[发明专利]一种氢脉泽蓝宝石谐振腔的频率温度补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种频率温度补偿方法，特别是一种氢脉泽蓝宝石谐振腔的频率温度补偿方法。

背景技术

随着氢脉泽应用的不断推广，其小型化迫在眉睫。谐振腔是氢频标的重要组成部分，其尺寸直接决定了整钟尺寸。为了缩小尺寸，采用了介质负载腔——以蓝宝石为填充介质的圆柱形谐振腔，从而提高了Q值，在谐振频率不变、不损失准确度和稳定度的情况下，缩小了腔体尺寸。但是随着金属谐振腔尺寸变小，要想得到同样频率，金属腔内的蓝宝石填充介质增多，这样的结果将导致微波腔的温度系数变大，温度系数增大后加大了温控的难度。目前控温水平很难达到如此高的要求，从而导致整钟指标难以提高。

减小温度系数需要采用温度补偿技术，但是过去一般采用机械补偿，即采用大的合金，例如镁铝合金做成环支撑。当氢脉泽谐振腔尺寸随温度升高而增大时，环高也同时伸长，从而使实际谐振腔尺寸反而变小，达到温度补偿的效果。但是此方法比较粗糙，合金环的高度难以设计，随着温度的变化难以精确控制频率，谐振腔的频率受环境影响比较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种氢脉泽蓝宝石谐振腔的频率温度补偿方法，解决机械温度补偿方法难以有效降低氢脉泽谐振腔温度系数的问题。

一种氢脉泽蓝宝石谐振腔的频率温度补偿方法的具体步骤为：

第一步确定钛酸锶晶体片

蓝宝石是单轴各向异性晶体，垂直于光轴和平行于光轴的相对介电常数分别为9.4和11.6，在47℃时其垂直于光轴方向的损耗角正切值为1×10^-5。钛酸锶晶体片是各向异性晶体，相对介电常数为300，在47℃时其损耗角正切值为8×10^-4。钛酸锶晶体片的相对介电常数为是蓝宝石相对介电常数的30倍，而钛酸锶晶体片为负温度系数晶体，其介电常数随着温度的升高而降低，与蓝宝石介电常数的变化相反。当温度变化时，钛酸锶晶体片就可以补偿蓝宝石介电常数的变化而引起的谐振腔频率的变化，因此选择钛酸锶晶体片作为频率温度补偿。

第二步设计钛酸锶晶体片的直径、厚度、片数

钛酸锶晶体片为圆柱型，由于晶体生长能力所限，直径最大为17mm，选择钛酸锶晶体片直径为10mm～17mm。然后选择不同的厚度和个数来计算谐振腔的频率温度系数，根据计算结果选择钛酸锶晶体片的最优尺寸。

首先根据公式求解当蓝宝石及钛酸锶晶体片的介电常数、蓝宝石厚度、蓝宝石高度、谐振腔高度和半径有微小量变化Δε_t1、Δε_t2、Δd、Δh₂、Δh₁和Δa时，相应的带来谐振频率的量变Δf，由此得到系数A。

Ar1=ϵt1fΔfΔϵt1---(1)]]>

公式(1)求解当蓝宝石的介电常数有微小变化时，相应带来谐振频率的量变系数A_r1，其中ε_t1为蓝宝石的介电常数。