[发明专利]一种被动型氢钟超均匀C场磁筒及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于被动型氢钟物理部件的研制领域，具体涉及一种被动型氢钟超均匀C场磁筒。

背景技术

被动型氢钟被广泛运用于卫星导航、空间探测和授时等领域，为其提供标准时间、频率标准。被动型氢钟使用基态氢原子超精细结构能级跃迁产生的超稳定度微波量子鉴频器，锁定压控晶体振荡器(VCXO)，使得VCXO能够稳定并输出标准频率信号。C场线圈是被动型氢钟的关键部件，用于产生在整个氢储存泡区域内与微波谐振磁场方向一致的静磁场。静磁场使得基态氢原子F＝1的能级发生分裂产生三个超精细结构能级，这种效应被称为塞曼效应，静磁场也被称为塞曼场或C场。除此之外，C场还为超精细结构能级跃迁提供量子化方向，使得│F＝1，m_F＝0>—│F＝0，m_F＝0>跃迁(σ跃迁)得以实现，两个能态的跃迁频率为

v＝v₀+KB²,(1)

其中，υ₀是无磁场情况下氢原子的跃迁频率；B为塞曼磁场的磁感强度；K＝2.7730×10¹¹H/T²。C场磁感强度的大小和均匀度(梯度)影响跃迁频率的准确度、信号的信噪比、振荡谱线的线宽，所以C场的均匀度是决定量子鉴频器谱线质量的关键因素之一。为了设计出线宽小于2Hz的高品质的被动型氢钟的量子鉴频器，在氢原子储存泡空间区域内C场的相对均匀度误差须控制在1%以内，且磁感强度要足够小。

目前，被动型氢钟研制过程中，C场线圈的设计和加工精度远远达不到要求的均匀度，往往采用介质抵偿或加大磁筒体积来实现，这样就限制被动型氢钟稳定性的提高，也不利于实现小型化，成为被动型氢钟研制中的瓶颈。

因此，需要一种新的被动型氢钟超均匀C场磁筒以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术在被动型氢钟研制过程中，C场线圈的设计和加工精度的缺陷，提供一种被动型氢钟超均匀C场磁筒。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的被动型氢钟超均匀C场磁筒采用如下技术方案：

一种被动型氢钟超均匀度C场磁筒，包括磁筒骨架和磁场线圈，所述磁筒骨架为圆筒形，所述磁场线圈缠绕在所述磁筒骨架的外侧，从所述磁筒骨架的一端开始依次绕制所述磁场线圈：先采用d/4线径的漆包线在所述磁筒骨架表面绕制L/16长度的磁场线圈，再采用d线径的漆包线在所述磁筒骨架表面绕制L/4长度的磁场线圈，再采用d/2线径的漆包线在所述磁筒骨架表面绕制L/16长度的磁场线圈，再采用d线径的漆包线在所述磁筒骨架表面绕制L/4长度的磁场线圈，再采用d/2线径的漆包线在所述磁筒骨架表面绕制L/16长度的磁场线圈，再采用d线径的漆包线在所述磁筒骨架表面绕制L/4长度的磁场线圈，再采用d/4线径的漆包线在所述磁筒骨架表面绕制L/16长度的磁场线圈，其中，d为标准线径，L为所述磁筒骨架的长度。

发明原理：C场磁筒内设置有磁控管和储存泡，磁控管设置在磁筒骨架内部，储存泡设置在磁控管中。线圈具有磁场均匀度补偿作用，磁场筒表面的线圈关于中点呈对称分布，线圈的漆包线在磁筒表面紧密绕制一层，通过改变漆包线的线径来实现不同密度的线圈的绕制，而无需通过叠层绕制来增加线圈的密度，在圆柱形磁筒的两端和距中心L/8处的L/16长度(L为线圈总长度)内线圈密度加大为原来的2倍和4倍，使得整个储存泡内的磁场均匀度得到提高。

有益效果：本发明提出的C场磁筒的线圈参数经过优化设计选取，在储存泡空间区域内轴线上的磁场均匀度误差能达到2‰以下，而整个空间内均匀度误差可以小于5‰，满足被动型氢钟对C场的超均匀度要求。

更进一步的，所述磁场线圈从头到尾由一条不同半径的漆包线端接而形成的绕线绕制而成，所述磁场线圈仅有两个出线头。线圈的不同密度通过采用不同半径的漆包线端接来实现，磁场线圈从头到尾由一根绕线绕制而成，且仅有两个出线头，接入一个电流源便可产生超均匀度C场，避免了多个线头引线电流对磁场的影响。

更进一步的，所述磁筒骨架的厚度小于等于1mm，有益于减轻C场磁筒的重量，利用氢钟小型化。

更进一步的，所述磁筒骨架由透磁材料制成。

更进一步的，所述透磁材料为铝或钛。

本发明还公开了上述被动型氢钟超均匀度C场磁筒的制作方法。

一种被动型氢钟超均匀度C场磁筒的制作方法，包括以下步骤：