CN112117521B - 一种氢原子频标电离源天线装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氢原子频标电离源天线装置及其使用方法，所述天线装置包括：盘绕天线、振荡电路以及天线固定基座；所述盘绕天线包括螺旋部和与所述螺旋部暴露在外侧的一端连接的直线部，所述直线部与所述振荡电路耦接；所述天线固定基座与所述螺旋部至少接触设置，并且所述天线固定基座通过导热材料形成，本发明提供的天线装置，不仅能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，大大增强天线装置的抗震性，而且天线固定基座采用导热材料，将使用天线时产生的热量通过天线固定基座传递至壳体上，起到散热快、有效改善天线内部温度的作用，对提高氢原子频标适应环境能力作出突出的贡献，从而为氢原子频标高性能长寿命提供新的技术基础。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域，更具体的，涉及一种氢原子频标电离源天线装置及其使用方法。
背景技术
目前，氢原子频标电离源天线装置的天线使用的是悬空式盘绕天线，悬空式盘绕天线的特点是输出功率大，装配简单，使用安装便捷；悬空式盘绕天线的缺点是散热慢，温度高，无法应用真空环境，抗震性差。悬空式盘绕天线是由金属铜线绕制而成，表层镀金，通过支柱固定在电离壳内，天线一端与振荡电路连接，另一端与接地电容连接，整个电离源天线装置处于电离泡正下方。
经整理，上述的悬空式盘绕天线有如下不足之处：
1、工作过程中，天线主要通过空气介质导热，散热慢，天线温度会升高，一方面导致振荡电路的温度升高，另一方面导致电离泡温度升高，长期在高温环境下工作会影响振荡电路和电离泡的寿命，从而影响氢原子频标的寿命。
2、在真空环境下工作时，天线表面在射频场的作用下发生金属溅射现象，电离泡外壁会被蒸镀上一层金属膜层，该膜层削弱了电离泡内部的电磁场强度，阻碍电离泡内氢原子的形成，导致悬空式盘绕天线无法应用于真空环境。
3、当悬空式盘绕天线在运输或使用过程中处于激烈振动的条件下，天线易发生形变，连接在天线两端的焊点易发生脱落，导致氢原子频标无法正常工作。
发明内容
为了解决上述问题中的至少一个，本发明一方面实施方式提供了一种氢原子频标电离源天线装置，所述天线装置包括：盘绕天线、振荡电路以及天线固定基座；所述盘绕天线包括螺旋部和与所述螺旋部暴露在外侧的一端连接的直线部，所述直线部与所述振荡电路耦接；所述天线固定基座与所述螺旋部至少接触设置，并且所述天线固定基座通过导热材料形成。
在某些实施方式中，所述天线固定基座靠近所述螺旋部的一侧表面形成对应所述螺旋部设置的螺旋槽，所述螺旋部可嵌入所述螺旋槽内。
在某些实施方式中，天线固定盖，所述天线固定盖覆盖在所述天线固定基座形成螺旋槽的表面上。
在某些实施方式中，所述盘绕天线的表面通过电镀形成镀金层。
在某些实施方式中，所述天线固定基座为陶瓷基座；和/或
形成所述天线固定基座的材料包括氮化硼。
在某些实施方式中，形成所述天线固定盖的材料为聚四氟乙烯。
在某些实施方式中，还包括：接地电容，一端与所述螺旋部暴露在内侧的一端连接固定，另一端接地设置。
在某些实施方式中，所述螺旋部与所述直线部一体成型。
在某些实施方式中，所述天线固定基座包括：
接地电容容纳部，所述接地电容容纳部位于所述螺旋槽远离所述盘绕天线的一侧，所述接地电容***所述容纳部与所述螺旋部内侧暴露的一端连接固定。
本发明第二方面实施方式提供了一种氢原子频标电离源天线装置的使用方法，利用如上述的氢原子频标电离源天线装置进行氢原子频标。
本发明的有益效果
本发明提供一种氢原子频标电离源天线装置及其使用方法，所述天线装置包括：盘绕天线、振荡电路以及天线固定基座；所述盘绕天线包括螺旋部和与所述螺旋部暴露在外侧的一端连接的直线部，所述直线部与所述振荡电路耦接；所述天线固定基座与所述螺旋部至少接触设置，并且所述天线固定基座通过导热材料形成，本发明提供的天线装置，不仅能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，大大增强天线装置的抗震性，而且天线固定基座采用导热材料，将使用天线时产生的热量通过天线固定基座传递至壳体上，起到散热快、有效改善天线内部温度的作用，对提高氢原子频标适应环境能力作出突出的贡献，从而为氢原子频标高性能长寿命提供新的技术基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明实施方式中一种氢原子频标电离源天线装置的结构示意图；
图2示出本发明实施方式中一种氢原子频标电离源天线装置横截面的结构示意图。
附图标记：1.盘绕天线；2.天线固定基座；3.天线固定盖；4.振荡电路；5.接地电容；6.壳体组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施方式或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施方式，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施方式；同样的，以下描述中，第一部件和第二部件的“耦接”，可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施方式，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施方式。
另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本要求的保护范围之内。
目前，氢原子频标电离源天线装置的天线使用的是悬空式盘绕天线，悬空式盘绕天线有如下不足之处：
1、工作过程中，天线主要通过空气介质导热，散热慢，天线温度会升高，一方面导致振荡电路的温度升高，另一方面导致电离泡温度升高，长期在高温环境下工作会影响振荡电路和电离泡的寿命，从而影响氢原子频标的寿命。
2、在真空环境下工作时，天线表面在射频场的作用下发生金属溅射现象，电离泡外壁会被蒸镀上一层金属膜层，该膜层削弱了电离泡内部的电磁场强度，阻碍电离泡内氢原子的形成，导致悬空式盘绕天线无法应用于真空环境。
3、当悬空式盘绕天线在运输或使用过程中处于激烈振动的条件下，天线易发生形变，连接在天线两端的焊点易发生脱落，导致氢原子频标无法正常工作。
基于此，如图1和图2所示，本发明一方面提供了一种氢原子频标电离源天线装置，所述天线装置包括：盘绕天线1、振荡电路4以及天线固定基座2。
具体的，该盘绕天线1包括螺旋部和与所述螺旋部暴露在外侧的一端连接的直线部，所述直线部与所述振荡电路4耦接；所述天线固定基座2与所述螺旋部至少接触设置，并且所述天线固定基座2通过导热材料形成。
本发明提供的天线装置，不仅能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，大大增强天线装置的抗震性，而且天线固定基座采用导热材料，将使用天线时产生的热量通过天线固定基座传递至壳体上，起到散热快、有效改善天线内部温度的作用，对提高氢原子频标适应环境能力作出突出的贡献，从而为氢原子频标高性能长寿命提供新的技术基础。
优选的，本发明实施方式中盘绕天线的表面通过电镀形成镀金层，具体的，可以是一种镀金的金属铜材料绕制而成。
优选的，振荡电路是一种高频振荡电路，该振荡电路为天线提供高频振荡信号。可以理解，为了能够在空中传播信号，必须把信号调制成高频或射频信号，每个信号占用一个频道，这样才能在空中同时传播多个频道而不会导致混乱。
该盘绕天线包括螺旋部和与螺旋部暴露在外侧的一端连接的直线部，螺旋部与直线部相互独立，使用时耦接在一起，依实际需要可以分别灵活调整各自的长短和粗细，本发明不作限制。
在一些优选的实施方式中，该盘绕天线的螺旋部与直线部一体成型。
可以理解，整个绕盘天线采用一体成型的结构更加稳固，从而避免耦接带来的工艺问题，一体成型的天线结构能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，保障天线装置的抗震性。
本发明实施方式中的天线固定基座通过导热材料形成，优选的，天线固定基座为陶瓷基座，和/或形成天线固定基座的材料包括氮化硼。
本领域技术人员知晓，传统悬空式盘绕天线的热量主要通过空气介质传递，散漫慢，导致振荡电路和电离泡温度升高，长期在高温环境下工作会缩短振荡电路和电离泡的寿命，从而影响氢原子频标的寿命。
可以理解，本发明实施方式通过安装了陶瓷基座，该基座用于固定天线的同时，把天线的热量通过陶瓷基座传递至壳体上，当天线在相同的环境下工作时，天线温度传导由原来的空气介质变成陶瓷介质，大幅度改善天线温度，从而保障了天线装置的使用寿命。
更具体的，天线固定基座是一种材料为氮化硼的陶瓷基座。可以理解，氮化硼具有良好的导热性和抗侵蚀性质，且硬度仅次于金刚石。选用氮化硼作为陶瓷基座的材料，不仅能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，大大增强天线装置的抗震性，而且将使用天线时产生的热量通过该陶瓷基座传递至壳体上，起到散热快、有效改善天线内部温度的作用。
当然此处仅仅示出该实施方式的具体材料构成的其中一种形式，本领域技术人员可以理解，具体材料的选取不会形成实质性的影响，在不影响本发明的主体构思的前提下，本领域技术人员有能力在不付出创造性劳动的基础上，可以进行其他材料的选取。
请继续结合图1和图2，在一些优选的实施方式中，天线固定基座靠近所述螺旋部的一侧表面形成对应所述螺旋部设置的螺旋槽，所述螺旋部可嵌入所述螺旋槽内。
本领域技术人员知晓，传统悬空式盘绕天线主要靠支柱固定，天线与振荡电路、接地电容都是通过焊点连接，在剧烈的振动环境下，天线易发生形变，连接焊点易脱落，导致电离源天线装置无法正常工作。
可以理解，本发明实施方式将天线固定基座靠近螺旋部的一侧表面形成对应螺旋部设置的螺旋槽，使天线的螺旋部可嵌入对应的螺旋槽内，且整个天线固定基座通过螺钉螺母固定在装置外壳上，即使在剧烈的振动环境下也能够正常平稳运行，没有类似的形变和焊点脱落现象发生，大大增强了天线装置的抗震性。
请继续结合图1和图2，在上述实施方式中提供的天线装置的基础上，一些实施方式中，该天线装置还包括天线固定盖，该天线固定盖覆盖在天线固定基座形成螺旋槽的表面上。
优选的，形成所述天线固定盖的材料为聚四氟乙烯。
本领域技术人员知晓，在真空环境下，传统悬空式盘绕天线表面的镀金层会在电磁场作用下发生溅射效应，在电离泡表面生长出一层金属膜层，该膜层会减弱电离泡内部电磁场强度。
可以理解，本实施方式中的天线固定盖材料可以为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯具有很好的绝缘性，覆盖在天线上方，能够有效的阻止天线在真空环境下发生的蒸镀现象。同时该材料具备非常小的介电常数，对电磁场的抑制作用比较弱。
在一些实施方式中，该天线装置还包括接地电容，该接地电容一端与天线螺旋部暴露在内侧的一端连接固定，另一端接地设置。
优选的，接地电容是一种由半钢电缆制作而成的电容，该接地电容用于调节天线发射射频场的频率。
具体的，该接地电容位于螺旋槽内盘绕天线的下方，与盘绕天线螺旋部暴露在内侧的一端连接固定。该连接固定可以采用焊接，触点连接，电连接等方式。
在一些实施方式中，天线固定基座包括接地电容容纳部，该接地电容容纳部位于螺旋槽远离盘绕天线的一侧，接地电容***所述容纳部与所述螺旋部内侧暴露的一端连接固定。
可以理解，在天线固定基座预留接地电容容纳部，可以充分利用装置内部空间，还可以保障整体装置的稳定性，使天线装置能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，提高天线装置的抗震性。
在一个具体的实施例中，一种氢原子频标电离源天线装置，其主要部件的尺寸为：盘绕天线1直径为1.7mm，盘绕5圈，每圈间距为4.7mm；天线固定基座2长度为55mm，宽度为55mm，高度为9mm，槽宽为2mm，槽深为2.5mm；天线固定盖3长度为55mm，宽度为55mm，厚度为2mm；接地电容5直径为3mm，长度为30mm；壳体组件6放置天线的空间直径为90mm，深度为27mm。
当然此处仅仅示出该实施例的具体尺寸和材料构成的其中一种形式，本领域技术人员可以理解，具体的尺寸的选取不会形成实质性的影响，在不影响本发明的主体构思的前提下，本领域技术人员有能力在不付出创造性劳动的基础上，可以进行其他尺寸的选取，此处不再赘述。
从上述实施方式可以知晓，本发明提供的天线装置，不仅能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，大大增强天线装置的抗震性，而且天线固定基座采用导热材料，将使用天线时产生的热量通过天线固定基座传递至壳体上，起到散热快、有效改善天线内部温度的作用，对提高氢原子频标适应环境能力作出突出的贡献，从而为氢原子频标高性能长寿命提供新的技术基础。
基于相同的发明构思，本发明另一方面实施方式提供了一种氢原子频标电离源天线装置的使用方法，利用本发明第一方面实施方式所述的氢原子频标电离源天线装置进行氢原子频标。
使用时，天线通过振荡电路发射的射频信号耦合至电离泡内，电离泡内氢气在射频场作用下被电离成氢原子，为氢原子频标长期工作提供源源不断的氢原子。
从上述实施方式可以知晓，本发明提供的一种氢原子频标电离源天线装置的使用方法，不仅能够在剧烈的振动环境下正常平稳运行，大大增强天线装置的抗震性，而且天线固定基座采用导热材料，将使用天线时产生的热量通过天线固定基座传递至壳体上，起到散热快、有效改善天线内部温度的作用，对提高氢原子频标适应环境能力作出突出的贡献，从而为氢原子频标高性能长寿命提供新的技术基础。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。尤其，对于使用方法实施方式而言，由于其基本相似于装置实施方式，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施方式的部分说明即可。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施方式的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。
此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施方式的实施方式而已，并不用于限制本说明书实施方式。对于本领域技术人员来说，本说明书实施方式可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施方式的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施方式的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种氢原子频标电离源天线装置，其特征在于，所述天线装置包括：
盘绕天线、振荡电路以及天线固定基座；
所述盘绕天线包括螺旋部和与所述螺旋部暴露在外侧的一端连接的直线部，所述直线部与所述振荡电路耦接；
所述天线固定基座与所述螺旋部至少接触设置，并且所述天线固定基座通过导热材料形成；
所述天线固定基座靠近所述螺旋部的一侧表面形成对应所述螺旋部设置的螺旋槽，所述螺旋部可嵌入所述螺旋槽内；
所述天线装置还包括：
天线固定盖，所述天线固定盖覆盖在所述天线固定基座形成螺旋槽的表面上；
形成所述天线固定盖的材料为聚四氟乙烯；
所述螺旋部与所述直线部一体成型；
所述天线固定基座为陶瓷基座；和/或
形成所述天线固定基座的材料包括氮化硼。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述盘绕天线的表面通过电镀形成镀金层。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还包括：
接地电容，一端与所述螺旋部暴露在内侧的一端连接固定，另一端接地设置。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述天线固定基座包括：
接地电容容纳部，所述接地电容容纳部位于所述螺旋槽远离所述盘绕天线的一侧，所述接地电容***所述容纳部与所述螺旋部内侧暴露的一端连接固定。
5.一种氢原子频标电离源天线装置的使用方法，其特征在于，利用如权利要求1-4任一项所述的氢原子频标电离源天线装置进行氢原子频标。
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