氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，包括：一套筒，套筒內(nèi)部形成一安裝空間，套筒接地；一內(nèi)軸，內(nèi)軸設(shè)置于安裝空間內(nèi)，內(nèi)軸的兩端分別設(shè)置有一第一連接端和一第二連接端，第二連接端連接一電壓輸入端；至少一絕緣環(huán)，絕緣環(huán)設(shè)置于套筒與內(nèi)軸之間；一PCB板，PCB板連接于第一連接端，PCB板用于調(diào)節(jié)微波腔的諧振頻率；一耦合天線，耦合天線的一端連接于套筒，耦合天線的另一端連接所述PCB板。本發(fā)明的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，在保證濾波效率的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的濾波結(jié)構(gòu)，使其安裝結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了濾波結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并能提高腔頻的調(diào)節(jié)范圍，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、調(diào)節(jié)范圍大和適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氫原子鐘領(lǐng)域，尤其涉及一種氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]時(shí)間是五個(gè)基本物理量之一，對(duì)其的精確計(jì)量具有重要的科研和應(yīng)用價(jià)值。進(jìn)入二十世紀(jì)后，利用確定能級(jí)躍迀實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間輸出的原子鐘逐漸成熟，并得到廣泛地應(yīng)用。目前實(shí)用型的原子鐘包括銣原子鐘、銫原子鐘和氫原子鐘，其中氫原子鐘具有優(yōu)秀的中短期穩(wěn)定度和良好長(zhǎng)期穩(wěn)定度和漂移率指標(biāo)，可用于守時(shí)授時(shí)、導(dǎo)航定位和通訊保障等眾多領(lǐng)域。
[0003]氫原子鐘的工作原理是利用氫原子基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)之間的躍迀頻率來(lái)鎖定晶振。工業(yè)氫氣通過(guò)提純之后導(dǎo)入電離源系統(tǒng)，在此期間氫分子離結(jié)成為原子狀態(tài)，同時(shí)發(fā)光發(fā)熱，氫原子由準(zhǔn)直器形成原子束流，在磁選態(tài)器的作用下，處于氫原子基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)中較低能級(jí)態(tài)的氫原子電子射入微波諧振腔中的儲(chǔ)存泡，并在其中發(fā)生微波共振躍迀，使腔內(nèi)微波能量增加，通過(guò)檢測(cè)微波諧振腔內(nèi)的微波能量就可以將電路系統(tǒng)輸出的微波信號(hào)鎖定在原子躍迀譜線上，從而可以得到具有高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的輸出信號(hào)。為了避免腔頻偏差對(duì)輸出頻率的影響，需要保證微波腔的諧振頻率與原子共振躍迀頻率始終保持一致，因此需要變?nèi)菡{(diào)諧裝置對(duì)微波腔進(jìn)行頻率調(diào)諧，同時(shí)對(duì)腔內(nèi)微波的能量損耗應(yīng)當(dāng)盡可能小，避免對(duì)微波腔的性能造成影響?，F(xiàn)有的變?nèi)菡{(diào)諧裝置通常在腔內(nèi)形成一個(gè)耦合環(huán)，變?nèi)荻O管焊接在環(huán)上，對(duì)其施加正向電壓從而調(diào)節(jié)微波腔頻率，變?nèi)菡{(diào)諧裝置中設(shè)置有電容和電感對(duì)輸入進(jìn)行濾波，該結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)微波腔頻率，但調(diào)節(jié)范圍較小，且存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和強(qiáng)度較低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，在保證濾波效率的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的濾波結(jié)構(gòu)，使其安裝結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了濾波結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并能提高腔頻的調(diào)節(jié)范圍，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、調(diào)節(jié)范圍大和適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，包括:
[0006]—套筒，所述套筒內(nèi)部形成一安裝空間，所述套筒的頂面開(kāi)設(shè)有與所述安裝空間連通的一第一通孔，所述套筒的底面開(kāi)設(shè)有與所述安裝空間連通的一第二通孔，所述套筒接地；
[0007]—內(nèi)軸，所述內(nèi)軸設(shè)置于所述安裝空間內(nèi)，所述內(nèi)軸的兩端分別設(shè)置有一第一連接端和一第二連接端，所述第一連接端自所述第一通孔伸出，所述第二連接端自所述第二通孔伸出并連接一電壓輸入端；
[0008]至少一絕緣環(huán)，所述絕緣環(huán)設(shè)置于所述套筒與所述內(nèi)軸之間；
[0009]一 PCB板，所述PCB板包括一基板、一匹配電路和一變?nèi)荻O管，所述匹配電路連接所述變?nèi)荻O管，所述匹配電路和所述變?nèi)荻O管固定于所述基板上，所述匹配電路連接所述第一連接端，所述變?nèi)荻O管用于調(diào)節(jié)微波腔的諧振頻率；
[0010]—耦合天線，所述耦合天線的一端連接于所述套筒，所述耦合天線的另一端連接所述PCB板。
[0011]優(yōu)選地，所述匹配電路包括至少一保護(hù)電阻和一濾波電容，所述濾波電容的一第一端連接所述電壓輸入端，所述濾波電容的一第二端連接一電壓輸出端，所述保護(hù)電阻與所述變?nèi)荻O管串聯(lián)，所述變?nèi)荻O管和所述保護(hù)電阻與所述濾波電容并聯(lián);所述耦合天線通過(guò)所述匹配電路連接所述變?nèi)荻O管。
[0012]優(yōu)選地，所述匹配電路包括兩保護(hù)電阻，兩所述保護(hù)電阻分別串聯(lián)于所述變?nèi)荻O管的兩側(cè)。
[0013]優(yōu)選地，所述內(nèi)軸的頂部與所述套筒之間和所述內(nèi)軸的底部與所述套筒之間分別設(shè)置有一所述絕緣環(huán)，所述內(nèi)軸的中部與所述套筒之間形成一間隙空間。
[0014]優(yōu)選地，所述套筒包括一套筒本體和一螺圈，所述套筒本體形成所述安裝空間，且所述套筒本體的底部形成與所述安裝空間連通的一開(kāi)口，所述開(kāi)口的內(nèi)壁與所述螺圈外圍形成相互配合的螺紋結(jié)構(gòu)，所述螺圈與所述套筒本體通過(guò)所述螺紋結(jié)構(gòu)螺接。
[0015]優(yōu)選地，還包括一外絕緣套，所述外絕緣套套設(shè)于所述套筒外。
[0016]優(yōu)選地，所述內(nèi)軸采用金屬材質(zhì)。
[0017]優(yōu)選地，所述耦合天線的材質(zhì)采用銅。
[0018]優(yōu)選地，所述耦合天線的一端焊接于所述套筒，所述耦合天線的另一端焊接于所述PCB板。
[0019]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果:
[0020]耦合天線的一端連接于套筒，耦合天線的另一端連接PCB板，這種相對(duì)獨(dú)立的連接結(jié)構(gòu)使得耦合天線可以采用更大的尺寸并獲得更大的環(huán)繞面積，從而擴(kuò)大微波腔的諧振頻率的調(diào)節(jié)范圍。絕緣環(huán)用于保持內(nèi)軸與套筒之間的電絕緣性。變?nèi)荻O管置于獨(dú)立的PCB板上，在簡(jiǎn)化了濾波結(jié)構(gòu)的同時(shí)也增強(qiáng)了變?nèi)荻O管的強(qiáng)度，通過(guò)外加電壓改變變?nèi)荻O管的電容值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微波腔頻率的調(diào)節(jié)。保護(hù)電阻用于保護(hù)變?nèi)荻O管，防止過(guò)大輸入電壓對(duì)變?nèi)荻O管造成損壞。濾波電容作為變?nèi)荻O管的并聯(lián)電容，用于防止微波腔內(nèi)的微波泄漏。在變?nèi)荻O管兩側(cè)分別串聯(lián)保護(hù)電阻，可以提高保護(hù)電路的可靠性，在一個(gè)電阻出現(xiàn)短路時(shí)仍然可以對(duì)變?nèi)荻O管進(jìn)行保護(hù)。內(nèi)軸的中部與所述套筒之間形成一間隙空間，間隙空間相當(dāng)于為變?nèi)荻O管并聯(lián)的對(duì)地電容。螺圈自下而上螺接于套筒本體，將內(nèi)軸和絕緣環(huán)固定在套筒本體內(nèi)。外絕緣套作為變?nèi)菡{(diào)諧裝置的絕緣外殼，保證變?nèi)菡{(diào)諧裝置在微波腔內(nèi)安裝時(shí)的電絕緣性。耦合天線的一端焊接于所述套筒，所述耦合天線的另一端焊接于所述PCB板，進(jìn)一步加強(qiáng)了耦合天線的強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的匹配電路與變?nèi)荻O管的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的調(diào)諧性能測(cè)試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面根據(jù)附圖1-3，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。
[0025]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的一種氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，包括:一套筒1，套筒I內(nèi)部形成一安裝空間，套筒I的頂面開(kāi)設(shè)有與安裝空間連通的一第一通孔，套筒I的底面開(kāi)設(shè)有與安裝空間連通的一第二通孔，套筒I接地;一內(nèi)軸2，內(nèi)軸2設(shè)置于安裝空間內(nèi)，內(nèi)軸2采用金屬材質(zhì)，呈圓柱體，內(nèi)軸2的兩端分別設(shè)置有一第一連接端21和一第二連接端22，第一連接端21自第一通孔伸出，第二連接端22自第二通孔伸出；至少一絕緣環(huán)3，絕緣環(huán)3設(shè)置于套筒I與內(nèi)軸2之間；一PCB板4，PCB板4連接于第一連接端21，PCB板4用于調(diào)節(jié)微波腔的諧振頻率，本實(shí)施例中PCB板通過(guò)固定螺釘安裝在套筒I上表面;一耦合天線5，耦合天線5的一端連接于套筒I，耦合天線5的另一端連接PCB板4，本實(shí)施例中，耦合天線5材質(zhì)采用銅，并與套筒I和PCB板4焊接。
[0026]親合天線5的一端連接于套筒I，親合天線5的另一端連接PCB板4，這種相對(duì)獨(dú)立的連接結(jié)構(gòu)使得耦合天線5可以采用更大的尺寸并獲得更大的環(huán)繞面積，從而擴(kuò)大微波腔的諧振頻率的調(diào)節(jié)范圍。PCB板4的采用，在保證濾波效率的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的濾波結(jié)構(gòu)，使其安裝結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。絕緣環(huán)3用于保持內(nèi)軸2與套筒I之間的電絕緣性。
[0027]本實(shí)施例中，內(nèi)軸2的頂部與套筒I之間和內(nèi)軸2的底部與套筒I之間分別設(shè)置有一絕緣環(huán)3，內(nèi)軸2的中部與套筒I之間形成一間隙空間6。內(nèi)軸2的中部與套筒I之間形成一間隙空間6，間隙空間6相當(dāng)于為變?nèi)荻O管Cl并聯(lián)的對(duì)地電容。
[0028]本實(shí)施例中，套筒I包括一套筒本體11和一螺圈12，套筒本體11形成安裝空間，且套筒本體11的底部形成與安裝空間連通的一開(kāi)口，開(kāi)口的內(nèi)壁與螺圈12外圍形成相互配合的螺紋結(jié)構(gòu)，螺圈12與套筒本體11通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)螺接。螺圈12自下而上螺接于套筒本體11，將內(nèi)軸2和絕緣環(huán)3固定在套筒本體11內(nèi)。
[0029]本實(shí)施例中，氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置還包括一外絕緣套7，外絕緣套7套設(shè)于套筒I外。外絕緣套7作為變?nèi)菡{(diào)諧裝置的絕緣外殼，保證變?nèi)菡{(diào)諧裝置在微波腔內(nèi)安裝時(shí)的電絕緣性。
[0030]請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)施例中，PCB板4包括一基板(圖中未示)、一變?nèi)荻O管Cl和一匹配電路41，匹配電路41連接變?nèi)荻O管Cl，且匹配電路41和變?nèi)荻O管Cl固定于基板;匹配電路41包括至少一保護(hù)電阻R和一濾波電容C2，濾波電容C2的一第一端連接電壓輸入端42，濾波電容C2的一第二端連接一電壓輸出端43，保護(hù)電阻R與變?nèi)荻O管Cl串聯(lián)，和保護(hù)電阻R與濾波電容C2并聯(lián);耦合天線5通過(guò)匹配電路41連接變?nèi)荻O管Cl，用于變?nèi)荻O管Cl在微波腔內(nèi)的電容親合。
[0031]變?nèi)荻O管Cl置于獨(dú)立的PCB板4上，在簡(jiǎn)化了濾波結(jié)構(gòu)的同時(shí)也增強(qiáng)了變?nèi)荻O管Cl的強(qiáng)度，通過(guò)外加電壓改變變?nèi)荻O管Cl的電容值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微波腔頻率的調(diào)節(jié)。保護(hù)電阻R用于保護(hù)變?nèi)荻O管Cl，防止過(guò)大輸入電壓對(duì)變?nèi)荻O管Cl造成損壞。濾波電容C2作為變?nèi)荻O管Cl的并聯(lián)電容，用于防止微波腔內(nèi)的微波泄漏。
[0032]本實(shí)施例中，匹配電路41包括兩保護(hù)電阻R，兩保護(hù)電阻R分別串聯(lián)于變?nèi)荻O管Cl的兩側(cè)。
[0033]在變?nèi)荻O管兩側(cè)分別串聯(lián)保護(hù)電阻，可以提高保護(hù)電路的可靠性，在一個(gè)電阻出現(xiàn)短路時(shí)仍然可以對(duì)變?nèi)荻O管進(jìn)行保護(hù)。
[0034]請(qǐng)參閱圖1、圖2，本發(fā)明的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，在內(nèi)軸2的第二連接端22處施加正向電壓，則該正向電壓通過(guò)內(nèi)軸2傳輸至PCB板4，并作用于其上的變?nèi)荻O管Cl，使變?nèi)荻O管Cl產(chǎn)生相應(yīng)的電容，該電容值通過(guò)耦合天線5作用于微波腔，使其諧振頻率作出相應(yīng)調(diào)整。耦合天線5的另一端與套筒本體11和螺圈12導(dǎo)通，在螺圈12上連接電壓回線。夕卜絕緣套7安裝在套筒I的外部，作為變?nèi)菡{(diào)諧裝置的絕緣外殼，保證變?nèi)菡{(diào)諧裝置在微波腔內(nèi)安裝時(shí)的電絕緣性。實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的微波腔調(diào)諧效率較高，外加1V正向電壓時(shí)可以達(dá)到200KHZ的微波腔調(diào)諧范圍，同時(shí)微波腔的損耗變化小于ldB，微波腔的品質(zhì)因數(shù)變化保持在8000以上。氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的調(diào)諧性能測(cè)試圖可參見(jiàn)圖3。
[0035]本發(fā)明的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置在保證濾波效率的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置的濾波結(jié)構(gòu)，使其安裝結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了濾波結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并能提高腔頻的調(diào)節(jié)范圍，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)范圍大、適用性強(qiáng)、調(diào)諧效率高，微波耦合性能良好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0036]以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書(shū)及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專(zhuān)利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，包括:一套筒，所述套筒內(nèi)部形成一安裝空間，所述套筒的頂面開(kāi)設(shè)有與所述安裝空間連通的一第一通孔，所述套筒的底面開(kāi)設(shè)有與所述安裝空間連通的一第二通孔，所述套筒接地；一內(nèi)軸，所述內(nèi)軸設(shè)置于所述安裝空間內(nèi)，所述內(nèi)軸的兩端分別設(shè)置有一第一連接端和一第二連接端，所述第一連接端自所述第一通孔伸出，所述第二連接端自所述第二通孔伸出并連接一電壓輸入端； 至少一絕緣環(huán)，所述絕緣環(huán)設(shè)置于所述套筒與所述內(nèi)軸之間； 一 PCB板，所述PCB板包括一基板、一匹配電路和一變?nèi)荻O管，所述匹配電路連接所述變?nèi)荻O管，所述匹配電路和所述變?nèi)荻O管固定于所述基板上，所述匹配電路連接所述第一連接端，所述變?nèi)荻O管用于調(diào)節(jié)微波腔的諧振頻率； 一耦合天線，所述耦合天線的一端連接于所述套筒，所述耦合天線的另一端連接所述PCB 板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，所述匹配電路包括至少一保護(hù)電阻和一濾波電容，所述濾波電容的一第一端連接所述電壓輸入端，所述濾波電容的一第二端連接一電壓輸出端，所述保護(hù)電阻與所述變?nèi)荻O管串聯(lián)，所述變?nèi)荻O管和所述保護(hù)電阻與所述濾波電容并聯(lián);所述耦合天線通過(guò)所述匹配電路連接所述變?nèi)荻O管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，所述匹配電路包括兩保護(hù)電阻，兩所述保護(hù)電阻分別串聯(lián)于所述變?nèi)荻O管的兩側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，所述內(nèi)軸的頂部與所述套筒之間和所述內(nèi)軸的底部與所述套筒之間分別設(shè)置有一所述絕緣環(huán)，所述內(nèi)軸的中部與所述套筒之間形成一間隙空間。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，所述套筒包括一套筒本體和一螺圈，所述套筒本體形成所述安裝空間，且所述套筒本體的底部形成與所述安裝空間連通的一開(kāi)口，所述開(kāi)口的內(nèi)壁與所述螺圈外圍形成相互配合的螺紋結(jié)構(gòu)，所述螺圈與所述套筒本體通過(guò)所述螺紋結(jié)構(gòu)螺接。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，還包括一外絕緣套，所述外絕緣套套設(shè)于所述套筒外。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，所述內(nèi)軸采用金屬材質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，所述耦合天線的材質(zhì)米用銅。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫原子鐘用變?nèi)菡{(diào)諧裝置，其特征在于，所述耦合天線的一端焊接于所述套筒，所述耦合天線的另一端焊接于所述PCB板。
【文檔編號(hào)】H03L7/26GK106067816SQ201610398877
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日 公開(kāi)號(hào)201610398877.X, CN 106067816 A, CN 106067816A, CN 201610398877, CN-A-106067816, CN106067816 A, CN106067816A, CN201610398877, CN201610398877.X
【發(fā)明人】謝勇輝, 林傳富, 帥濤, 裴雨賢, 陳鵬飛, 沈超, 薛紅, 趙陽(yáng), 潘曉燕
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)