一种宇航用高稳钟源及制备方法与流程

本发明涉及宇航用高稳钟源领域，更具体说它是一种宇航用高稳钟源及制备方法，为一种高稳钟源的冗余备份设设计、多模块载荷结构分布设计、及频率源稳定度和老化率指标优先、匹配方法。

背景技术：

1、当今时代，随着卫星平台优势的日益突出，各种功能性卫星组网及各种轨道区分的卫星组网应用越来越普遍，则低成本、高可靠性、高精度、同时兼顾单机高稳工作和联网同步功能的卫星节点频率源需求巨大。

2、因此，开发一种满足单机的低老化率、高频率温度稳定性(即输出低老化、高稳定度的高频信号)任务需求的宇航用高稳钟源很有必要。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是为了提供一种宇航用高稳钟源，采用低频高稳信号锁定目标高频信号的方式来满足单机的低老化率、高频率温度稳定性(即输出低老化、高稳定度的高频信号)任务需求，实现单机高稳及高频高稳，同时实现了备份电路及对恒温晶振工作环境保障性的结构优化；克服了现有技术采用高频恒温晶振直接输出，其老化率、稳定度无法满足单机的低老化率、高频率温度稳定性的任务需求的问题。

2、本发明的第二目的是为了提供宇航用高稳钟源的制备方法。

3、为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：一种宇航用高稳钟源，其特征在于：包括主路时钟模块、备路时钟模块、外部时钟通路及多路输出功分模块；

4、多路输出功分模块分别与主路时钟模块、备路时钟模块、外部时钟通路连接；

5、主路时钟模块、备路时钟模块对称布置在同一壳体的两个腔体内；主、备路时钟模块功能相同，结构对称；

6、主路时钟模块包括主路电源电路、主路低频高稳恒温晶振、主路锁相电路、主路高频高稳恒温晶振和主路功率放大电路；主路电源电路的稳压电路分别与主路锁相电路、主路功率放大电路连接；主路电源电路分别与主路低频高稳恒温晶振、主路高频高稳恒温晶振连接；主路低频高稳恒温晶振、主路锁相电路、主路高频高稳恒温晶振和主路功率放大电路多路输出功分模块依次连接；

7、备路时钟模块包括备路电源电路、备路低频高稳恒温晶振、备路锁相电路、备路高频高稳恒温晶振和备路功率放大电路；备路电源电路的稳压电路分别与备路锁相电路、备路功率放大电路连接；备路电源电路分别与备路低频高稳恒温晶振、备路高频高稳恒温晶振连接；备路低频高稳恒温晶振、备路锁相电路、备路高频高稳恒温晶振和备路功率放大电路多路输出功分模块依次连接；

8、主路功率放大电路多路输出功分模块、备路功率放大电路多路输出功分模块均与多路输出功分模块连接。

9、本发明中的电源电路包含多个稳压电路，分别给锁相电路、功率放大电路供电。因单机要求低老化、高稳定度，设计稳定度更高的低频信号锁定目标高频信号的锁相环电路。通过锁相电路，使高频恒温晶振输出信号与低频高稳恒温晶振输出信号同步，间接使高频恒温晶振输出信号的老化率、稳定度满足单机要求。

10、功率放大电路将高频恒温晶振信号放大后输入功分器，信号经过功分器后，其输出信号满足单机要求。

11、在上述技术方案中，多路输出功分模块设置三个输入信号接口，分别为：主路时钟模块信号接口、备路时钟模块信号接口、外部高频时钟接口；

12、多路输出功分模块的功分器内部分为3合一功合部分和1分16功分部分；功分器先将3路输入接口合成1路，然后将输入信号分为16路输出。本发明中路输出功分模块中的功分器分为3个输入接口和16个输出接口。内部分为功合、功分功能。为了保证隔离度，将内部电路进行优化，先将3路输入接口合成一路，再进行16路功分输出。3路合成器功率损耗5db，2路功分器功率损耗3.2db。信号经过功分器，插入损耗预计19db。

13、在上述技术方案中，主路低频高稳恒温晶振与备路低频高稳恒温晶振、主路高频高稳恒温晶振与备路高频高稳恒温晶振呈对称分布，且分腔隔离、单独安装在壳座腔体内，本发明中的单机功耗较大的4个恒温晶振对称分布，单独安装在壳座腔体内，充分考虑元器件工作热应力对可靠性的影响，进行合理的结构设计和布局。

14、在上述技术方案中，在安装主路低频高稳恒温晶振、主路高频高稳恒温晶振、备路低频高稳恒温晶振和备路高频高稳恒温晶振的壳座腔体内安装隔热发泡剂，在恒温晶振外壳和单机外壳间设置隔热垫(单机外壳大于晶振外壳，是系统最大外壳)，减少恒温晶振热量传递，使恒温晶振工作在一个相对稳定的温场中，从而最大限度提高恒温晶振的稳定度。

15、在上述技术方案中，对单机进行合理结构设计和芯组布局：壳体腔体采用对称结构，壳体中间设计隔离带保证壳体有较强刚性的同时隔离信号干扰；芯组布局器件布局，确保安全间距符合设计要求；进行结构三维设计，明确单机质心符合要求；

16、芯组印制板均采用螺钉紧固在基座凸台上，通过软质导线与外壳引针互连。无硬搭接设计，且工艺安全间距符合要求。连接器安装均进行点胶固化加固防松。大质量器件(即恒温晶振)安装在独立腔体内，并垫硅胶片封盖进行有效减振加固。

17、在上述技术方案中，单机采用铝合金6061外壳，安装面导电氧化，其余表面黑色阳极化或黑漆处理；时钟模块芯组采用螺钉紧固，软导线互连；时钟模块与多路输出功分模块的功分器采用弹性射频连接器连接；输出接口和高频外部时钟输入接口采用sma射频连接器；电源、锁定指示、保险检测的接口采用矩形多芯通信连接器。

18、为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：所述的宇航用高稳钟源的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

19、步骤一：寻找在高稳、高老化特性方面特别优异，且在该两方面指标最能逼近原子钟钟源信号性能、能长时间或时段性替代原子钟钟源信号的的信号源，本发明中首选低频、低噪、高稳、高老化特性的恒温晶振作为内置信号源；

20、步骤二：为了将低频信号的高稳、高老化特性向高频输出端传递，选用了低频信号锁定到高频信号的锁相方式，本发明中即选择了高频、低噪恒温晶振作为本振信号、通过锁相方式将低频信号源锁定输出，实现高稳、高老化特性与高频特性的结合输出。

21、步骤三：为确保系统可靠性，按以上步骤选择备路低频晶振(内置信号源)、备路高频晶振(本振晶振)、备路锁相电路，通过提供备路方式提高冗余切换的可能性和系统可靠性；

22、步骤四：为更进一步提高系统可靠性，除了主路、备路两路高质量信号输入模块外，同时增加了外部100mhz信号输入，确保多路100mhz信号输出模块具备3路信号输入。

23、本发明具有如下优点：

24、(1)本发明为基于最新卫星组网用高稳钟源的高性能要求进行的高可靠性设计和体积小型化设计；通过3倍冗余设计增加系统保障性的同时，兼顾单机高稳工作及联网同步功能；该高稳钟源能输出16路高稳定、低老化的高频时钟信号；该电路有主路、备路2路电源及时钟模块，2路时钟模块功能相同、指标相近；当主路时钟故障时单机可以切换备路时钟，单机仍可以输出高稳定信号；由于该钟源含有主路时钟模块和备路时钟模块，及外部时钟输入通路，既实现了内部主/备路时钟模块切换工作，也兼顾了外部时钟输入通道，使该钟源具备三种工作模式(单机工作状态一：钟源电路单元工作状态为主路时钟模块工作；单机工作状态二：钟源电路单元工作状态为备路时钟模块工作；单机工作状态三：钟源电路单元工作状态为高频外部时钟输入工作)，确保多通功分输出模块在三种模式下均可对外输出符合要求的频率源信号，确保卫星接入信道通畅；克服了现有技术钟源通常较为单一，有原子钟源信号输入时，能输出较高质量的信号；无原子钟源信号输入时，基本靠单一高频恒温晶振自振荡输出，稳定度和老化率都会恶化一个数量级的问题；

25、(2)本发明所述钟源通过选择稳定度良好及老化特性良好的本振晶振及参考晶振，通过锁相实现高稳定度和优老化率的高稳钟源指标要求，具体为内部选用高稳定度低频恒温晶振作为参考源，选用老化率良好的高频恒温晶振作为本振源，通过锁相方式将高频信号的稳定度提升至低频信号的高量级水平，与此同时并沿用了高频晶振的优良老化率水平，通过高低频信号指标的巧妙选择和匹配，实现了钟源对高稳定度及优老化率的指标要求；确保在没有外部信号受控时，实现自保持在较高的钟源频率源水平上；通过恒温晶振信号调制实现高水平频率源自保持，降低卫星组网节点频率源成本、简化频率源受控输入的苛刻要求，也提高频率源对外输出的保障系数；

26、(3)本发明所述高稳钟源采用质量对称分布，高低频信号分腔隔离，实现优良单价的抗振特性，具体为结合结构仿真/热量仿真及黑色阳极氧化工艺，使内部电路得到合理的载荷分布，有效的质心和力矩优化，提高了高稳钟源单机抗振水平，确保了内部四个恒温晶振的安全可靠运行，振动相位恶化得到大幅度抑制；通过合理的内部分腔，实现了射频信号的串扰隔离，降低恒温晶振加热槽热量耗散；通过大功率管的垂直贴墙安装，既实现发热器件的散热又节省了横向平面的布局的空间。