 I i *i ' ett värmeledande, elektriskt isolerande baselement, som har en yta med en làg temperaturgradientkarakteristik; baselementet stöds över underlaget av en mångfald av styva värmeisolerande stöd; ett värmeelement, vilket är fastsatt pà baselement- et för att värma det till en önskad temperatur, och som sträcker sig i huvudsak jämnt över ytan för att tillhanda- hälla stràlnings- och ledningsvärme fràn nämnda baselement- yta; en temperatursensor är fastsatt pà nämnda baselement; en kristallresonator, vilken har anslutningar och en i huvudsak flat konstruktion; nämnda kristallresonator är fastsatt i huvudsak parallellt med ytan hos baselementet med värmeledande och elektriskt ledande komponenter, som sträcker sig från baselementet till kristallresonatorn, varvid kristallresonatorn är placerad nära baselementet för att därigenom bli jämnt uppvärmd till en önskad temperatur; elektriska ledningar, vilka ansluter elektriska ledare, som finns pä underlaget, till elektriska ledare pà nämnda baselement; nämnda elektriska ledningar är anslutna till nämnda värmeelement och nämnda temperatursensor; nämnda elektriska ledare är dimensionerade för att begränsa värmeledning genom dessa; en oscillatorkrets och en temperaturstyrningskrets, vilka är fastsatta pà nämnda underlag och elektriskt an- slutna till nämnda elektriska ledningar för att upprätt- hälla nämnda önskade temperatur pà nämnda baselement; täckmedel, vilket innesluter nämnda kristallresonator och nämnda baselement, nämnda elektriska ledare samt nämnda oscillatorkrets för att med nämnda underlag bilda en sluten kammare; varvid nämnda kristalloscillator kan drivas vid en exakt styrd frekvens under en läng tid fràn en batteri- källa genom att värma resonatoin jämn ill nämnda önskade tt temperatur pà ett effektivt sätt med liten värmeförlust.