一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及原子頻標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)。包括用戶終端模塊、綜合模塊及依次電連接的壓控晶振、隔離放大器、射頻倍頻模塊、微波倍頻模塊、物理單元、伺服電路，伺服電路包括依次電連接的整形電路模塊、相位檢測(cè)模塊、積分電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理模塊，物理單元和綜合模塊的交流信號(hào)輸出端與整形電路模塊輸入端電連接，數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端及射頻倍頻模塊的輸出端均與用戶終端模塊電連接。伺服電路將頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度輸入至用戶終端模塊，方便用戶了解頻標(biāo)的工作狀態(tài)穩(wěn)定度。另外，綜合模塊采用直接數(shù)字式頻率合成器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變?nèi)荻?jí)管調(diào)制電路，不受溫度的影響，使得原子頻標(biāo)具有較高的穩(wěn)定度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種被動(dòng)型挪原子頻標(biāo)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及原子頻標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)由物理單元及電子線路兩大部分組成，其中物理單元包 括光譜燈、集成濾光共振泡、微波腔、光電探測(cè)器、C場(chǎng)、磁屏等組成；電子線路包括綜合模 塊、壓控晶振、隔離放大器、射頻倍頻模塊、微波倍頻模塊和伺服電路等。物理系統(tǒng)提供量子 鑒頻基準(zhǔn)，電子線路提供微波探詢(xún)信號(hào)和鎖頻功能，將壓控晶振的輸出頻率鎖定在物理系 統(tǒng)的原子吸收峰上。
[0003] 原子頻標(biāo)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星的定位、導(dǎo)航和通信、儀器儀表以及天文等領(lǐng)域，這就需 要原子頻標(biāo)均有較高的精度和穩(wěn)定度，傳統(tǒng)的原子頻標(biāo)不能對(duì)其工作狀態(tài)的穩(wěn)定度進(jìn)行監(jiān) 控，不利于原子頻標(biāo)的維護(hù)。此外，由于傳統(tǒng)銣頻標(biāo)中采用了變?nèi)荻?jí)管調(diào)制電路，變?nèi)荻?級(jí)管是溫敏元件，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，不可避免地造成方波調(diào)頻的幅度發(fā)生變化，從而影響 銣頻標(biāo)的穩(wěn)定度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)，其具有較好的穩(wěn)定度，且便 于用戶對(duì)其工作狀態(tài)的穩(wěn)定度進(jìn)行監(jiān)控。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)，包括綜合模塊及依次電連接 的壓控晶振、隔離放大器、射頻倍頻模塊、微波倍頻模塊、物理單元和伺服電路，所述伺服電 路輸出端與壓控晶振連接，所述綜合模塊的輸入端與隔離放大器輸出端連接，綜合模塊的 輸出端分別與射頻倍頻模塊和伺服電路連接，還包括用于顯示頻標(biāo)相關(guān)信息的用戶終端模 塊、用于無(wú)線通信的第一無(wú)線通信模塊和第二無(wú)線通信模塊，所述伺服電路包括依次電連 接的整形電路模塊、相位檢測(cè)模塊、積分電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理模塊，所述物理單元 和綜合模塊的交流信號(hào)輸出端與整形電路模塊輸入端電連接，所述隔離放大器的輸出端及 數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端分別通過(guò)第一無(wú)線通信模塊和第二無(wú)線通信模塊與用戶終端模塊 連接。
[0006] 進(jìn)一步的，所述整形電路模塊包括第一整形電路和第二整形電路，所述綜合模塊 的交流信號(hào)輸出端與第一整形電路輸入端電連接，所述物理單元的交流信號(hào)輸出端與第二 整形電路輸入端電連接，所述第一整形電路和第二整形電路輸出端均與相位檢測(cè)模塊電連 接。
[0007] 進(jìn)一步的，所述綜合模塊包括依次連接的相位累加器、直接數(shù)字式頻率合成器和 低通濾波器，所述相位累加器的輸入端與鍵控調(diào)頻信號(hào)輸出端和設(shè)定頻率信號(hào)輸出端連 接，所述直接數(shù)字式頻率合成器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端與壓控晶振時(shí)鐘信號(hào)輸出端連接，所述 低通濾波器輸出端分別與射頻倍頻模塊和伺服電路連接。
[0008] 進(jìn)一步的，所述物理單元包括集成濾光共振泡，所述集成濾光共振泡內(nèi)充有緩沖 氣體。
[0009]進(jìn)一步的，所述直接數(shù)字式頻率合成器采用AD9832芯片。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:綜合模塊和物理單元光電池產(chǎn)生的兩路交流信號(hào)，分 別通過(guò)整形電路整形，得到沿比較好的窄脈沖，然后送入相位檢測(cè)電路進(jìn)行鑒相，得到對(duì)應(yīng) 兩信號(hào)相位差的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)積分變成相應(yīng)的直流電壓，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理后既能 得到一連串的頻差值數(shù)據(jù)，從而可以計(jì)算出頻率穩(wěn)定度，將頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度通過(guò)無(wú)線通 信模塊發(fā)送至用戶終端模塊，既能方便用戶了解頻標(biāo)的工作狀態(tài)穩(wěn)定度，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程監(jiān)控，即便用戶不在現(xiàn)場(chǎng)，也能了解頻標(biāo)的實(shí)施工況。另外，綜合模塊采用直接數(shù)字式頻 率合成器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變?nèi)荻?jí)管調(diào)制電路，不受溫度的影響，使得原子頻標(biāo)具有較高的穩(wěn)
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型連接原理框圖；
[0012]圖2為伺服電路內(nèi)部模塊連接關(guān)系圖；
[0013]圖3為伺服電路內(nèi)部時(shí)序圖；
[0014]圖4為綜合模塊內(nèi)部連接關(guān)系圖；
[00?5]圖中：1 一壓控晶振，2-隔尚放大器，3-射頻倍頻模塊，4一微波倍頻模塊，5-物 理單元，6-伺服電路，601a-第一整形電路，601b-第二整形電路，602-相位檢測(cè)模塊， 603-積分電路，604-模數(shù)轉(zhuǎn)換器，605-數(shù)據(jù)處理模塊，7-綜合電路，701-相位累加器， 702-存儲(chǔ)器，703-數(shù)模轉(zhuǎn)換器，704-低通濾波器，8-用戶終端模塊，9 一第一無(wú)線通信模 塊，10-第二無(wú)線通?目模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新 型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的 技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0017] 如圖1所示，本實(shí)用新型采用的被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)包括綜合模塊7、用戶終端模塊 8、第一無(wú)線通信模塊9、第二無(wú)線通信模塊10及依次電連接的壓控晶振1、隔離放大器2、射 頻倍頻模塊3、微波倍頻模塊4、物理單元5和伺服電路6。物理單元5內(nèi)又包括光譜燈、集成濾 光共振泡、微波腔、光電探測(cè)器、C場(chǎng)、磁屏等。為使多普勒加寬大大減少，在集成濾光共振泡 中充以緩沖氣體，本實(shí)施例中充入的緩沖氣體一般是惰性氣體或與87Rb原子作彈性碰撞的 非惰性氣體。
[0018] 如圖2所示，伺服電路6包括依次電連接的整形電路模塊、相位檢測(cè)模塊602、積分 電路603、模數(shù)轉(zhuǎn)換器604和數(shù)據(jù)處理模塊605。整形電路模塊又包括第一整形電路60 Ia和第 二整形電路601 b。其中，綜合模塊7的交流信號(hào)輸出端與第一整形電路601 a輸入端電連接， 所述物理單元5光電池的交流信號(hào)輸出端與第二整形電路601b輸入端電連接，第一整形電 路601a和第二整形電路601b輸出端均與相位檢測(cè)模塊電連接602。
[0019] 如圖3所示為伺服電路7處理前后的信號(hào)時(shí)序圖。綜合模塊7和物理單元5光電池輸 出兩路交流信號(hào)至整形電路模塊中進(jìn)行處理，得到沿比較好的窄脈沖，然后送入相位檢測(cè) 模塊602中進(jìn)行鑒相處理，得到對(duì)應(yīng)兩信號(hào)相位差的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)積分電路幾分處理，變 成相應(yīng)的直流電壓，將該直流電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到糾偏電壓和 頻率的穩(wěn)定性。將糾偏電壓發(fā)送給壓控晶振1，將頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定性通過(guò)第二無(wú)線通信模塊 10發(fā)送給用戶終端模塊8，同時(shí)，隔離放大器2通過(guò)第一無(wú)線通信模塊9將其輸出信號(hào)發(fā)送給 用戶終端模塊8,即可讓用戶了解目前原子頻標(biāo)整機(jī)的穩(wěn)定性情況。用戶終端模塊8可以是 手機(jī)、平板電腦、手提電腦等，用戶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻標(biāo)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，即便用戶不在現(xiàn)場(chǎng)，也能了 解頻標(biāo)的實(shí)施工況。
[0020]具體的積分細(xì)節(jié)如下：本實(shí)施例以8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器604采樣為例，在數(shù)字信號(hào)上它 能夠代表的數(shù)值范圍為0-255,通常在測(cè)試前會(huì)要求用戶給定一個(gè)校準(zhǔn)值（比如122)，它用 來(lái)定義相位〇度時(shí)所對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)值，相應(yīng)的可以容易地計(jì)算出相應(yīng)的-1800、+ 1800的相位值所對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)值為61及186。若這樣定義，那么最小分辨率大概 為30左右。以該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)值122,采集時(shí)間為10秒為例，實(shí)際采樣過(guò)程中計(jì)算一次 需要1000個(gè)數(shù)據(jù)。我們?nèi)〔杉瘮?shù)據(jù)中第1個(gè)、第101個(gè)、第201個(gè)…電壓數(shù)值V i,將其轉(zhuǎn)化為相 位值約、W、…病，具體的轉(zhuǎn)化公式為：
[0022]其中N為第i個(gè)1000個(gè)數(shù)據(jù)內(nèi)3600完整的周期個(gè)數(shù)，Vi為第i個(gè)1000個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)刻減 去第i-Ι個(gè)1000個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)值（有正負(fù)之分），Φ i即為所求的第i個(gè) 1000個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)刻所經(jīng)歷的總相位值，則第i個(gè)1000個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)刻差頻數(shù)據(jù)心為：
[0024]按照該方法，可以獲得一連串的頻差值數(shù)據(jù)h。有了相應(yīng)的匕值，將其代入以下公 式計(jì)算頻率穩(wěn)定度，并將結(jié)果輸送至用戶終端模塊8,即可讓用戶了解目前原子頻標(biāo)整機(jī)穩(wěn) 定性情況：
[0026] 其中τ為取樣時(shí)間，h為上述數(shù)據(jù)處理獲得的頻率差值，m為測(cè)量次數(shù)。
[0027] 如圖4所示為綜合模塊7的內(nèi)部連接關(guān)系圖。綜合模塊7主要由依次連接的相位累 加器701、直接數(shù)字式頻率合成器和低通濾波器704組成。其中本實(shí)施例中的直接數(shù)字式頻 率合成器采用AD9832芯片，其包括存儲(chǔ)器702和數(shù)模轉(zhuǎn)換器703。直接數(shù)字式頻率合成器的 參考源為隔離放大器2輸入至綜合模塊7的頻率信號(hào)。相位累加器701的輸入端輸入有鍵控 調(diào)頻信號(hào)（即79HZ調(diào)制方波信號(hào))和頻率設(shè)定信號(hào)。相位累加器701輸出兩個(gè)頻率值F0、F1保 存在存儲(chǔ)器702內(nèi)，當(dāng)AD9832芯片的FSELECT端口有方波信號(hào)輸入時(shí)（即電平上升沿或下降 沿轉(zhuǎn)換），AD9832芯片的IOUT端將會(huì)隨之分別從存儲(chǔ)器702中讀出Fl或FO的值作為輸出，并 且會(huì)保持信號(hào)的相位無(wú)變化。由于AD9832芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器703轉(zhuǎn)換為數(shù)較多，進(jìn)一步提高 了輸出信號(hào)的質(zhì)量。而為了提高相噪、抑制雜散等技術(shù)指標(biāo)，本實(shí)施例在后面接入低通濾波 器704 了再進(jìn)行輸出。
[0028]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人 員在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)，包括綜合模塊(7)及依次電連接的壓控晶振（I)、隔離放大 器(2)、射頻倍頻模塊(3)、微波倍頻模塊(4)、物理單元(5)和伺服電路(6)，所述伺服電路 (6)輸出端與壓控晶振（1)連接，所述綜合模塊(7)的輸入端與隔離放大器(2)輸出端連接， 綜合模塊(7)的輸出端分別與射頻倍頻模塊(3)和伺服電路(6)連接，其特征在于:還包括用 于顯示頻標(biāo)相關(guān)信息的用戶終端模塊(8)、用于無(wú)線通信的第一無(wú)線通信模塊(9)和第二無(wú) 線通信模塊(10)，所述伺服電路(6)包括依次電連接的整形電路模塊、相位檢測(cè)模塊(602)、 積分電路(603)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(604)和數(shù)據(jù)處理模塊(605)，所述物理單元(5)和綜合模塊(7) 的交流信號(hào)輸出端與整形電路模塊輸入端電連接，所述隔離放大器(2)的輸出端及數(shù)據(jù)處 理模塊(605)的輸出端分別通過(guò)第一無(wú)線通信模塊(9)和第二無(wú)線通信模塊（10)與用戶終 端豐旲塊(8)連接。2. 如權(quán)利要求1所述的一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)，其特征在于:所述整形電路模塊包括第 一整形電路(60 Ia)和第二整形電路(60 Ib )，所述綜合模塊(7)的交流信號(hào)輸出端與第一整 形電路(601a)輸入端電連接，所述物理單元(5)的交流信號(hào)輸出端與第二整形電路(601b) 輸入端電連接，所述第一整形電路(601a)和第二整形電路(601b)輸出端均與相位檢測(cè)模塊 (602)電連接。3. 如權(quán)利要求1所述的一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)，其特征在于:所述綜合模塊(7)包括依 次連接的相位累加器(701)、直接數(shù)字式頻率合成器和低通濾波器(704)，所述相位累加器 (701)的輸入端與鍵控調(diào)頻信號(hào)輸出端和設(shè)定頻率信號(hào)輸出端連接，所述直接數(shù)字式頻率 合成器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端與壓控晶振時(shí)鐘信號(hào)輸出端連接，所述低通濾波器(704)輸出端 分別與射頻倍頻模塊(3)和伺服電路(6)連接。4. 如權(quán)利要求1所述的一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)，其特征在于:所述物理單元(5)包括集 成濾光共振泡，所述集成濾光共振泡內(nèi)充有緩沖氣體。5. 如權(quán)利要求3所述的一種被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)，其特征在于:所述直接數(shù)字式頻率合成 器采用AD9832芯片。
【文檔編號(hào)】H03L7/26GK205490488SQ201620207801
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】孫永波
【申請(qǐng)人】江漢大學(xué)