發(fā)布時(shí)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(diǎn),在衛(wèi)星導(dǎo)航定位和頻率計(jì)量中得到了廣泛應(yīng)用。星載氫原子鐘的腔泡系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)氫原子的量子躍遷及其信號(hào)采集,原子躍遷信號(hào)幅度直接決定了系統(tǒng)的信噪比,進(jìn)而影響整機(jī)性能指標(biāo),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(xiàn)管來(lái)產(chǎn)生原子躍遷所需的C場(chǎng)。由于星載氫原子鐘物理部分的結(jié)構(gòu)限制,直螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)均勻度有進(jìn)一步提高的空間。探討使用多段線(xiàn)圈代替直螺線(xiàn)管用于產(chǎn)生C場(chǎng)的可行性。首先對(duì)多段線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行理論分析計(jì)算,同時(shí)使用ANSYS電磁場(chǎng)仿真軟件對(duì)多段線(xiàn)圈的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行仿真和優(yōu)化,包括各段長(zhǎng)度、段數(shù)、間距以及匝數(shù)、內(nèi)徑和總長(zhǎng)度等。然后優(yōu)選磁場(chǎng)均勻度較好的線(xiàn)圈配置參數(shù),可將C場(chǎng)的非均勻度由直螺線(xiàn)管約10%降低到多段線(xiàn)圈約1%。根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果建立了試驗(yàn)九段線(xiàn)圈,對(duì)比測(cè)試了原子躍遷信號(hào)增益,同時(shí)結(jié)合電路部分進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試,對(duì)頻率穩(wěn)定度指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,原子躍遷信號(hào)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(xiàng)工作為星載氫原子鐘整機(jī)性能指標(biāo)的進(jìn)一步提升打下了基礎(chǔ)。

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【部分圖文】：

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

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

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

多段線(xiàn)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(jì)算機(jī)仿真和物理機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。借助ANSYS電磁場(chǎng)仿真軟件,主要開(kāi)展段數(shù)為九段的多段線(xiàn)圈仿真工作。該模型綜合考慮星載氫鐘中與C場(chǎng)相關(guān)的其他結(jié)構(gòu),比如C場(chǎng)支架、儲(chǔ)存泡和磁屏蔽系統(tǒng)等。線(xiàn)圈輸入電流0.02mA,剛好可以....

圖3 (a) 直螺線(xiàn)管在儲(chǔ)存泡區(qū)域中心軸線(xiàn)上的磁場(chǎng)均勻度;(b) 九段線(xiàn)圈在儲(chǔ)存泡區(qū)域中心軸線(xiàn)上的磁場(chǎng)均勻度

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

圖4 九段線(xiàn)圈實(shí)物圖

在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的C場(chǎng)大小均約為1mGauss。直螺線(xiàn)管線(xiàn)圈作用下的氫原子(0-0)躍遷信號(hào)增益為....

本文編號(hào)：4022810