[發明專利]基于微帶線結構的超小型原子頻標微波腔

有效

• 申請號: 202110010049.5
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112332840B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王晨;王鵬飛;趙峰;梅剛華
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬

本發明公開了基于微帶線結構的超小型原子頻標微波腔，包括腔體，腔體一端為出光口，另一端為進光口，腔體外表面周向設有線槽，C場線圈繞制在線槽中，腔體的出光口設置有端蓋，腔體的進光口設置有底蓋，底蓋上開設有進光孔，腔體內設置有原子泡，腔體內設置有微帶線基片，微帶線基片包括電介質基板和設置在電介質基板上的金屬導體，電介質基板和腔體內壁粘接，金屬導體朝向原子泡。本發明易加工、裝配簡單、場型分布好、體積小、成本低的優點，適用于高性能超小型原子頻標的大批量生產。

技術領域

本發明為原子頻標領域，更具體涉及基于微帶線結構的超小型原子頻標微波腔，這種結構的微波腔具有結構簡單、易于加工裝配、便于大規模生產的特點，適用于高集成度的超小型原子頻標中。

背景技術

隨著社會科技的發展，在人類社會活動和日常生活中許多重要領域都需要準確而穩定的時間頻率基準。原子頻標（原子鐘）是利用原子或者離子內部穩定的能級間的躍遷頻率制得的高可靠性頻率源，極大地提高了時間頻率測量的準確度和穩定度。得益于原子物理和集成電路技術的飛速發展，原子頻標技術逐漸成熟，越來越多性能指標更好、集成度水平更高的原子鐘逐步取代了傳統的機械時鐘和晶體振蕩器，在授時守時、導航定位、交通電力、高速通信、精密測量等領域中發揮著重要作用。

原子頻標通常包括物理系統和電路系統兩部分，由物理系統提供穩定的參考頻率，電路系統通過電子學手段將晶體振蕩器的輸出頻率鎖定在原子內部穩定的躍遷頻率上，使晶體振蕩器最終的輸出頻率具有與原子躍遷頻率同樣的穩定度。其中物理系統提供微波波段的標準頻率，起鑒頻器的作用，是原子頻標的核心，主要包括抽運光源、微波諧振腔、原子泡、光電探測器等主要組件。其中，原子泡位于微波諧振腔內，是產生原子躍遷的場所，微波諧振腔用來存儲微波能量，激勵原子泡中的原子發生共振躍遷。微波腔的尺寸、結構、諧振模式和場型分布等特性決定了參與共振躍遷的原子數的多少，在很大程度上決定了原子頻標的性能。與此同時，由于物理系統占據原子頻標整機的大部分體積，而微波諧振腔又是物理系統中最主要的結構組件，因此物理系統的體積主要取決于微波腔的小型化、集成化程度，進而影響了原子頻標整機的小型化。

目前原子頻標微波腔主要有標準腔和非標準腔兩類。常用的標準腔主要包括TE₀₁₁和TE₁₁₁這兩種圓柱腔，這兩類微波腔體積較大，不利于原子頻標的小型化。采用TE₁₀₁模式可以獲得體積最小的標準腔，通過采用TE₁₀₁模式的標準矩形腔結構，在平行于Z軸方向填充一定厚度的電介質板實現。相關內容可參考文獻Tae M. Kwon.Cavity resonator foratomic frequency standard. US Patent : 4495478. 1985。這種結構的腔特點是體積小，但微波磁場均勻的部分有限。