王国瑞，杜 燕，李锡瑞

(1. 中国科学院上海天文台，上海 200030；2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 北京卫星导航中心，北京 100094)

随着现代科技的发展，高精度的时频测量有了广泛的应用，如航空航天、卫星发射及监控、地质测绘、导航通信、电力传输、通信同步网的构建等方面[1]，原子钟作为一种精确且稳定的时间标准应运而生。目前，氢原子钟是应用较多的原子钟之一。氢原子频标具有优良的频率稳定度和准确度，但是，该频标也有其固有的缺点，由于使用高有载品质因数的微波谐振腔，其振荡频率随着腔谐振频率的变化而变化，即所谓的腔牵引效应。另外，输出回路效应以及外界环境因素的改变等都影响谐振腔的振荡频率[2]。

腔自动调谐技术最早由Peters于1982年提出[3]。目前，应用较广的腔自动调谐系统实现方式包括3种：外部探测信号调谐方式、微波腔频率开关调谐方式和Qa调制方式。接下来结合上海天文台SOHM-4型主动氢原子钟和俄罗斯VCH-1003M型主动氢原子钟对外部探测信号调谐方式和微波腔频率开关调谐方式进行介绍和分析。

1 腔牵引效应

当谐振腔的谐振频率与原子的跃迁频率不一致时，原子的跃迁频率随着谐振腔振荡频率的变化而变化，产生腔牵引效应。腔牵引效应的公式如下[2]：

Δf0=ΔfcQc/Ql，

(1)

其中，Δf0为氢原子钟输出频率的变化；Δfc为谐振腔的腔频变化；Qc为谐振腔的有载品质因数；Ql为氢原子的谱线品质因数。

主动型氢原子钟典型的Qc=46 000，Ql=1.1 × 109。根据公式：

(2)

其中，f0为1.4 GHz。由(2)式可以得出，如果使氢原子钟的长期频率稳定度保持在10-14量级，那么谐振腔的频率变化范围要控制在1 Hz以内，这对谐振腔的调谐精度提出了较高的要求。……