銣原子鐘微波諧振腔探針激勵仿真分析

王鵬，閆泉喜，趙杏文

（成都天奧電子股份有限公司，成都 610036）

0 引言

微波諧振腔是銣原子鐘的核心部件，為吸收泡提供一個頻率為6.834 GHz的微波作用場所，以激勵吸收泡中的銣原子發生能級躍遷，產生微波躍遷信號[1-2]。微波腔的高品質因數、適當的外部激勵、高穩定度的諧振頻率等在很大程度上決定著銣原子鐘的性能[3]。

雖然國內外有關微波諧振腔的研究很多，包括小型化諧振腔的研究以及復雜微波腔不同模式諧振特性的研究[4-7]，但是對于銣原子頻標中諧振腔加外部激勵方面的研究較少，而外部激勵是影響銣原子鐘性能指標的關鍵因素。本文針對前期采用耦合環激勵的方式得不到所需諧振頻率以及回波損耗很大的問題，提出采用探針激勵的方式，這種方式占用空間小，加工操作簡單且便于調節，分析微波腔加外部激勵問題屬于復雜的電磁場問題，可以通過有限元仿真軟件進行分析。本文通過HFSS仿真軟件研究在固定模式下微波諧振腔探針激勵的可行性，從而進一步優化微波諧振腔激勵方式。

1 微波諧振腔激勵方式分析

微波諧振腔是在微波頻率下工作的諧振器，具有儲能和選頻特性。在銣原子鐘中是為原子磁共振提供合適的微波場，以激勵吸收泡中的銣原子躍遷，產生微波躍遷信號。評估微波諧振腔性能的關鍵參數[8-10]：

① 諧振頻率是指在諧振腔中激起電磁振蕩的工作頻率，描述諧振腔中電磁能量振蕩規律的參量。

② 品質因數Q表示諧振腔的儲能與損耗的關系，描述了諧振腔選擇性能的優劣和能量損耗的大小。……