星载氢原子钟用多段线圈式C场的仿真及应用

分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2020-04-20 合作期刊: 《天文研究与技术》

潘志兵 谢勇辉 帅 涛 陈鹏飞 裴雨贤 潘晓燕 赵阳 林传富

摘要： 星载氢原子钟具有频率稳定度高、频率漂移率低的优点，在卫星导航定位和频率计量中得到了广泛应用。星载氢原子钟的腔泡系统用于实现氢原子的量子跃迁及其信号采集，原子跃迁信号幅度直接决定了系统信噪比，进而影响整机性能指标，所以腔泡系统是星载氢原子钟的核心组件。目前,星载氢原子钟腔泡系统主要采用直螺线管来产生原子跃迁所需的C场。由于星载氢原子钟物理部分的结构限制，直螺线管的磁场均匀度有进一步提高的空间。探讨使用多段线圈代替直螺线管用于产生C场的可行性。首先对多段线圈产生的磁场进行理论分析计算，同时使用ANSYS电磁场仿真软件对多段线圈的各项参数进行仿真和优化，包括各段长度、段数、间距以及匝数、内径和总长度等。然后优选磁场均匀度较好的线圈配置参数，可将C场的非均匀度由直螺线管约10%降低到多段线圈约1%。根据仿真优化结果建立了试验九段线圈，对比测试了原子跃迁信号增益，同时结合电路部分进行了闭环测试，对频率稳定度指标进行了对比。实验结果表明,原子跃迁信号可有效提升，阿伦方差在中短稳(1S-1000S)能表现更好。此项工作为星载氢原子钟整机性能指标的进一步提升打下了基础。

 点击量 3386  下载量 1282  评论