CN106104396B - 用于原子钟的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于原子钟的装置（1），该装置包括：‑印刷电路板（20），所述印刷电路板（20）包括传导性零件（10）以便调控和加热原子钟的气室中的气体，所述零件（10）包括间隙（11），并且设置成用于容纳所述气室（2），并且以便在至少一个位置直接接触所述气室（2），‑用于生成热并且连接到所述零件（10）的加热源（40、60），‑微波传导性器件（12），其设置成连接到所述零件（10）以便向所述零件（10）发送用于调控所述气室（2）中的气体的原子的微波信号。这种装置执行一种以上的功能（例如加热和调控）并且简化了原子钟的制造。
Description
技术领域
本发明涉及用于原子钟的装置，和包括这种装置的原子钟。本发明也涉及用于制造这种用于原子钟的装置的方法，和用于制造包括这种装置的原子钟的方法。
背景技术
通信、定位、航空航天、国防和类似的应用需要具有高稳定性和准确性的频率参照。原子钟是可获得的最稳定且最准确的频率参照，因为它们使用碱金属原子（例如铯或铷原子）的原子跃迁来校正本机振荡器的输出频率，以便改进其稳定性。
根据量子电子学理论，事实上原子的电子属于能量状态，每个状态对应于一个特定的离散的能级。根据量子电子学法则，这些状态的能量之间的差异限定了特定频率。这些频率对于每个原子而言是实质上相同的：这就是为什么原子是稳定且准确的频率参照的原因。
使用碱金属原子，因为它们的基态包括两个间隔非常紧密的能级。这种分裂或跃迁间距（被称为"超精细结构"）生成真正稳定且准确的频率参照。
碱金属原子作为蒸汽容纳在例如由玻璃或由硅制成的气室（cell）或包装中。例如作为竖直腔表面发射激光器（VCSEL）的激光源的光源被引导至气室。然后使用与光束一致的例如光电检测器的光传感器来测量光通过容纳原子的气室的透过性。围绕气室的线圈在气室中生成静态均匀磁场（C-场）。
然后例如铯原子的碱金属原子能够由在气室中传播的微波激发或调控（interrogate）。在本发明的背景中，表述"微波"指的是具有在1 GHz和30 GHz之间、优选地在3 GHz和10 GHz之间的频率的波。
微波由锁相于本机振荡器（例如石英振荡器）从而产生通常是5 MHz或10 MHz的频率的频率合成器产生。
当选择微波频率使得其对应于原子的基态超精细分裂的频率时，发生原子状态的变化，这能够由光传感器检测到。该信号用于调谐本机振荡器频率，以便保持其与原子共振。
从利用锁定检测的共振能够生成误差信号。于是本机振荡器能够锁定于原子共振并且提供原子钟的频率输出。
在原子钟中，气室被加热到大约80℃：事实上在该温度下，与液相平衡的蒸汽相原子允许相对高的原子密度，并且于是可能观察到原子共振。
在公知的原子钟中，加热装置是添加到构成原子钟的其它零件的补充零件。因此，原子钟是笨重的，并且其制造能够是复杂的。
US5192921（Westinghouse）在其图2中描述了一种围绕原子钟的气室的双股螺旋缠绕，其用于加热气室和调控其原子两者。然而，所描述的原子钟是难以制造的，因为必须保持气室并使螺旋围绕气室缠绕。而且，螺旋必须是双股的，以便避免在气室中生成能够使得气室中的磁场不稳定的纵向磁场。此外，气室的加热是不均匀的，因为气室存在未由双股螺旋围绕的区域。
US5192921（Westinghouse）也在其图3中描述了围绕气室使用LC间隙励磁器。这种众所周知的开口谐振环能够模拟为LC电路，其中回路是电感器并且间隙是电容器。于是LC间隙励磁器的形状和尺寸适合于使得其感应系数和电容构成对应于气室的共振频率的共振电路，以便开发用于增大微波信号的幅值的共振的Q因子。然后预先确定共振器的尺寸。此外，需要单独的加热装置来加热气室。
因此，本发明的目标在于消除或缓解上述缺点中的一个或多个。
本发明的目标在于提供一种用于原子钟的装置，其执行一种以上的功能（例如加热和调控）并且能够简化原子钟的制造。
发明内容
根据本发明，这些目标借助于用于原子钟的装置来实现，所述装置包括：
-印刷电路板，所述印刷电路板包括用于在原子钟的气室中调控和加热气体的传导性零件，所述零件包括间隙，并且设置成容纳所述气室且在至少一个位置直接接触所述气室，
-用于生成热的加热源，所述加热源设置成连接到所述气室，
-微波传导性器件，其设置成连接到所述零件以便向所述零件发送用于在所述气室中调控所述气体的原子的微波信号。
在这样的设置中，由这种微波信号形成的磁场（H_场）的取向具有与由线圈形成的C_场的取向相同的方向。
在本发明的背景中，表述"印刷电路板"（PCB）指的是其上放置有电子部件的非传导性基体。其被设置成例如传导性迹线、垫片等的传导性器件能够例如通过蚀刻形成在其上。这些传导性器件连接放置在PCB上的电子部件。
在一种优选实施例中，加热源是放置于印刷电路板上的电子部件，例如晶体管或者电阻器。在第一变型中，这种加热源通过PCB上的传导性迹线连接到装置的零件。因为零件是传导性的，其围绕气室并且在至少一个位置直接接触气室，所以其加热气室。于是根据本发明的零件作用为加热装置。在优选实施例中，零件的厚度大于2 mm：在这样的情况下，零件利用其质量来有效且均匀地加热气室。在这样的情况下，零件的厚度不必需由共振频率确定，而是由其加热功能确定。于是通过使用根据本发明的装置的零件加热气室比通过公知的双股螺旋生成的加热更加均匀。
在第二变型中，加热源焊接在围绕气室的传导性迹线上，如将讨论的那样。
根据另一实施例，加热源是在零件的外部表面上的带和/或线。这种带或线设置成使得在带或线中流通的电流不在气室中感生纵向磁场。在这种实施例中，加热源在零件上。
在另一实施例中，加热源包括在零件上的双股绕组，该双股绕组包括第一线和第二线，并且设置成同时地在第一线中沿第一方向传导第一电流和在第二线中沿与第一方向相对的第二方向传导具有与第一电流的值相同的第二电流，以便避免在气室中感生磁场。
在一种优选实施例中，印刷电路板包括零件传导性迹线，其设置成围绕零件并且连接到零件，以便将零件与印刷电路板上的其它传导性迹线（例如加热传导性迹线等等）连接。在优选实施例中，零件传导性迹线的形状对应于零件的截面。在另一优选实施例中，零件传导性迹线的尺寸大于零件截面的尺寸（例如，如果零件是具有环形截面和5 mm的直径的中空圆筒，则零件传导性迹线将是具有大于5 mm（例如6 mm）的直径的环）。然后将零件放置于印刷电路板的零件传导性迹线上。
在另一实施例中，比如晶体管、电阻器等的电子部件被直接焊接在零件传导性迹线上。
在变型中，根据本发明的装置的印刷电路板包括：
-用于感测零件的温度的温度传感器，和
-用于将温度传感器连接到零件的传感器传导性迹线。
在一种优选实施例中，温度传感器是放置于PCB上并且通过PCB上的传导性迹线连接到零件的作为热敏电阻的电子部件，例如负温度系数（NTC）热敏电阻或者正温度系数（PTC）热敏电阻。在优选实施例中，传感器传导性迹线经由零件传导性迹线连接到零件。
在优选实施例中，根据本发明的装置的零件是中空圆筒，例如环形或者椭圆圆筒。在另一实施例中，是中空棱柱，例如平行六面体。
在一种实施例中，零件的高度小于10 mm，例如小于6 mm，例如2 mm。在另一种实施例中，零件的宽度或直径小于10 mm，例如小于6 mm，例如2 mm。
在一种实施例中，零件设置成使得其内部表面具有设置成用于容纳气室的形状。在一种实施例中，气室具有球形形状：在这样的情况下，由零件的内部表面限定的空间或者腔也将具有球形形状。
在另一实施例中，PCB的截面是方形（n×n）或者矩形（n×m），其中n和/或m包括在2mm和10 mm之间。
将理解的是，根据本发明的装置的零件不是LC间隙励磁器，即，其不需要在共振下工作。事实上，发送到零件的微波信号的频率不必须等于零件的共振频率，共振频率限定为1/（LC），其中C是由零件的间隙给定的电容，并且L是零件的感应系数。换言之，零件的形状和大小不必须由期望的共振频率预先确定，使得零件的制造商能够具有更大的自由度来指定零件。
根据本发明的装置不仅加热气室，而且还在气室中调控气体的原子。事实上，微波传导性器件将零件连接到微波信号发生器，以便向零件发送纵向微波磁场信号，从而在气室中调控气体的原子。在一种实施例中，微波传导性器件包括一个或多个键合线（bondingwire）。在另一实施例中，微波传导性器件包括在根据本发明的装置的PCB上的一个或多个传导性迹线。
根据本发明的装置不仅执行加热和调控气室中的原子两种功能，而且还易于制造。制造中包括下列步骤：
-将零件放置在印刷电路板上，
-将气室放置在零件中使得零件在至少一个位置中直接接触气室。
然后能够固定气室，例如胶粘在印刷电路板上。零件也能够被固定，例如通过胶粘或软钎焊固定在印刷电路板上。
在优选实施例中，对应于容纳气室的装置的零件的腔的印刷电路板的部分包括孔。事实上，因为气室大体由透明材料制成，即由适于允许光穿透其的材料制成，所以光能够朝向光检测器穿透气室并且然后穿过PCB的孔。在另一实施例中，对应于用于容纳气室的装置的零件的腔的印刷电路板的部分不包含任何孔并且其由透明材料制成。
然后能够容易地将适用于装置的工作的所有元件和电子部件放置在印刷电路板上，例如通过拾取-放置技术。
应该理解的是，表述“放置在PCB上”不必须意味着“在包括根据本发明的零件的PCB表面上”。事实上，如公知的那样，电子部件也能够放置在与包含该零件的表面相对的表面上，并且经由PCB的传导性孔（过孔）连接到零件。
这样的电子部件能够包括放置在印刷电路板上且作用为加热源的晶体管。印刷电路板上的传导性迹线能够将零件与晶体管连接。
这样的电子部件能够包括放置在印刷电路板上且作用为加热源的电阻器。以相同的方式，印刷电路板上的传导性迹线能够将零件与电阻器连接。
这样的电子部件能够包括用于感测零件的温度的温度传感器，其放置在印刷电路板上并且由印刷电路板的其它传导性迹线连接到零件。
这样的电子部件能够包括专用集成电路集成加热测量和控制模块，其放置在印刷电路板上并且由印刷电路板的其它传导性迹线连接到零件。
本发明也涉及原子钟，其包括：
-根据本发明的装置，
-在装置的零件中的气室，
-第一印刷电路板，其包括用于将光发送至气室中的光源，例如VCSEL，
-第二印刷电路板，其包括用于在气室中生成C-场的线圈的至少一部分，
-第三印刷电路板，其包括用于感测由光源生成的并且穿过气室的光的光传感器，
-支撑件。
有利地，支撑件是传导性的，例如金属，并且其设置成使得根据本发明的装置的PCB、第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板在该支撑件上对齐。
在本发明的背景中，表述“对齐”指的是根据本发明的装置的PCB、第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板设置在直线中。
在一种优选实施例中，该直线是水平的，即，实质上平行于支撑原子钟的平面表面：在这样的情况下，支撑件针对每个PCB包含一个或多个传导性引脚（pin）以便与每个PCB形成电连接和机械连接。PCB然后被竖直地放置在支撑件上，并且由引脚与其电气地和机械地连接。两个连续的PCB之间的距离包括在1 mm和5 mm之间。
在另一实施例中，该直线是竖直的，即实质上垂直于支撑原子钟的平面表面，使得PCB堆叠在支撑件上。
在优选实施例中，原子钟的所有PCB均具有相同的形状和大小。其截面能够是方形（n×n）或者矩形（n×m），其中n和/或m包括在2 mm和10 mm之间。
在另一优选实施例中，原子钟进一步包括与支撑件协作并且密封地封闭支撑件上的PCB的帽。
在一种优选实施例中，支撑件的截面是矩形p×q，其中p小于3 cm并且q小于2 cm。在一种优选实施例中，支撑件的截面是矩形2 cm×1 cm。
根据本发明的原子钟的光源也需要被加热并且维持于特定温度。根据本发明的独立方面，包括用于向气室中发送光的光源（例如VCSEL）的第一印刷电路板由如晶体管的传导性源加热，该传导性源放置在该第一PCB上并且经由传导性迹线或通过邦定打线（bonding）连接到激光器。第一PCB能够包括传导性迹线，其中激光器放置在其上。传导性迹线能够具有对应于激光器的截面的形状。
本发明也涉及制造原子钟的方法，包括：
-将根据本发明的装置放置在支撑件上，
-将第一印刷电路板放置在支撑件上，
-将第二印刷电路板放置在支撑件上，
-将第三印刷电路板放置在支撑件上，
装置的PCB、第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板在该支撑件上对齐。
附图说明
在通过示例的方式给出并且由附图图示的实施例的描述的辅助下将更好地理解本发明，附图中：
图1示出根据本发明的装置的实施例的预期视图。
图2示出图1的装置的俯视图。
图3示出根据本发明的装置的另一实施例的预期视图。
图4示出根据本发明的原子钟的实施例透视图。
图5示出根据本发明的原子钟的另一实施例的俯视图。
图6示出根据本发明的原子钟的另一实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的装置1的实施例的预期视图。其包括印刷电路板（PCB）20，例如由铜、铝、金属合金等制成的传导性零件10放置在该印刷电路板20上。在该实施例中，传导性零件10是具有方形截面的中空平行六面体。其包括间隙11，这对于避免短路而言是必须的。其形状设计成使得其限定内部空间或者腔18，该内部空间或腔18设置成容纳气室（未表现出）并且在至少一个位置处直接接触气室。在优选实施例中，零件10的所有内部表面14均接触气室。
必须理解的是，附图中图示的不同元件的尺寸和/或比例是近似的，并且其不必须对应于这些元件的真实尺寸和/或比例。例如，PCB 20的表面能够小于图1至3中表现的表面。在一种优选实施例中，零件10的直径或宽度是方形PCB 20的侧边的长度的大约一半。
有利地，传导性零件10允许调控和加热气室中的气体两种功能。
实际上，根据本发明的装置包括用于生成热、并且连接到零件的加热源60。在图示的实施例中，加热源是放置在PCB 20上的晶体管60，其由PCB 60上的传导性迹线66供电并且连接到零件10。
如图2中所示，零件10放置在PCB的零件传导性迹线30上，该零件传导性迹线30具有对应于零件10的截面的截面，在这种示例中是方形。晶体管60直接焊接在该零件传导性迹线30上。之后，当晶体管被供电时，生成的热（几mW）经由零件传导性迹线30和传导性零件10传递到零件10中的气室。
实际上，因为零件10是传导性的，并且围绕气室且在至少一个位置中直接接触气室，所以其加热气室。于是根据本发明的零件10作用为加热装置。
在优选实施例中，图1中可见的零件的厚度e大于1 mm：在这样的情况下，零件10利用其质量以便有效且均匀地加热气室。换言之，零件的厚度不必须由共振频率确定，而是由其加热功能确定。因此通过使用根据本发明的装置的零件10加热气室比通过公知的双股螺旋生成的加热更加均匀。
在另一（未示出）变型中，晶体管60未直接焊接在传导性迹线30上，而是经由专用传导性迹线连接到零件10，具体地连接到其传导性迹线30。
应该理解的是，晶体管60能够替换成能够在被供电时生成热并且设置成放置在PCB上的任意其它电子部件，例如电阻器。
在图1和图2的变型中，根据本发明的装置的印刷电路板20包括：
-用于感测零件10的温度的温度传感器50，和
-用于将温度传感器50连接到零件10的至少一个传感器传导性迹线52。
温度传感器50由PCB 20上的传导性迹线56供电。
在变型中，温度传感器50能够直接焊接在零件传导性迹线30上，如用于加热源60。
在图示实施例中，温度传感器50是放置在PCB 20上的负温度系数（NTC）热敏电阻。也可以使用正温度系数（PTC）热敏电阻。
图1和图2中的键合线12是微波传导性器件12，其设置成将零件10连接到微波源（未示出），以便向零件10发送用于在气室中调控气体的原子的微波信号。在图示实施例中，微波传导性器件12连接到引脚102，该引脚102连接到微波源，如将讨论的那样。
将理解的是，零件10不必须是LC间隙励磁器，即，其不需要在共振下工作。事实上，经由微波传导性器件12发送到零件10的微波信号的频率不必须等于零件10的共振频率，共振频率限定为1/（LC），其中C是由零件的间隙给定的电容，并且L是零件的感应系数。换言之，零件10的形状和大小不必须由期望的共振频率预先确定，使得零件的制造商能够具有更大的自由度来指定零件10。
在图1和图2的实施例中，零件10设置成使得其内部表面14具有设置成用于容纳气室的形状。换言之，由零件10的内部表面14限定的空间或腔18对应于气室的形状。
图3示出根据本发明的装置1的另一实施例的预期视图。在这样的情况下，传导性零件10是具有直径d的环形截面的中空圆筒。此外，在这种实施例中，加热源是在零件10的外部表面16上的带和/或线40。该带或线40设置成使得在带或线中流通的电流在气室中感生为零（null）的总磁场。
在另一实施例（未示出）中，加热源包括在零件上的双股绕组，该双股绕组设置成避免在气室中感生磁场。具体地，双股绕组包括第一线和第二线，并且设置成同时地在第一线中沿第一方向传导第一电流和在第二线中沿与第一方向相对的第二方向传导与第一电流的值相同的第二电流。具有相同值但方向相对的第一电流和第二电流随温度而变化。
在另一实施例（未示出）中，双股绕组的第一线或第二线中的一者设置成也传导第三电流，其具有小于第一电流和第二电流的值，该第三电流用于在气室中生成C-场。通过电子稳定该第三电流，在由于温度变化导致加热电流变化的情况下可能获得稳定磁场。
在优选实施例中，根据本发明的装置的零件是中空圆筒，例如环形或者椭圆圆筒。在另一实施例中是中空棱柱，例如平行六面体。
在图3中可见的零件10的高度h小于10 mm，例如小于6 mm，例如2 mm。在另一种实施例中，零件10的宽度或直径d小于10 mm，例如小于6 mm，例如2 mm。
在另一实施例中，PCB的截面是方形（n×n）或者矩形（n×m），其中n和/或m包括在5mm和10 mm之间。
有利地，根据本发明的装置1易于制造。其制造的步骤包括：
-将零件10放置在印刷电路板20上，
-将气室放置在零件中，即放置在其空间或腔18中，使得零件10在至少一个位置直接接触气室。
将零件10放置在印刷电路板20上能够手动地（例如由手）或者自动地（例如由拾取和放置）执行。
气室能够被固定，例如胶粘在印刷电路板20上。零件10也能够被固定，例如通过胶粘固定在印刷电路板20上。
如晶体管或电阻器60、热敏电阻50等的电子部件能够容易地放置在印刷电路板20上，例如通过拾取-放置技术。
在优选实施例中，零件10与其它电子部件（例如，晶体管60和/或温度传感器50）一起例如通过拾取和放置放置在PCB 20上。在该放置之后，加热装置1以便将零件10和电子部件焊接在PCB 20上。在该加热之后，将气室2放置在零件10上且然后例如通过胶粘将其固定到零件10和/或固定到PCB 20。
图4示出根据本发明的原子钟的实施例的透视图。其包括：
-根据本发明的装置（仅由其PCB 20示意性地表示），
-第一印刷电路板24，其包括用于将光发送到气室内的光源（未示出），例如VCSEL，
-第二印刷电路板22，其包括用于在气室中生成C-场的线圈（未示出）的至少一部分，
-第三印刷电路板26，其包括用于感测由光源生成且穿过气室的光的光传感器（未示出），
-支撑件100。
有利地，支撑件100是传导性的，例如是金属的，并且设置成使得PCB 20、22、24和26在该支撑件100上对齐，即它们设置在一条直线中。
在另一实施例中，原子钟包括在支撑件100上的另一PCB（未示出），该PCB放置在包括光源的第一印刷电路板24和包括光衰减器的PCB 20之间，以便使来自光源的光在被发送到PCB 20的气室2之前衰减。在一种优选实施例中，该光衰减器是部分透明的，即，其仅允许所接收的光的一部分通过。
在图4和图5的实施例中，该直线是水平的，即实质上平行于支撑原子钟的平面表面：在这样的情况下，支撑件针对每个PCB包含至少两个传导性引脚102，以便与每个PCB形成电气连接和机械连接。然后PCB被竖直地放置在支撑件上并且由引脚与其电气地和机械地连接。两个连续的PCB之间的距离包括在1 mm和5 mm之间，优选地是2 mm。
在另一实施例中（未示出），该直线是竖直的，即，实质上垂直于支撑原子钟的平面表面，使得PCB堆叠在支撑件上。
在优选实施例中，所有PCB均具有相同的形状和大小。其截面能够是方形（n×n）或者矩形（n×m），其中n和/或m包括在2 mm和10 mm之间。
在另一优选实施例中，原子钟进一步包括与支撑件100协作并且将PCB 20、22、24和16密封地密闭在支撑件100上的帽（未示出）。
在一种优选实施例中，图5中可见的支撑件100的截面是矩形p×q，其中p小于3 cm并且q小于2 cm。在一种优选实施例中，p是2 cm并且q是1 cm。
图5示出根据本发明的原子钟1000的另一实施例的俯视图。在图示实施例中，可见14个引脚102，不过当然也能够使用任意其它数量的引脚。
引脚102能够传导下述信号中的至少一些：
-激光驱动信号
-激光加热信号
-激光温度信号
-激光温度传感器信号
-第一C-场信号
-第二C-场信号
-零件温度信号
-零件加热信号
-零件温度传感器信号
-第一光电二极管信号
-第二光电二极管信号
-微波信号
-接地。
图6示出原子钟1000的示意图，其包括支撑件100、光检测模块200、微控制器300、气室温度调节模块400、光源温度调节模块500、锁定模块600、石英晶体振荡器700（例如，VCTCXO）、FPGA和本机振荡器（LO）。
在图示的原子钟中，能够调制光源（激光器）的光，例如通过调制激光器驱动模块800的电流。
支撑件100包括第一PCB 24，其包括例如VCSEL的光源240、温度传感器54和加热源64。
第一PCB 24设置成接收来自激光器驱动模块800的信号，并且使得与VCSEL温度调节模块500具有双向通信。
根据本发明的独立方面，激光器240的加热源64是晶体管或者电阻器，其放置在PCB 24上并且经由PCB 24上的传导性迹线或通过邦定打线连接到激光器240。PCB 24能够包括其上放置有激光器240的传导性迹线。传导性迹线能够具有对应于激光器的截面的形状。
PCB 20包括根据本发明的零件10，并且该零件10包含气室2、加热源40、60和温度传感器50。设置示意性表现的线圈220以便在气室2中生成C-场。
PCB 20设置成必须经由微波传导性器件接收来自LO模块800的信号，并且从而与气室温度调节模块400双向通信。
微控制器300中的控制接口302向线圈220发送C-场信号。
光检测器260检测来自气室2的光，并且向光检测模块200发送信号。光检测模块200然后向微控制器300发送光强度信号和调制信号。光检测模块200也以公知方式向锁定模块600传达信号。
微控制器300包括频率回路（frequency loop）模块304，其以公知方式与LO和石英晶体振荡器700协作。
本发明也涉及制造原子钟的方法，包括：
-将根据本发明的装置1放置在支撑件100上，
-将第一印刷电路板24放置在支撑件100上，
-将第二印刷电路板22放置在支撑件100上，
-将第三印刷电路板26放置在支撑件100上，
装置的PCB 20、第一印刷电路板24、第二印刷电路板22和第三印刷电路板26在该支撑件100上对齐。
因此，原子钟的制造比公知技术方案更加简单和快速。
在优选实施例中，微控制器300和/或气室温度调节件400和/或光源温度调节件500和/或FPGA和/或LO和/或锁定模块200和/或光检测模块600和/或石英晶体振荡器700和/或激光器驱动模块800能够作为电子部件（集成电路）放置在主要PCB（未示出）上，该主要PCB放置在支撑件100下方，如图4中所示。在这样的情况下，引脚102能够焊接在该主要PCB上。
换言之，在这种实施例中，支撑件100和与支撑件100协作并且将PCB 20、22、24和16密封地密闭在支撑件100上的帽包括原子钟的物理部分，并且原子钟的电子部分放置在主要PCB上该物理部分下方。物理部分和电子部分之间的连接由引脚102执行。
帽将PCB 20、22、24和16，即原子钟的物理部分，以密封方式密闭在支撑件100上，使得能够在内部形成真空，或者可能用具有弱热传导性的某气体填充该内部。
在这种变型中，于是支撑件100的引脚102设置成用于将第一印刷电路板24和/或第二印刷电路板22和/或第三印刷电路板26连接在支撑件100上。它们也设置成用于将第一印刷电路板24和/或第二印刷电路板22和/或第三印刷电路板26与主要印刷电路板连接。
根据本发明的制造原子钟的方法于是能够进一步包括以下步骤：
-将微控制器300和/或气室温度调节件400和/或光源温度调节件500和/或FPGA和/或LO和/或锁定模块200和/或光检测模块600和/或石英晶体振荡器700和/或激光器驱动模块800放置在主要印刷电路板上；
-将主要印刷电路板放置在支撑件100下方；
-通过使用支撑件100的引脚102将第一印刷电路板24和/或第二印刷电路板22和/或第三印刷电路板26与主要印刷电路板连接。
附图中所使用的附图标记
1装置
2气室
10零件
12微波传导性器件
14零件的内部表面
16零件的外部表面
18空间
20装置的PCB
22第二PCB
24第一PCB
26第三PCB
30零件传导性迹线
40加热源（线/带）（零件）
50温度传感器（零件）
52传感器传导性迹线
54温度传感器（激光器）
60加热源（晶体管/电阻器）（零件）
62加热传导性迹线/焊缝
64加热源（激光器）
56、66传导性迹线
100支撑件
102引脚
200锁定模块
220线圈
240光源（VCSEL）
260光传感器
300微控制器
302控制接口模块
304频率锁定回路模块
400气室温度调节件
500光源温度调节件
600光检测模块
700石英晶体振荡器（VCTCXO）
800激光器驱动模块
1000原子钟
e零件的厚度
h零件的高度
d零件的直径
LO本机振荡器
FPGA现场可编程门阵列
DAC数模转换器
ADC模数转换器。
Claims (27)
1.一种用于原子钟的装置（1），所述装置包括：
-印刷电路板（20），所述印刷电路板（20）包括传导性零件（10）以便调控和加热原子钟的气室中的气体，所述零件（10）包括间隙（11），并且设置成用于容纳所述气室（2），并且以便在至少一个位置直接接触所述气室（2），
-用于生成热并且设置成连接到所述零件（10）的加热源（40、60），
-微波传导性器件（12），其设置成连接到所述零件（10）以便向所述零件（10）发送用于调控所述气室（2）中的所述气体的原子的微波信号；
其中所述微波信号的频率不同于所述零件（10）的共振频率，所述共振频率限定为1/（LC），其中C是由所述零件（10）的所述间隙（11）给定的电容，并且L是所述零件（10）的感应系数。
2.根据权利要求1所述的装置，所述印刷电路板（20）包括：
-所述加热源（60），和
-用于将所述加热源与所述零件（10）连接的加热传导性器件。
3.根据权利要求2所述的装置，所述加热源（60）是晶体管和/或电阻器。
4.根据权利要求2所述的装置，所述加热传导性器件包括至少一条加热传导性迹线。
5.根据权利要求1所述的装置，所述加热源是所述零件（10）上的线。
6.根据权利要求1所述的装置，所述印刷电路板（20）包括：
-零件传导性迹线（30），其围绕所述零件（10）设置，以便将所述零件（10）与所述印刷电路板（20）的至少一条其它传导性迹线（52）连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述零件传导性迹线（30）具有对应于所述零件（10）的截面的形状。
8.根据权利要求1所述的装置，所述印刷电路板（20）包括：
-用于感测所述零件（10）的温度的温度传感器（50），和
-用于将所述温度传感器（50）连接到所述零件（10）的至少一个传感器传导性迹线（52）。
9.根据权利要求1所述的装置，所述零件（10）设置成限定中空圆筒，或者中空棱柱。
10.根据权利要求9所述的装置，所述中空圆筒是环形圆筒。
11.根据权利要求10所述的装置，所述环形圆筒是椭圆形圆筒。
12.根据权利要求9所述的装置，所述中空棱柱是平行六面体。
13.根据权利要求1所述的装置，所述零件（10）的高度（h）小于10 mm，和/或所述装置的宽度或直径（d）小于10 mm。
14.根据权利要求5所述的装置，所述线形成为带。
15.一种制造根据权利要求1所述的装置（1）的方法，包括：
-将所述零件（10）放置在印刷电路板（20）上，
-将气室（2）放置在所述零件（10）中，使得所述零件（10）在至少一个位置直接接触所述气室（2），
-将加热源（40、60）连接到所述零件（10），
-将微波传导性器件（12）连接到所述零件（10）。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
-将加热源（60）放置在所述印刷电路板（20）上，
-经由所述印刷电路板（20）上的至少一条传导性迹线（30）将所述加热源（60）连接到所述零件（10）。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
-将用于感测所述零件（10）的温度的温度传感器（50）放置在所述印刷电路板（20）上，
-经由所述印刷电路板（20）上的至少一条传感器传导性迹线（52）将所述温度传感器（50）与所述零件（10）连接。
18.一种原子钟，包括：
-根据权利要求1所述的装置（1），
-在所述装置（1）的所述零件（10）中的气室（2），
-第一印刷电路板（24），其包括用于发送光至所述气室（2）中的光源（240），
-第二印刷电路板（22），其包括用于在所述气室（2）中生成C-场的线圈（220）的至少一部分，
-第三印刷电路板（26），其包括光传感器（180），
-支撑件（100）
所述装置（1）的所述印刷电路板（20）、所述第一印刷电路板（24）、所述第二印刷电路板（22）、所述第三印刷电路板（18）在所述支撑件（100）上对齐。
19.根据权利要求18所述的原子钟，还包括与所述支撑件（100）协作的帽。
20.根据权利要求18所述的原子钟，还包括第四印刷电路板，其设置成放置在所述支撑件（100）下方，并且容纳微控制器（300）和/或气室温度调节件（400）和/或光源温度调节件（500）和/或锁定模块（200）和/或光检测模块（600）和/或石英晶体振荡器（700）和/或激光器驱动模块（800）。
21.根据权利要求18所述的原子钟，还包括第四印刷电路板，其设置成放置在所述支撑件（100）下方，并且容纳FPGA和/或LO。
22.根据权利要求20或21所述的原子钟，所述支撑件（100）包括设置成用于将所述第一印刷电路板（24）和/或所述第二印刷电路板（22）和/或所述第三印刷电路板（26）连接在所述支撑件（100）上的至少一个引脚（102）。
23.根据权利要求22所述的原子钟，所述至少一个引脚（102）设置成用于将所述第一印刷电路板（24）和/或所述第二印刷电路板（22）和/或所述第三印刷电路板（26）与所述第四印刷电路板连接。
24.一种制造如权利要求18所述的原子钟的方法，包括：
-将根据权利要求1所述的装置（1）放置在所述支撑件（100）上，
-将所述第一印刷电路板（24）放置在所述支撑件（100）上，
-将所述第二印刷电路板（22）放置在所述支撑件（100）上，
-将所述第三印刷电路板（26）放置在所述支撑件（100）上
所述装置（1）的所述印刷电路板（20）、所述第一印刷电路板（24）、所述第二印刷电路板（22）、所述第三印刷电路板（26）在所述支撑件（100）上对齐。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：
-由与所述支撑件（100）协作的帽密闭所述原子钟。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括：
-将微控制器（300）和/或气室温度调节件（400）和/或光源温度调节件（500）和/或锁定模块（200）和/或光检测模块（600）和/或石英晶体振荡器（700）和/或激光器驱动模块（800）放置在第四印刷电路板上；
-将所述第四印刷电路板放置在所述支撑件（100）下方；
-通过使用所述支撑件（100）的引脚（102）将所述第一印刷电路板（24）和/或所述第二印刷电路板（22）和/或所述第三印刷电路板（26）与所述第四印刷电路板连接。
27.根据权利要求24所述的方法，还包括：
-将FPGA和/或LO放置在第四印刷电路板上；
-将所述第四印刷电路板放置在所述支撑件（100）下方；
-通过使用所述支撑件（100）的引脚（102）将所述第一印刷电路板（24）和/或所述第二印刷电路板（22）和/或所述第三印刷电路板（26）与所述第四印刷电路板连接。
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