[实用新型]一种用于被动型铷原子频标的微波腔

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微波腔，特别是一种用于被动型铷原子频标的微波腔。

背景技术

铷原子频标具有体积小、重量轻和成本低的优点，被广泛的应用与卫星导航、物理测量、航空及通信等领域。铷原子频标分为物理部分和电路部分，物理部分为整机的核心器件，其性能决定着铷原子频标的频率稳定度。微波腔作为物理部分的重要部件，提供了微波辐射场与铷原子精细能级跃迁的场所，使铷原子产生高能级至低能级的跃迁。

目前铷原子频标使用的运行模式为TE₀₁₁模或TE₁₁₁模的圆柱形微波腔、开槽型的磁控管及楔形支柱磁控管微波腔。普通圆柱形TE₀₁₁模微波腔Q值较大，轴向磁场分布较为均匀，但体积较大。TE₁₁₁模微波腔体积较小，但Q值也比较小，轴向的磁场分布不如TE₀₁₁模微波腔均匀。开槽型磁控管腔具有较小的体积和Q值但力学稳定性不如楔形支柱磁控管微波腔好，但后者的Q值要低于前者。矩形微波腔虽然也能用于铷原子频标，但由于其矩形的截面对C场及磁屏蔽系统的性能提出了较高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种被动型铷原子频标用微波腔，解决TE₀₁₁模微波腔体积过大的问题、TE₁₁₁模微波腔Q值小和磁场分布不均匀的问题。

一种铷原子频标用微波腔，包括：腔盖A、腔盖B、调节活塞，还包括：腔体C。其中，腔体C包括：弧形叶片、支柱、腔壁、耦合环安装孔。

腔体C为上下贯通的镂空圆柱形，腔盖A、腔盖B分别和腔体C螺钉固定。弧形叶片、支柱和腔壁为一体加工成形，支柱两边为凹陷半圆形，四个支柱均匀分布在腔体C上，支柱置于腔壁中间，支柱置于弧形叶片中心。腔盖A中心有螺纹孔，腔盖A与调节活塞螺纹固定。在调节活塞上开有通孔，在腔盖B上开有通孔。腔体C的外半径为腔体C高度的20%～60%，腔壁的厚度为腔体C外半径的10%～40%。弧形叶片的高度为腔体C高度的30%～90%，弧形叶片的外半径为腔体C外半径的20%～80%，弧形叶片厚度为弧形叶片外半径的2%～20%。支柱对腔体C中心的张角为8^o～70^o，弧形叶片对圆心的张角为30^o～89^o，支柱的高度为腔体C高度的10%～80%，支柱的高度小于弧形叶片的高度。腔盖A、腔盖B、腔体C和调节活塞的外表面均镀银或镀金。

使用时，通过对腔盖A上的调节活塞进行旋转可以对微波腔的频率进行初步调节，精细调节通过腔体C上缠绕的加热丝或加热片利用微波腔的温度系数进行调节，铷灯通过调节活塞的通孔对被动铷泡进行泵浦，透射光通过腔盖B的通孔被光探测器采集。微波信号通过耦合环或耦合探针馈入微波腔，腔内辐射场呈驻波形式振荡，形成具有适合铷原子频标频率和模式分布的电磁场，该微波电磁场激励铷原子频标中的高能级原子向低能级跃迁，使光探测器探测到的光信号强度减弱，呈现凹陷的曲线。通过光电探测器将光信号转换为电信号，电路部分将晶体振荡器锁定在该电信号的频率，形成稳定的输出。

一种用于被动型铷原子频标的微波腔具有体积小、Q值高、轴向磁场分布均匀、力学稳定性强的优点。由于微波腔外部为圆形，其内部磁场的均匀性得到了提高，并易于和磁屏蔽层配合，提高整机的磁屏蔽系数。而凹形支柱则使微波腔的Q值得到了较大的提升。装备该微波腔的铷原子频标整机性能能够得到较大提高。其能性能比楔形支柱的磁控管微波腔要好，比开槽型磁控管微波腔的力学稳定性要高。

附图说明

图1  一种用于被动型铷原子频标的微波腔轴向剖面示意图；

图2  一种用于被动型铷原子频标的微波腔腔体C的横截面示意图。

1.腔壁     2.腔盖A     3.腔盖B     4.调节活塞     5.支柱     6.弧形叶片

7.耦合环安装孔     8.腔体C。

具体实施方式

一种铷原子频标用微波腔，包括：腔盖A2、腔盖B3、调节活塞4，还包括：腔体C8。其中，腔体C8包括：弧形叶片6、支柱5、腔壁1、耦合环安装孔7。