用于氫原子頻標用微波腔及降低微波腔溫度系數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于氫原子頻標用微波腔及降低微波腔溫度系數(shù)的方法，該微波腔包括，葉片、支柱、腔體、腔蓋，所述腔體的上下端分別設(shè)置有腔蓋，所述腔體內(nèi)設(shè)置有葉片，該葉片通過所述支柱與腔體連接。該微波腔由分體部分組合而成，加工簡單，成本低，表面拋光精度高，能獲得較高的Q值，同時兼具磁控管微波腔良好的力學(xué)穩(wěn)定性和開槽腔的頻率調(diào)諧方便等優(yōu)點，比同等體積的磁控管微波腔的重量更小，無載Q值高約10%。
【專利說明】用于氫原子頻標用微波腔及降低微波腔溫度系數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波腔，特別是涉及一種用于氫原子頻標用微波腔及降低微波腔溫度系數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫原子頻標以其優(yōu)異的中長期穩(wěn)定性被廣泛的應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航、守時、授時、航空及通信等領(lǐng)域。被動型氫原子頻標和主動型氫原子頻標相比，具有更高的性價比、更小的體積和重量，應(yīng)用前景更為廣泛。被動型氫原子頻標分為物理部分和電路部分，物理部分為整機的核心器件，其性能決定著氫原子頻標的頻率穩(wěn)定度。微波腔作為物理部分的重要部件，提供了微波輻射場與氫原子精細能級(F=l，mF=0—〉F=0，mF=0)躍遷的場所，使氫原子產(chǎn)生高能級至低能級的躍遷。被動型氫原子頻標用的微波腔應(yīng)滿足一下要求:1、諧振頻率可以調(diào)諧至氫原子精細能級躍遷頻率(1420.405MHz)。2、微波腔產(chǎn)生的電磁場的磁場方向應(yīng)該平行于軸向，在貯存泡內(nèi)應(yīng)該盡量地均勻，增強電磁場與氫原子的耦合強度。3、微波腔的振蕩模式一般采用損耗較低的模式，這樣可以獲得較高的Q值，Q值的增大有利于提高氫鐘的頻率穩(wěn)定度。目前被動型氫原子頻標使用的微波腔主要有:極片腔、開槽腔和磁控管腔。極片腔如文獻Harry E.Peters “Small very small and extremelysmall hydrogen maser，，Proc 32th Annual Symposium on Frequency Contr0.469.(1978)中所示，該微波腔的極片是粘在石英貯存泡上的，頻率調(diào)諧不便，力學(xué)性能較差，目前很少使用這種微波腔。開槽腔如專利98121645.5和文獻H.T.M.Wang “SubcompactHydrogen Maser Atomic Clocks，，Proceedings of IEEE, 982, (1989)所不。該微波腔開槽管與底座連為一體，和極片腔相比頻率調(diào)諧較為簡單；加工精度較高，Q值較高；力學(xué)穩(wěn)定性較好。專利200810036427.1中提出的微波腔在本質(zhì)上屬于這種開槽腔。磁控管微波腔如文獻 N.A.Demidov “Passive Hydrogen Maser Frequency Stability And AccuracyInvestigation，，Pr0.7th European Frequency and Time Forum Neuchatel.1.(1993)所示。該微波腔腔體由一次加工而成，力學(xué)穩(wěn)定性極好，但加工精度較高，表面拋光較為困難，要獲得高的Q值成本較高。專利201020658216.4中提出了一種矩形磁控管微波，具有體積小，Q值高，力學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但需要對外圍器件進行相應(yīng)的改動。因此，需要設(shè)計一種新的氫原子頻標用的微波腔及降低微波腔溫度系數(shù)的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種用于氫原子頻標用微波腔及降低微波腔溫度系數(shù)的方法，該微波腔加工簡單，成本低，表面拋光精度高，能獲得較高的Q值。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]一種用于氫原子頻標用微波腔，該微波腔包括，葉片、支柱、腔體、腔蓋，所述腔體的上下端分別設(shè)置有腔蓋，所述腔體內(nèi)設(shè)置有葉片，該葉片通過所述支柱與腔體連接。
[0006]所述的腔蓋A和腔蓋B通過無磁螺釘固定在腔體上，使用無磁螺釘?shù)脑蚴遣粫捎谑褂寐葆敹氪艌觯苊庥绊憵湓榆S遷信號的幅度及整鐘的頻率穩(wěn)定度指標。
[0007]所述葉片通過螺釘與所述支柱連接。
[0008]所述支柱通過螺釘與所述腔體連接。
[0009]所述腔體的外半徑為腔體高度的10%~60%，腔體壁的厚度為腔體外半徑的1%~20%。
[0010]所述葉片為弧形葉片，該弧形葉片的高度為腔體高度的30%~90%，弧形葉片的外半徑為腔體外半徑的20%~80%，弧形葉片的厚度為葉片外半徑的1%~30%。
[0011]所述支柱與葉片相交處對中心的張角為1°~179°，所述弧形葉片對圓心的張角為1°~179°，所述支柱的高度為腔體高度的1%~50%。
[0012]一種降低原子頻標微波腔溫度系數(shù)的方法，該方法包括如下步驟:tools] ?)測量或計算微波腔的幾何參數(shù)對微波腔頻率的變化率.[0014]2)將微波腔按照幾何參數(shù)分為若干區(qū)域，根據(jù)不同的區(qū)域的不同材料膨脹系數(shù)，測量或計算出溫度變化前后幾何參數(shù)的隨溫升變化關(guān)系，得到幾何參數(shù)對溫升的變化率BXJdT %
[0015]3)將步驟I和2得到的變化率df/dX,和dX」dT帶入方程
【權(quán)利要求】
1.一種用于氫原子頻標用微波腔，該微波腔包括，葉片、支柱、腔體、腔蓋，其特征在于，所述腔體的上下端分別設(shè)置有腔蓋，所述腔體內(nèi)設(shè)置有葉片，該葉片通過所述支柱與腔體連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫原子頻標用微波腔，其特征在于，所述的腔蓋A和腔蓋B通過無磁螺釘固定在腔體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫原子頻標用微波腔，其特征在于，所述葉片通過螺釘與所述支柱連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫原子頻標用微波腔，其特征在于，所述支柱通過螺釘與所述腔體連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫原子頻標用微波腔，其特征在于，所述腔體的外半徑為腔體高度的10%~60%，腔體壁的厚度為腔體外半徑的1%~20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫原子頻標用微波腔，其特征在于，所述葉片為弧形葉片，該弧形葉片的高度為腔體高度的30%~90%，弧形葉片的外半徑為腔體外半徑的20%~80%，弧形葉片的厚度為葉片外半徑的1%~30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫原子頻標用微波腔，其特征在于，所述支柱與葉片相交處對中心的張角為1°~179°，所述弧形葉片對圓心的張角為1°~179°，所述支柱的高度為腔體高度的1%~50%。
8.一種降低原子頻標微波腔溫度系數(shù)的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)測量或計算微波腔的幾何參數(shù)對微波腔頻率的變化率.2)將微波腔按照幾何參數(shù)分為若干區(qū)域，根據(jù)不同的區(qū)域的不同材料膨脹系數(shù)，測`量或計算出溫度變化前后幾何參數(shù)的隨溫升變化關(guān)系，得到幾何參數(shù)對溫升的變化率dxjdT ； 3)將步驟I和2得到的變化率dfjdx'和QXJdT帶入方程df df dX, df QX1df dXN?=……+arA, dr根據(jù)金屬材料膨脹系數(shù)表，找出適當?shù)慕饘俨牧吓蛎浵禂?shù)使方程的值最小，以降低原子頻標微波腔溫度系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種降低原子頻標微波腔溫度系數(shù)的方法，其特征在于，所述的幾何參數(shù)包括微波腔的內(nèi)半徑、葉片的內(nèi)外半徑、葉片和支柱對中心的張角、微波腔高度、葉片和支柱高度。
【文檔編號】H01J23/20GK103515171SQ201210201651
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】陳海波, 李晶, 劉亞軒, 劉朝華, 高連山 申請人:北京無線電計量測試研究所