發(fā)布時間：2025-01-04 03:05

　　 星載氫原子鐘具有頻率穩(wěn)定度高、頻率漂移率低的優(yōu)點,在衛(wèi)星導航定位和頻率計量中得到了廣泛應用。星載氫原子鐘的腔泡系統(tǒng)用于實現(xiàn)氫原子的量子躍遷及其信號采集,原子躍遷信號幅度直接決定了系統(tǒng)的信噪比,進而影響整機性能指標,所以腔泡系統(tǒng)是星載氫原子鐘的核心組件。目前,星載氫原子鐘腔泡系統(tǒng)主要采用直螺線管來產(chǎn)生原子躍遷所需的C場。由于星載氫原子鐘物理部分的結(jié)構(gòu)限制,直螺線管的磁場均勻度有進一步提高的空間。探討使用多段線圈代替直螺線管用于產(chǎn)生C場的可行性。首先對多段線圈產(chǎn)生的磁場進行理論分析計算,同時使用ANSYS電磁場仿真軟件對多段線圈的各項參數(shù)進行仿真和優(yōu)化,包括各段長度、段數(shù)、間距以及匝數(shù)、內(nèi)徑和總長度等。然后優(yōu)選磁場均勻度較好的線圈配置參數(shù),可將C場的非均勻度由直螺線管約10%降低到多段線圈約1%。根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果建立了試驗九段線圈,對比測試了原子躍遷信號增益,同時結(jié)合電路部分進行閉環(huán)測試,對頻率穩(wěn)定度指標進行了對比。實驗結(jié)果表明,原子躍遷信號可有效提升,阿倫方差在中短穩(wěn)(1～1 000 s)表現(xiàn)更好。此項工作為星載氫原子鐘整機性能指標的進一步提升打下了基礎。

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖1 (a) 直螺線管在儲存泡區(qū)域的仿真模型;(b) 仿真結(jié)果

兩段式亥姆霍茲線圈可在其中部區(qū)域產(chǎn)生均勻磁場。星載氫原子鐘儲存泡的軸向長度為150mm,如果使用兩段式亥姆霍茲線圈產(chǎn)生包含儲存泡在內(nèi)的較大區(qū)域的均勻磁場,則線圈半徑約為150mm,占用非常大的體積空間。考慮到星載氫原子鐘的體積限制,故無法直接使用兩段式亥姆霍茲線圈。參考亥姆霍....

圖2 (a) 九段線圈在儲存泡區(qū)域的仿真模型;(b) 仿真結(jié)果

多段線圈可調(diào)節(jié)的參數(shù)很多,既要足夠的可調(diào)節(jié)參數(shù),又要降低計算機仿真和物理機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的復雜性。借助ANSYS電磁場仿真軟件,主要開展段數(shù)為九段的多段線圈仿真工作。該模型綜合考慮星載氫鐘中與C場相關(guān)的其他結(jié)構(gòu),比如C場支架、儲存泡和磁屏蔽系統(tǒng)等。線圈輸入電流0.02mA,剛好可以....

圖3 (a) 直螺線管在儲存泡區(qū)域中心軸線上的磁場均勻度;(b) 九段線圈在儲存泡區(qū)域中心軸線上的磁場均勻度

直螺線管和九段線圈在儲存泡區(qū)域中心軸線上產(chǎn)生的磁場均勻度如圖3。由圖3可知,直螺線管在儲存泡區(qū)域中心軸線上產(chǎn)生的磁場均勻度在91%左右,但九段線圈在儲存泡區(qū)域中心軸線上產(chǎn)生的磁場均勻度可提升至99.2%。計算和仿真表明,多段線圈的段數(shù)越多,可調(diào)節(jié)的參數(shù)也越多,更容易實現(xiàn)原子儲存泡....

圖4 九段線圈實物圖

在實驗過程中,磁屏蔽系統(tǒng)已使用大電流退磁,處于已退磁狀態(tài)。諧振腔的微波輸入功率為-90dBm,微波腔諧振頻率調(diào)節(jié)至原子躍遷頻率附近,1420.405751MHz±5KHz,兩個線圈產(chǎn)生的C場大小均約為1mGauss。直螺線管線圈作用下的氫原子(0-0)躍遷信號增益為....

本文編號：4022810