氢原子钟用变容调谐装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种氢原子钟用变容调谐装置，包括：一套筒，套筒内部形成一安装空间，套筒接地；一内轴，内轴设置于安装空间内，内轴的两端分别设置有一第一连接端和一第二连接端，第二连接端连接一电压输入端；至少一绝缘环，绝缘环设置于套筒与内轴之间；一PCB板，PCB板连接于第一连接端，PCB板用于调节微波腔的谐振频率；一耦合天线，耦合天线的一端连接于套筒，耦合天线的另一端连接所述PCB板。本发明的氢原子钟用变容调谐装置，在保证滤波效率的基础上，简化了氢原子钟用变容调谐装置的滤波结构，使其安装结构得以简化，同时提高了滤波结构的强度，并能提高腔频的调节范围，具有结构简单、强度高、调节范围大和适用性强的优点。
【专利说明】
氢原子钟用变容调谐装置
技术领域
[0001]本发明涉及氢原子钟领域，尤其涉及一种氢原子钟用变容调谐装置。
【背景技术】
[0002]时间是五个基本物理量之一，对其的精确计量具有重要的科研和应用价值。进入二十世纪后，利用确定能级跃迀实现高精度时间输出的原子钟逐渐成熟，并得到广泛地应用。目前实用型的原子钟包括铷原子钟、铯原子钟和氢原子钟，其中氢原子钟具有优秀的中短期稳定度和良好长期稳定度和漂移率指标，可用于守时授时、导航定位和通讯保障等众多领域。
[0003]氢原子钟的工作原理是利用氢原子基态两超精细能级之间的跃迀频率来锁定晶振。工业氢气通过提纯之后导入电离源系统，在此期间氢分子离结成为原子状态，同时发光发热，氢原子由准直器形成原子束流，在磁选态器的作用下，处于氢原子基态两超精细能级中较低能级态的氢原子电子射入微波谐振腔中的储存泡，并在其中发生微波共振跃迀，使腔内微波能量增加，通过检测微波谐振腔内的微波能量就可以将电路系统输出的微波信号锁定在原子跃迀谱线上，从而可以得到具有高稳定度和高准确度的输出信号。为了避免腔频偏差对输出频率的影响，需要保证微波腔的谐振频率与原子共振跃迀频率始终保持一致，因此需要变容调谐装置对微波腔进行频率调谐，同时对腔内微波的能量损耗应当尽可能小，避免对微波腔的性能造成影响。现有的变容调谐装置通常在腔内形成一个耦合环，变容二极管焊接在环上，对其施加正向电压从而调节微波腔频率，变容调谐装置中设置有电容和电感对输入进行滤波，该结构可以调节微波腔频率，但调节范围较小，且存在结构复杂和强度较低的问题。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种氢原子钟用变容调谐装置，在保证滤波效率的基础上，简化了氢原子钟用变容调谐装置的滤波结构，使其安装结构得以简化，同时提高了滤波结构的强度，并能提高腔频的调节范围，具有结构简单、强度高、调节范围大和适用性强的优点。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种氢原子钟用变容调谐装置，包括:
[0006]—套筒，所述套筒内部形成一安装空间，所述套筒的顶面开设有与所述安装空间连通的一第一通孔，所述套筒的底面开设有与所述安装空间连通的一第二通孔，所述套筒接地；
[0007]—内轴，所述内轴设置于所述安装空间内，所述内轴的两端分别设置有一第一连接端和一第二连接端，所述第一连接端自所述第一通孔伸出，所述第二连接端自所述第二通孔伸出并连接一电压输入端；
[0008]至少一绝缘环，所述绝缘环设置于所述套筒与所述内轴之间；
[0009]一 PCB板，所述PCB板包括一基板、一匹配电路和一变容二极管，所述匹配电路连接所述变容二极管，所述匹配电路和所述变容二极管固定于所述基板上，所述匹配电路连接所述第一连接端，所述变容二极管用于调节微波腔的谐振频率；
[0010]—耦合天线，所述耦合天线的一端连接于所述套筒，所述耦合天线的另一端连接所述PCB板。
[0011]优选地，所述匹配电路包括至少一保护电阻和一滤波电容，所述滤波电容的一第一端连接所述电压输入端，所述滤波电容的一第二端连接一电压输出端，所述保护电阻与所述变容二极管串联，所述变容二极管和所述保护电阻与所述滤波电容并联;所述耦合天线通过所述匹配电路连接所述变容二极管。
[0012]优选地，所述匹配电路包括两保护电阻，两所述保护电阻分别串联于所述变容二极管的两侧。
[0013]优选地，所述内轴的顶部与所述套筒之间和所述内轴的底部与所述套筒之间分别设置有一所述绝缘环，所述内轴的中部与所述套筒之间形成一间隙空间。
[0014]优选地，所述套筒包括一套筒本体和一螺圈，所述套筒本体形成所述安装空间，且所述套筒本体的底部形成与所述安装空间连通的一开口，所述开口的内壁与所述螺圈外围形成相互配合的螺纹结构，所述螺圈与所述套筒本体通过所述螺纹结构螺接。
[0015]优选地，还包括一外绝缘套，所述外绝缘套套设于所述套筒外。
[0016]优选地，所述内轴采用金属材质。
[0017]优选地，所述耦合天线的材质采用铜。
[0018]优选地，所述耦合天线的一端焊接于所述套筒，所述耦合天线的另一端焊接于所述PCB板。
[0019]本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果:
[0020]耦合天线的一端连接于套筒，耦合天线的另一端连接PCB板，这种相对独立的连接结构使得耦合天线可以采用更大的尺寸并获得更大的环绕面积，从而扩大微波腔的谐振频率的调节范围。绝缘环用于保持内轴与套筒之间的电绝缘性。变容二极管置于独立的PCB板上，在简化了滤波结构的同时也增强了变容二极管的强度，通过外加电压改变变容二极管的电容值，从而实现对微波腔频率的调节。保护电阻用于保护变容二极管，防止过大输入电压对变容二极管造成损坏。滤波电容作为变容二极管的并联电容，用于防止微波腔内的微波泄漏。在变容二极管两侧分别串联保护电阻，可以提高保护电路的可靠性，在一个电阻出现短路时仍然可以对变容二极管进行保护。内轴的中部与所述套筒之间形成一间隙空间，间隙空间相当于为变容二极管并联的对地电容。螺圈自下而上螺接于套筒本体，将内轴和绝缘环固定在套筒本体内。外绝缘套作为变容调谐装置的绝缘外壳，保证变容调谐装置在微波腔内安装时的电绝缘性。耦合天线的一端焊接于所述套筒，所述耦合天线的另一端焊接于所述PCB板，进一步加强了耦合天线的强度。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明实施例的氢原子钟用变容调谐装置的结构示意图；
[0022]图2为本发明实施例的匹配电路与变容二极管的连接结构示意图；
[0023]图3为本发明实施例的氢原子钟用变容调谐装置的调谐性能测试图。
【具体实施方式】
[0024]下面根据附图1-3，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
[0025]请参阅图1，本发明的一种氢原子钟用变容调谐装置，包括:一套筒1，套筒I内部形成一安装空间，套筒I的顶面开设有与安装空间连通的一第一通孔，套筒I的底面开设有与安装空间连通的一第二通孔，套筒I接地;一内轴2，内轴2设置于安装空间内，内轴2采用金属材质，呈圆柱体，内轴2的两端分别设置有一第一连接端21和一第二连接端22，第一连接端21自第一通孔伸出，第二连接端22自第二通孔伸出；至少一绝缘环3，绝缘环3设置于套筒I与内轴2之间；一PCB板4，PCB板4连接于第一连接端21，PCB板4用于调节微波腔的谐振频率，本实施例中PCB板通过固定螺钉安装在套筒I上表面;一耦合天线5，耦合天线5的一端连接于套筒I，耦合天线5的另一端连接PCB板4，本实施例中，耦合天线5材质采用铜，并与套筒I和PCB板4焊接。
[0026]親合天线5的一端连接于套筒I，親合天线5的另一端连接PCB板4，这种相对独立的连接结构使得耦合天线5可以采用更大的尺寸并获得更大的环绕面积，从而扩大微波腔的谐振频率的调节范围。PCB板4的采用，在保证滤波效率的基础上，简化了氢原子钟用变容调谐装置的滤波结构，使其安装结构得以简化。绝缘环3用于保持内轴2与套筒I之间的电绝缘性。
[0027]本实施例中，内轴2的顶部与套筒I之间和内轴2的底部与套筒I之间分别设置有一绝缘环3，内轴2的中部与套筒I之间形成一间隙空间6。内轴2的中部与套筒I之间形成一间隙空间6，间隙空间6相当于为变容二极管Cl并联的对地电容。
[0028]本实施例中，套筒I包括一套筒本体11和一螺圈12，套筒本体11形成安装空间，且套筒本体11的底部形成与安装空间连通的一开口，开口的内壁与螺圈12外围形成相互配合的螺纹结构，螺圈12与套筒本体11通过螺纹结构螺接。螺圈12自下而上螺接于套筒本体11，将内轴2和绝缘环3固定在套筒本体11内。
[0029]本实施例中，氢原子钟用变容调谐装置还包括一外绝缘套7，外绝缘套7套设于套筒I外。外绝缘套7作为变容调谐装置的绝缘外壳，保证变容调谐装置在微波腔内安装时的电绝缘性。
[0030]请参阅图2，本实施例中，PCB板4包括一基板(图中未示)、一变容二极管Cl和一匹配电路41，匹配电路41连接变容二极管Cl，且匹配电路41和变容二极管Cl固定于基板;匹配电路41包括至少一保护电阻R和一滤波电容C2，滤波电容C2的一第一端连接电压输入端42，滤波电容C2的一第二端连接一电压输出端43，保护电阻R与变容二极管Cl串联，和保护电阻R与滤波电容C2并联;耦合天线5通过匹配电路41连接变容二极管Cl，用于变容二极管Cl在微波腔内的电容親合。
[0031]变容二极管Cl置于独立的PCB板4上，在简化了滤波结构的同时也增强了变容二极管Cl的强度，通过外加电压改变变容二极管Cl的电容值，从而实现对微波腔频率的调节。保护电阻R用于保护变容二极管Cl，防止过大输入电压对变容二极管Cl造成损坏。滤波电容C2作为变容二极管Cl的并联电容，用于防止微波腔内的微波泄漏。
[0032]本实施例中，匹配电路41包括两保护电阻R，两保护电阻R分别串联于变容二极管Cl的两侧。
[0033]在变容二极管两侧分别串联保护电阻，可以提高保护电路的可靠性，在一个电阻出现短路时仍然可以对变容二极管进行保护。
[0034]请参阅图1、图2，本发明的氢原子钟用变容调谐装置，在内轴2的第二连接端22处施加正向电压，则该正向电压通过内轴2传输至PCB板4，并作用于其上的变容二极管Cl，使变容二极管Cl产生相应的电容，该电容值通过耦合天线5作用于微波腔，使其谐振频率作出相应调整。耦合天线5的另一端与套筒本体11和螺圈12导通，在螺圈12上连接电压回线。夕卜绝缘套7安装在套筒I的外部，作为变容调谐装置的绝缘外壳，保证变容调谐装置在微波腔内安装时的电绝缘性。实验证明，本发明的氢原子钟用变容调谐装置的微波腔调谐效率较高，外加1V正向电压时可以达到200KHZ的微波腔调谐范围，同时微波腔的损耗变化小于ldB，微波腔的品质因数变化保持在8000以上。氢原子钟用变容调谐装置的调谐性能测试图可参见图3。
[0035]本发明的氢原子钟用变容调谐装置在保证滤波效率的基础上，简化了氢原子钟用变容调谐装置的滤波结构，使其安装结构得以简化，同时提高了滤波结构的强度，并能提高腔频的调节范围，具有结构简单、调节范围大、适用性强、调谐效率高，微波耦合性能良好，结构强度高的优点。
[0036]以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。
【主权项】
1.一种氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，包括:一套筒，所述套筒内部形成一安装空间，所述套筒的顶面开设有与所述安装空间连通的一第一通孔，所述套筒的底面开设有与所述安装空间连通的一第二通孔，所述套筒接地；一内轴，所述内轴设置于所述安装空间内，所述内轴的两端分别设置有一第一连接端和一第二连接端，所述第一连接端自所述第一通孔伸出，所述第二连接端自所述第二通孔伸出并连接一电压输入端； 至少一绝缘环，所述绝缘环设置于所述套筒与所述内轴之间； 一 PCB板，所述PCB板包括一基板、一匹配电路和一变容二极管，所述匹配电路连接所述变容二极管，所述匹配电路和所述变容二极管固定于所述基板上，所述匹配电路连接所述第一连接端，所述变容二极管用于调节微波腔的谐振频率； 一耦合天线，所述耦合天线的一端连接于所述套筒，所述耦合天线的另一端连接所述PCB 板。2.根据权利要求1所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，所述匹配电路包括至少一保护电阻和一滤波电容，所述滤波电容的一第一端连接所述电压输入端，所述滤波电容的一第二端连接一电压输出端，所述保护电阻与所述变容二极管串联，所述变容二极管和所述保护电阻与所述滤波电容并联;所述耦合天线通过所述匹配电路连接所述变容二极管。3.根据权利要求2所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，所述匹配电路包括两保护电阻，两所述保护电阻分别串联于所述变容二极管的两侧。4.根据权利要求1-3任一项所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，所述内轴的顶部与所述套筒之间和所述内轴的底部与所述套筒之间分别设置有一所述绝缘环，所述内轴的中部与所述套筒之间形成一间隙空间。5.根据权利要求4所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，所述套筒包括一套筒本体和一螺圈，所述套筒本体形成所述安装空间，且所述套筒本体的底部形成与所述安装空间连通的一开口，所述开口的内壁与所述螺圈外围形成相互配合的螺纹结构，所述螺圈与所述套筒本体通过所述螺纹结构螺接。6.根据权利要求4所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，还包括一外绝缘套，所述外绝缘套套设于所述套筒外。7.根据权利要求4所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，所述内轴采用金属材质。8.根据权利要求4所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，所述耦合天线的材质米用铜。9.根据权利要求4所述的氢原子钟用变容调谐装置，其特征在于，所述耦合天线的一端焊接于所述套筒，所述耦合天线的另一端焊接于所述PCB板。
【文档编号】H03L7/26GK106067816SQ201610398877
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月7日 公开号201610398877.X, CN 106067816 A, CN 106067816A, CN 201610398877, CN-A-106067816, CN106067816 A, CN106067816A, CN201610398877, CN201610398877.X
【发明人】谢勇辉, 林传富, 帅涛, 裴雨贤, 陈鹏飞, 沈超, 薛红, 赵阳, 潘晓燕
【申请人】中国科学院上海天文台