CN105896016A - 一种小型磁选态铯原子频标用微波腔 - Google Patents

一种小型磁选态铯原子频标用微波腔 Download PDF

Info

Publication number
CN105896016A
CN105896016A CN201610227160.9A CN201610227160A CN105896016A CN 105896016 A CN105896016 A CN 105896016A CN 201610227160 A CN201610227160 A CN 201610227160A CN 105896016 A CN105896016 A CN 105896016A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microwave cavity
microwave
vertical component
lag
frequency standard
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610227160.9A
Other languages
English (en)
Inventor
黄良育
崔敬忠
陈江
王骥
成大鹏
马寅光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Original Assignee
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology filed Critical Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority to CN201610227160.9A priority Critical patent/CN105896016A/zh
Publication of CN105896016A publication Critical patent/CN105896016A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/06—Cavity resonators

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

一种小型磁选态铯原子频标用微波腔
技术领域
本发明涉及微波腔领域，尤其涉及一种小型磁选态铯原子频标用微波腔。
背景技术
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 ofRod 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。
发明内容
有鉴于此，本发明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。
本发明具有如下有益效果：
本发明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为本发明的本体结构上加工U形槽的结构示意图。
图2为本发明的微波腔的示意图。
图3为本发明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，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明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的深度为11.43mm，即微波腔宽边a＝22.86mm。U形槽2宽度为10.16mm，即窄边b＝10.16mm。
实际工程应用中，需将一路电磁能量分为两路或更多路，需要用到分支元件。常用的矩形波导分支有E面分支、H面分支、双T接头等。波导E面分支的分支波导位于主波导的宽壁上，且分支平面与主波导内的主模TE10波的电场平面平行。这种分支的形状像T形，称为E-T接头，如图2所示，具有如下特性：当主模TE10波从分支臂“3”输入时，主波导“1”和“2”两臂中有等幅反相信号输出。小型磁选态铯原子频标中选用E-T接头，分支臂位于电场的波节位置，信号从分支臂中输入。
为了使铯原子能够进入微波谐振腔，与微波发生作用使铯原子发生跃迁，必须在微波腔的两个垂直部22端部位置开入口3和出口4，铯原子束经过磁铁偏转经入口3进入微波腔；出口4位于另外一侧的垂直部22端部，铯原子与微波发生相互作用后经出口4从微波腔出来。入口3和出口4将对微波腔中的电磁场产生扰动，造成电磁场的一小部分功率从开口中泄露出去。为了改善由入口3和出口4引起磁场分布的不均匀性，降低微波功率泄露，本发明将入口3和出口4形成一定长度的空腔，由此形成截止波导。如图3和4所示，为保证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，入口3和出口4在垂直部22两侧延伸的长度为2mm。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

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。
2.如权利要求1所述的一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，其特征在于，本体结构(1)上位于U形槽(2)内侧的位置挖空。
3.如权利要求1所述的一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，其特征在于，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。
4.如权利要求1所述的一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，其特征在于，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。
5.如权利要求4所述的一种小型磁选态铯原子频标用微波腔，其特征在于，所述入口(3)和出口(4)在垂直部(22)两侧延伸的长度为2mm。
CN201610227160.9A 2016-04-13 2016-04-13 一种小型磁选态铯原子频标用微波腔 Pending CN105896016A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610227160.9A CN105896016A (zh) 2016-04-13 2016-04-13 一种小型磁选态铯原子频标用微波腔

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610227160.9A CN105896016A (zh) 2016-04-13 2016-04-13 一种小型磁选态铯原子频标用微波腔

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105896016A true CN105896016A (zh) 2016-08-24

Family

ID=57013068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610227160.9A Pending CN105896016A (zh) 2016-04-13 2016-04-13 一种小型磁选态铯原子频标用微波腔

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105896016A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107065502A (zh) * 2016-12-12 2017-08-18 兰州空间技术物理研究所 一种延长磁选态铯束管寿命的方法和磁选态铯原子钟

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3387130A (en) * 1964-09-28 1968-06-04 Hewlett Packard Co Atomic beam tube having a source and an annular collimator
US3397310A (en) * 1962-10-29 1968-08-13 Hewlett Packard Co Atomic beam apparatus
US3967115A (en) * 1974-10-09 1976-06-29 Frequency & Time Systems, Inc. Atomic beam tube
CH682115A5 (en) * 1989-03-13 1993-07-15 Oscilloquartz Sa Ramsey electromagnetic cavity oscillator waveguide
CN105269111A (zh) * 2015-10-22 2016-01-27 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种微波信号传输端子精密定位焊接夹具及焊接方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3397310A (en) * 1962-10-29 1968-08-13 Hewlett Packard Co Atomic beam apparatus
US3387130A (en) * 1964-09-28 1968-06-04 Hewlett Packard Co Atomic beam tube having a source and an annular collimator
US3967115A (en) * 1974-10-09 1976-06-29 Frequency & Time Systems, Inc. Atomic beam tube
CH682115A5 (en) * 1989-03-13 1993-07-15 Oscilloquartz Sa Ramsey electromagnetic cavity oscillator waveguide
CN105269111A (zh) * 2015-10-22 2016-01-27 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种微波信号传输端子精密定位焊接夹具及焊接方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107065502A (zh) * 2016-12-12 2017-08-18 兰州空间技术物理研究所 一种延长磁选态铯束管寿命的方法和磁选态铯原子钟
CN107065502B (zh) * 2016-12-12 2019-08-23 兰州空间技术物理研究所 一种延长磁选态铯束管寿命的方法和磁选态铯原子钟

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Paoloni et al. Millimeter wave traveling wave tubes for the 21st century
Burt et al. Dispersion of helically corrugated waveguides: Analytical, numerical, and experimental study
Antonsen et al. Transmission line model for folded waveguide circuits
CN109407499B (zh) 一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔
Nusinovich et al. Self-excitation of a tapered gyrotron oscillator
Blednykh et al. NSLS-II longitudinal impedance budget
CN105896016A (zh) 一种小型磁选态铯原子频标用微波腔
Nusinovich et al. Excitation of “monotron” oscillations in klystrons
Zhang et al. Eigenvalue equations and numerical analysis of a coaxial cavity with misaligned inner rod
Stupakov et al. Calculation of coherent synchrotron radiation impedance using the mode expansion method
Ganguli et al. Evidence of current free double layer in high density helicon discharge
WO2001043219A1 (fr) Generateur d'ondes a polarisation circulaire
WO2015058809A1 (en) Hybrid folded rectangular waveguide filter
Kawahata et al. A two color millimeter-wave interferometer for the measurement of line integral electron density on large helical device
Papke et al. Design of an rf quadrupole for Landau damping
Calaga et al. A quarter wave design for crab crossing in the LHC
JPS5828159A (ja) 広い梯子段を有する進行波管相互作用回路
Trulsen et al. Circular waveguide mode converters at 140 GHz
Furtula et al. W-band waveguide bandpass filter with E-plane cut
US3375396A (en) Acceleration method and apparatus
JP2010010814A (ja) 帯域通過フィルタ
Trzeciak A" Wavelength Shifter" for the University of Wisconsin Electron Storage Ring
Picardi et al. Numerical studies and measurements on the side-coupled drift tube linac (SCDTL) accelerating structure
Soekmadji et al. Trapped mode phenomena in a weakly overmoded waveguiding structure of rectangular cross section
Weiland et al. Investigations of trapped higher order modes using a 36-cell test structure

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160824

RJ01 Rejection of invention patent application after publication