[发明专利]基于微带线结构的超小型原子频标微波腔

说明书

本发明公开了基于微带线结构的超小型原子频标微波腔，包括腔体，腔体一端为出光口，另一端为进光口，腔体外表面周向设有线槽，C场线圈绕制在线槽中，腔体的出光口设置有端盖，腔体的进光口设置有底盖，底盖上开设有进光孔，腔体内设置有原子泡，腔体内设置有微带线基片，微带线基片包括电介质基板和设置在电介质基板上的金属导体，电介质基板和腔体内壁粘接，金属导体朝向原子泡。本发明易加工、装配简单、场型分布好、体积小、成本低的优点，适用于高性能超小型原子频标的大批量生产。

技术领域

本发明为原子频标领域，更具体涉及基于微带线结构的超小型原子频标微波腔，这种结构的微波腔具有结构简单、易于加工装配、便于大规模生产的特点，适用于高集成度的超小型原子频标中。

背景技术

随着社会科技的发展，在人类社会活动和日常生活中许多重要领域都需要准确而稳定的时间频率基准。原子频标（原子钟）是利用原子或者离子内部稳定的能级间的跃迁频率制得的高可靠性频率源，极大地提高了时间频率测量的准确度和稳定度。得益于原子物理和集成电路技术的飞速发展，原子频标技术逐渐成熟，越来越多性能指标更好、集成度水平更高的原子钟逐步取代了传统的机械时钟和晶体振荡器，在授时守时、导航定位、交通电力、高速通信、精密测量等领域中发挥着重要作用。

原子频标通常包括物理系统和电路系统两部分，由物理系统提供稳定的参考频率，电路系统通过电子学手段将晶体振荡器的输出频率锁定在原子内部稳定的跃迁频率上，使晶体振荡器最终的输出频率具有与原子跃迁频率同样的稳定度。其中物理系统提供微波波段的标准频率，起鉴频器的作用，是原子频标的核心，主要包括抽运光源、微波谐振腔、原子泡、光电探测器等主要组件。其中，原子泡位于微波谐振腔内，是产生原子跃迁的场所，微波谐振腔用来存储微波能量，激励原子泡中的原子发生共振跃迁。微波腔的尺寸、结构、谐振模式和场型分布等特性决定了参与共振跃迁的原子数的多少，在很大程度上决定了原子频标的性能。与此同时，由于物理系统占据原子频标整机的大部分体积，而微波谐振腔又是物理系统中最主要的结构组件，因此物理系统的体积主要取决于微波腔的小型化、集成化程度，进而影响了原子频标整机的小型化。

目前原子频标微波腔主要有标准腔和非标准腔两类。常用的标准腔主要包括TE₀₁₁和TE₁₁₁这两种圆柱腔，这两类微波腔体积较大，不利于原子频标的小型化。采用TE₁₀₁模式可以获得体积最小的标准腔，通过采用TE₁₀₁模式的标准矩形腔结构，在平行于Z轴方向填充一定厚度的电介质板实现。相关内容可参考文献Tae M. Kwon.Cavity resonator foratomic frequency standard. US Patent : 4495478. 1985。这种结构的腔特点是体积小，但微波磁场均匀的部分有限。