一种小型磁选态铯原子频标用微波腔制造技术

本发明专利技术公开了一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，由两个本体结构组合而成，加工简单，截止波导长度减小，可以有效减小微波腔壁的厚度，减小微波腔的体积和质量。同时能很好的满足小型磁选态铯原子频标对微波腔的性能要求。设计截止波导，改善由铯原子流入口和出口引起磁场分布的不均匀性，降低微波功率泄露。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波腔领域，尤其涉及一种小型磁选态铯原子频标用微波腔。
技术介绍
小型磁选态铯原子频标具有可靠性好，准确度高，长期稳定度好，基本上没有频率漂移等特点，在时频系统、导航定位和通信等方面得到了广泛应用。铯原子频标由铯束管和频标电路组成，其中铯束管用于产生原子能级跃迁信号，是整钟的核心器件，其性能决定着铯原子频标的频率稳定度。微波腔作为铯束管中的重要部件，用于储存辐射场，提供了微波辐射场与铯原子超精细能级(F＝3，mF＝0→F＝4,mF＝0)跃迁的场所，使铯原子产生低能级至高能级的跃迁。小型磁选态铯原子频标用微波腔应满足以下要求：1、谐振频率可以调谐至铯原子超精细能级跃迁频率(9192.63177MHz)；2、在相互作用区，微波腔产生电磁场的磁场方向应该与铯原子束流方向垂直，磁场应该尽可能的均匀，以减小由Ramsey牵引引起的谱线频移。在小型磁选态铯原子频标内，为了使铯原子能够进入微波腔，与微波发生作用使铯原子发生超精细能级跃迁，必须在微波腔的两臂位置开小孔，一般来说，小孔将对微波腔中的电磁场产生扰动，造成相互作用区内磁场分布不均匀[顾继慧.微波技术、北京：科学出版社。2003.301.]以及微波功率泄漏，引起频率移动[B.Bertrand,T.Gennvieve,C.Pierre,C.Emeric,Frequency shifts in cesium beamclocks induced by microwave leakage.IEEE transactions on ultrasonic’s,ferroelectricsand frequency control,1993,45:728-738]。为了减小这种频移，需在小孔处安装截止波导,其结构如文献[Huang Liang-yu,Chen jiang,Wang ji,Zhang Di-xin.Influence of
Rod Tuner Position on Resonance Frequency of Ramsey Cavity in Compact CesiumAtom Clock.2012International Conference on Microwave and Millimeter WaveTechnology(ICMMT 2012),May 5-8,2012,Shenzhen]所述。目前截止波导的长度大于10mm，造成微波腔体积、重量较大，以致于铯束管的体积和重量不能满足星载铯原子频标对体积、重量的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，可减小微波腔的体积和质量，降低微波功率泄露。一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，包括两个氧化铜材料加工的本体结构(1)；本体结构(1)的一个侧面上开有U形槽(2)，该U形槽(2)包括平直的底部(21)和2个对称的垂直部(22)；底部(21)两端与同侧的垂直部(22)之间为圆弧过渡连接，并形成E面弯曲的弯波导(23)；本体结构(1)上对应于所述底部(21)中部位置的外侧开有与U形槽(2)深度相同的微波馈入口(5)；本体结构(1)上对应于两个垂直部(22)的端部位置分别开有一个条状凹槽，两个条状凹槽分别垂直于同侧的垂直部(22)；两个本体结构(1)从开有U形槽(2)的一侧互相对接，2个U形槽(2)对接后形成U形的微波腔，两个对接面上对应位置的条状凹槽对接后形成条状通道，分别作为铯原子流的入口(3)和出口(4)，微波馈入口(5)上端连接有与U形的微波腔底部(21)垂直的接头(6)，则所述接头(6)与微波腔的底部形成E-T结构的微波波导；所述入口(3)和出口(4)均穿过各自所在垂直部(22)，分布于垂直部(22)端部的两侧，并且，入口(3)和出口(4)在垂直部(22)两侧延伸的长度满足：U形的微波腔内微波信号传播至入口(3)和出口(4)的端部时，微波信号的磁
场强度衰减为0。较佳的，本体结构(1)上位于U形槽(2)内侧的位置挖空。较佳的，两个本体结构(1)上沿U形槽(2)轮廓的外侧加工有安装孔(7)，用于两个本体结构(1)的对接安装。较佳的，所述U形槽(2)的长度为232.65mm，U形槽(2)的深度为11.43mm，宽度为10.16mm。较佳的，所述入口(3)和出口(4)在垂直部(22)两侧延伸的长度为2mm。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术微波腔由两个本体结构组合而成，加工简单，截止波导长度减小，可以有效减小微波腔壁的厚度，减小微波腔的体积和质量。同时能很好的满足小型磁选态铯原子频标对微波腔的性能要求。设计截止波导，改善由铯原子流入口和出口引起磁场分布的不均匀性，降低微波功率泄露。附图说明图1为本专利技术的本体结构上加工U形槽的结构示意图。图2为本专利技术的微波腔的示意图。图3为本专利技术的铯原子与微波相互作用区内磁场幅度分布图。图4为铯原子与微波相互作用区内磁场方向分布图。其中，1-本体结构，2-U形槽，21-底部，22-垂直部，23-弯波导，3-入口，4-出口，5-微波馈入口，6-接头，7-安装孔。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术的一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，其包括两个
氧化铜材料加工的本体结构1；本体结构1的一个侧面上开有U形槽2，该U形槽2包括平直的底部21和2个对称的垂直部22；底部21两端与同侧的垂直部22之间为圆弧过渡连接，并形成E面弯曲的弯波导23；本体结构1上对应于所述底部21中部位置的外侧开有与U形槽2深度相同的微波馈入口5；本体结构1上对应于两个垂直部22的端部位置分别开有一个条状凹槽，两个条状凹槽均垂直于所述垂直部22。两个本体结构1从开有U形槽2的一侧互相对接，2个U形槽2对接后形成U形的微波腔，两个对接面上对应位置的条状凹槽对接后形成条状通道，分别作为铯气体的入口3和出口4，铯原子流从入口3进入微波腔，与微波发生相互作用后从出口4出来，微波馈入口5上端连接有与U形的微波腔底部垂直的接头6，则所述接头6与微波腔的底部形成E-T结构的微波波导。所述入口3和出口均穿过各自所在垂直部22，分布于垂直部22端部的两侧，并且，入口3和出口4在垂直部22两侧延伸的长度满足：U形的微波腔内微波信号传播至入口3或出口的端部时，微波信号的磁场强度衰减为0。使用时，将微波信号通过微波馈入口5输入9192兆赫兹的微波信号，微波谐振腔内维持电磁场不断地交换能量，电磁波以驻波形式出现在U形腔内，在相互作用区内微波与铯原子相互作用，使铯原子基态超精细结构能级F＝3，mF＝0→F＝4,mF＝0发生跃迁。两个本体结构1上沿U形槽2轮廓的外侧加工有安装孔7，用于两个本体结构1的对接安装。铯原子基态跃迁频率为9192631770Hz，对应的波长为32.61mm，对应的波导波长λg为46.53mm。小型磁选态铯原子频标中，U形槽2的长度用L表示，其长度为半波导波长λg/2的n倍。如果n为偶数，则在其中心可用一电流发生器激励，如果n为奇数，则可用一电压发生器激励。在小型铯束管中，要求表示
磁场的电流在终端同相位，则n必须取偶数，n＝10，因此微波腔的长度为232.65mm。U形槽2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，其特征在于，包括两个氧化铜材料加工的本体结构(1)；本体结构(1)的一个侧面上开有U形槽(2)，该U形槽(2)包括平直的底部(21)和2个对称的垂直部(22)；底部(21)两端与同侧的垂直部(22)之间为圆弧过渡连接，并形成E面弯曲的弯波导(23)；本体结构(1)上对应于所述底部(21)中部位置的外侧开有与U形槽(2)深度相同的微波馈入口(5)；本体结构(1)上对应于两个垂直部(22)的端部位置分别开有一个条状凹槽，两个条状凹槽分别垂直于同侧的垂直部(22)；两个本体结构(1)从开有U形槽(2)的一侧互相对接，2个U形槽(2)对接后形成U形的微波腔，两个对接面上对应位置的条状凹槽对接后形成条状通道，分别作为铯原子流的入口(3)和出口(4)，微波馈入口(5)上端连接有与U形的微波腔底部(21)垂直的接头(6)，则所述接头(6)与微波腔的底部形成E‑T结构的微波波导；所述入口(3)和出口(4)均穿过各自所在垂直部(22)，分布于垂直部(22)端部的两侧，并且，入口(3)和出口(4)在垂直部(22)两侧延伸的长度满足：U形的微波腔内微波信号传播至入口(3)和出口(4)的端部时，微波信号的磁场强度衰减为0。...

【技术特征摘要】
1.一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，其特征在于，包括两个氧化铜材料加工的本体结构(1)；本体结构(1)的一个侧面上开有U形槽(2)，该U形槽(2)包括平直的底部(21)和2个对称的垂直部(22)；底部(21)两端与同侧的垂直部(22)之间为圆弧过渡连接，并形成E面弯曲的弯波导(23)；本体结构(1)上对应于所述底部(21)中部位置的外侧开有与U形槽(2)深度相同的微波馈入口(5)；本体结构(1)上对应于两个垂直部(22)的端部位置分别开有一个条状凹槽，两个条状凹槽分别垂直于同侧的垂直部(22)；两个本体结构(1)从开有U形槽(2)的一侧互相对接，2个U形槽(2)对接后形成U形的微波腔，两个对接面上对应位置的条状凹槽对接后形成条状通道，分别作为铯原子流的入口(3)和出口(4)，微波馈入口(5)上端连接有与U形的微波腔底部(21)垂直的接头(6)，则所述接头(6)与微波腔的底部形成E-T结构的微波波导；所述入...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄良育，崔敬忠，陈江，王骥，成大鹏，马寅光，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62