CN112702060A - 一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法，通过根据设定的微波信号幅度计算不同微波幅度下对应的最大原子跃迁几率，跃迁几率的最大值对应的幅度值即为控制的目标值，采用本发明提供的方法能够有效地提高铯原子钟的频率准确度和长期频率稳定度。

Description

一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法

技术领域

本发明属于原子钟技术领域，具体涉及一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法。

背景技术

铯原子钟是一级频标，有准确度高、长期稳定度好的特点，被广泛使用于授时、守时等技术领域。目前国产磁选态铯原子钟是针对这类有严格控温的实验室环境所研制。一旦失去精准控温的实验室环境，国产磁选态铯原子钟的长期稳定度将会出现恶化。现有的国产磁选态铯原子钟产品没有通过对微波幅度的控制补偿铯束管由于温度变化所引起的腔体失谐，从而降低磁选态铯原子钟对温度的敏感，提高其在非实验室环境下的长期频率稳定度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法，能够用于提高铯原子钟的频率准确度和长期频率稳定度，也可为其他类型原子钟的微波幅度控制提供参考。

本发明提供了一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法，包括以下步骤：

设置所述铯原子钟的微波信号的幅度值，计算所述幅度值对应的原子跃迁几率，所述原子跃迁几率的最大值所对应的微波幅度值即为微波幅度控制的目标值。

进一步地，所述微波信号的幅度值的初值为微波信号源输出幅度最大值的1/50。

进一步地，所述计算所述幅度值对应的原子跃迁几率的过程包括以下步骤：

计算所述幅度值A_n对应的原子跃迁几率的最大值I_{max n}＝F(A_n,v_x)，其中，A_n＝A₀+nA_d，A₀为所述幅度值的初始值，A_d为所述幅度值的固定步进，n为固定步进的系数，v_x为微波信号源的频率值。

进一步地，所述固定步进A_d为微波信号源输出幅度最大值的1/20。

进一步地，所述微波幅度控制方法还包括以下步骤：

保持所述幅度值的初值不变，以微波信号源的标称频率v₀为中心进行扫频；计算在所述幅度值下原子跃迁几率的最大值I_{max n}＝F(A_n,v_x)；

记录最近的三个扫频时的最大值I_{max n}＝F(A_n,v_x1)、I_max(n+1)＝F(A_n+1,v_x2)、I_max(n+2)＝F(A_n+2,v_x3)，直到满足下式时：

停止扫描，此时A_n+1即为所述目标值。

有益效果：

本发明通过根据设定的微波信号幅度计算不同微波幅度下对应的最大原子跃迁几率，跃迁几率的最大值对应的幅度值即为控制的目标值，采用本发明提供的方法能够有效地提高铯原子钟的频率准确度和长期频率稳定度。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法的流程图。

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。

本发明提供了一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1、设置输入微波信号的幅度值。

输入的微波信号频率为9192631770Hz，其幅度初值由软件设定，例如幅度初值为A₀，一般为微波信号源最大输出幅度的1/50。

设置微波信号幅度的大小，每次以固定步进增加幅度值A_d.

步骤2、计算不同微波幅度值下对应的最大原子跃迁几率。

铯原子的最大原子跃迁几率与铯束管的输出信号幅度成正比。因此，在计算不同微波幅度值下对应的最大原子跃迁几率时，需要通过电路采集铯束管输出信号幅度作为算法的判断依据。

在给定的微波幅度下，以铯原子跃迁频率9192631770Hz为中心频率，±50Hz内进行扫频，根据微波幅度与铯束管输出信号幅度的函数关系式进行计算，得到当前微波幅度下的铯束管输出信号幅度最大值。

再以固定步进，一般为微波信号源最大输出幅度的1/20。增加微波幅度值，再次计算当前微波幅度值下的铯束管输出信号幅度最大值。

以微波幅度的初值固定不变，微波信号源以其标称的频率v₀为中心，在v₀±v_s范围内进行扫频，v_s为扫频的范围。计算出在此微波幅度下原子跃迁几率的最大值，记为I_{max 0}＝F(A₀,v_x)，v_x为与幅度最大值对应的频率值。

以固定步进A_d，每增加一次微波幅度值，记为A_n＝A₀+nA_d。

再以相同的扫频范围v₀±v_s扫频，计算在此微波功率下原子跃迁几率的最大值，记为I_{max n}＝F(A_n,v_x)。

计算原子跃迁几率最大时，对应的微波幅度值，该值即为软件控制的目标值。包含以下步骤：

记录最近的3个微波幅度点扫频时的最大值，分别为I_{max n}＝F(A_n,v_x1)、I_max(n+1)＝F(A_n+1,v_x2)、I_max(n+2)＝F(A_n+2,v_x3)，直到第三个幅度点的原子跃迁几率最大值小于第二个幅度点的原子跃迁几率最大值，即：

停止扫描。

第二个幅度点A_n+1即为软件控制的微波幅度目标值。

由于环境温度的变化会造成铯束管微波腔体失谐，引起铯原子跃迁的中心频率发生迁移。通过计算铯原子跃迁几率最大时的微波幅度值，作为软件控制的目标值,能够补偿腔体失谐对频率的恶化，从而降低铯原子钟对环境温度的敏感性，提高铯原子钟的长期稳定度。本发明的使用能使铯原子钟的温度系数提升半个数量级。本发明通过控制微波幅度，补偿铯束管的腔体频率迁移，提高铯束管对温度的敏感程度，提高铯原子钟整机的温度系数，从而改善铯原子钟的环境适应性，提高铯原子钟整机在非温控环境下的长期稳定度。

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)

1.一种用于铯原子钟的微波幅度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置所述铯原子钟的微波信号的幅度值，计算所述幅度值对应的原子跃迁几率，所述原子跃迁几率的最大值所对应的微波幅度值即为微波幅度控制的目标值。

2.根据权利要求1所述的微波幅度控制方法，其特征在于，所述微波信号的幅度值的初值为微波信号源输出幅度最大值的1/50。

3.根据权利要求2所述的微波幅度控制方法，其特征在于，所述计算所述幅度值对应的原子跃迁几率的过程包括以下步骤：

计算所述幅度值A_n对应的原子跃迁几率的最大值I_maxn＝F(A_n,v_x)，其中，A_n＝A₀+nA_d，A₀为所述幅度值的初始值，A_d为所述幅度值的固定步进，n为固定步进的系数，v_x为微波信号源的频率值。

4.根据权利要求3所述的微波幅度控制方法，其特征在于，所述固定步进A_d为微波信号源输出幅度最大值的1/20。

5.根据权利要求1所述的微波幅度控制方法，其特征在于，所述微波幅度控制方法还包括以下步骤：

保持所述幅度值的初值不变，以微波信号源的标称频率v₀为中心进行扫频；计算在所述幅度值下原子跃迁几率的最大值I_maxn＝F(A_n,v_x)；

记录最近的三个扫频时的最大值I_maxn＝F(A_n,v_x1)、I_max(n+1)＝F(A_n+1,v_x2)、I_max(n+2)＝F(A_n+2,v_x3)，直到满足下式时：

停止扫描，此时A_n+1即为所述目标值。

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