对极小型磁控管微波腔多普勒和腔牵引频移的分析

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1、制造技术研究航天制造技术对极小型磁控管微波腔多普勒和腔牵引频移的分析雒向东’罗崇泰2(1．兰州城市学院培黎工程技术学院，兰州730070；2．中国空间技术研究院兰州物理研究所表面工程技术国家级重点实验室，兰州730000)摘要：用AnsoftHFSS仿真软件建立了极小型氢频标磁控管微波腔模型结构，对仿真设计出的微波腔其多普勒和腔牵引频移进行了分析。在50。C时，将贮存泡温度变化控制在O．0l℃范围内，多普勒相对频移可获得1．4x10。15频率准确度；当Q,-=5x103时，腔谐振频率与原子跃迁频率差值小于5Hz，原子线宽小于1Hz时，谐振腔就满足振荡条件，并可保证腔牵

2、引相对频移小于10叫4。关键词：磁控腔；多普勒频移；腔牵引频移FrequencyShiftAnalysisofDopplerandCavityPullingforExtremelySmallMagnetronMicrowaveCavityLuoXiangdon91LuoChongtai2(1．PeiliTechnicalCollegeofLanzhouCityUniversity,Lanzhou730070；2．NationalKeyLabofSurfaceEngineering，LanzhouInstituteofPhysicofChinaAcademyofSpac

3、eTechnology，Lanzhou730000)Abstract：ThemodeofextremelysmallmagnetronmicrowavecavityofhydrogenmaserisbuiltbyAnsoftHFSS，anditsfrequencyshiftofDopplerandcavitypullingisanalyzed．Whenthetemperatureofstoragebulbchangeswithinalimitof0．01℃，therelativefequencyshiftofDoppleris1．4x10一¨at50"C．WhenQf

4、=5x103，thedifferencebetweencavityoscillationfrequencyandatomtransitionfrequencyiswithalimitof5HzandtheatomlinebroadiswithalimitofIHz，theoscillationconditionofmicrowavecavityissatisfiedandtherelativefrequencyshiftoutputtedofcavitypullingiswithalimitof10—14．Keywords：magnetroncavity；Dopple

5、rfequencyshift：cavitypullingfequencyshift1引言导航卫星由于有效载荷的限制，所载氧钊t必须小型化，而氧钟的小型化主要是其谐振腔的小型化设计，进而带动其它部件的减少。小型化的谐振腔是氧脉泽的心脏部件，其谐振频率的变化会引起脉泽输出频率的变化，所以对小型谐振腔其频移及线宽问题的分析对提岛小型氢脉泽频率准确度有重要意义。2极小型磁控管微波腔的设计‘’~31建立模型：磁控管微波腔结构尺寸是一半径为b(b=32mm)、长为L(L=100mm)的金属圆柱筒包围着一个长度为f(／=80mm)、半径为a(a=18mm

6、一J轴金属圆柱壳，

7、金属圆柱壳厚度为d(d=lmm)，均匀分布rt(_，l=2)个长为f、宽为W的缝隙，腔体为理想电壁，电极镀银，电极距腔筒卜下底间距10mm，在电极}：下加4个半径为lmm、长度为10mm的对称镀银金属阴柱支柱，再放置一贮存泡，贮存泡形状取咧柱壳形状，长度与壳电极等长，一端中央带有半径为0．6mm、厚Imm的吲简，贮存泡是石英玻璃材质，74融：】及际频r原打究研业0学广乜盖：j物授救：292“t{耋㈨雒加介。期简论¨打邢稿件场收制造技术研究2010年12月第6期厚度取lmm。用AnsoftHFSS建立的带泡磁控管微波腔模型如图l所示。图1带支柱和贮存泡的磁控管微波腔模型

8、图图2带支柱和贮存泡的磁控管微波腔用HFSS软件采用最小频率0．5GHz开始计算20个模式，最大迭代计算次数是6，最大迭代频差为0．02％。从仿真结果可知，当取壳电极缝隙间距2mm时，磁控管微波腔1bll本征模谐振频率最接近氢原子超精细结构(0—0)跃迁频率1．4239GHz，误差为0．25％，品质因数为5627。图2是带支柱和贮存泡的磁控管微波腔的电磁场图，从图2a和2b可看出磁场仍近似是TE0ll模式，图2d反映出电场仍主要分布在微波腔壳电极缝隙区域，并且电场结构已不为低¨模式，我们可不考虑电场分布的变化；从图2c可看出磁场在磁控管内及支柱附近分