[发明专利]一种自动补偿铷钟温度系数的C场电路

说明书

本发明专利公布了一种自动补偿铷钟温度系数的C场电路，其中C场电路主要为C场线圈提供稳定的C场电流，C场电路主要包括：电感L1、电容C1与C2、调节电阻R1*、热敏电阻RT1，电阻R1～R5，运算放大器N1、C场线圈等部件；其中调节电阻R1*与热敏电阻RT1并联设置，其用于自动补偿铷钟温度系数；电容C2的两端并联有C场线圈，整个C场电路可以在温度改变时，通过C场电流的动态变化来补偿因为温度变化引起的频率准确度的变化。该电路可用于铷钟温度系数的调节和改善，通过本发明电路有效改善了铷钟的温度系数，提高了铷钟的中长期稳定度指标。

技术领域

该专利涉及一种铷钟温度系数的改善方式，具体涉及一种自动补偿铷钟温度系数的C场电路。

背景技术

频率稳定度是铷钟最重要的指标，该指标的优劣决定了铷钟的性能，然而铷钟极易受到铷钟底板各种环境温度变化的影响，其中温度系数是衡量铷钟受各种温度影响程度的综合性指标，它是决定铷钟中长期频率稳定度指标的关键因素，因此，温度系数的调整优化是铷钟研制过程中的核心环节，必须想办法尽可能将温度系数指标调到最小，以期获得较好的中长期频率稳定度。目前温度系数调整的主要问题是：铷钟的温度系数很难做到绝对值小于5E-14/℃，导致铷钟中长期频率稳定度指标很难有进一步的提升。

为了改善温度系数，现有已知报道的方法有美国symmetricom公司的铷原子钟8130A所采用的内部数字温度补偿法，该方法的基本原理是：通过存储在多个温度值下的频率修正表或者通过曲线拟合，动态调整修正频率，使温度系数指标改善3到5倍。然而，这种方法不仅需要额外的硬件，而且还需要大量的测试工作，包括测量未补偿前的温度系数、输入补偿数据、改进温度传感器位置、优化响应时间等，而且补偿可能会降低铷钟的短期频率稳定度，使用该方法优化后的温度系数为+2E-14/℃，温度系数测试曲线见说明书附图2中所示。

温度系数就是指铷钟安装底板温度变化1℃引起的铷钟频率准确度的变化量。理论分析和试验证明，C场电流和温度变化都会引起铷钟频率准确度的变化。然而在传统的铷钟设计中，C场电路是一个恒流源电路，当温度变化时，C场电流是不变的。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明通过对铷钟温度系数调整的方法进行研究，设计出一种新的温度系数补偿电路，可以改善铷钟的温度系数，进而改善中长期频率稳定度指标。

铷钟的C场线圈的主要作用是产生一个和微波磁场指向平行的弱静磁场，让⁸⁷Rb原子基态超精细能级进一步分裂，选出两个mF＝0的能级，而将其它mF≠0的子能级间的跃迁均排出环路的捕捉带外。

发明采用如下技术方案实现的：一种自动补偿铷钟温度系数的C场电路，其中C场电路主要为C场线圈提供稳定的C场电流，C场电路主要包括：电感L1、电容C1与C2、调节电阻R1*、热敏电阻RT1，电阻R1～R5，运算放大器N1、C场线圈等部件；其中调节电阻R1*与热敏电阻RT1并联设置，其用于自动补偿铷钟温度系数；电容C2的两端并联有C场线圈，整个电路可以在温度改变时，通过C场电流的动态变化来补偿因为温度变化引起的频率准确度的变化。

进一步的，热敏电阻并联的调节电阻能够在热敏电阻值确定的前提下，能够通过调节电阻的阻值调整C场电流随温度的变化率。

进一步的，热敏电阻为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。

进一步的，在铷钟底板处还设置有温度传感器，用于检测铷钟底板的温度变化。

进一步的，热敏电阻是正温度系数还是负温度系数由温度传感器检测值进行选定。

进一步的，热敏电阻可设置于铷钟底板的不同位置，

通过在合适的位置设置温度传感器(正温度系数或负温度系数的热敏电阻)，当温度变化时，热敏电阻的阻值会相应地变化，导致C场电路提供的C场电流发生变化，而C场电流变化又会引起铷钟频率准确度的变化，所以，这种电路就补偿了铷钟温度系数。