[發明專利]一種銣頻標的射頻鏈

有效

• 申請號: 201310194774.8
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103326718A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 秦蕾;余鈁;高偉;陳智勇;金鑫;李超;湯超
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及微波，原子頻標領域，更具體涉及一種銣頻標的射頻鏈，可廣泛適用于雷達、小型化銣原子頻標、可變頻率源等領域。

背景技術

銣原子頻標是通過光、微波與原子的雙共振及鎖頻環路將⁸⁷Rb原子的0-0躍遷譜線的穩定性和準確性傳遞給本振而構成的一種被動型原子頻標。

它具有較小體積，較低功耗，較好的抗惡劣環境能力，同時具有較好的指標，能滿足絕大多數軍用和民用工程的需要。是目前應用最為廣泛的一種原子頻標，占有目前原子頻標市場份額的95%。它可用于預警機、戰機、飛航式導彈、電子對抗、戰術移動通訊網、軍用時同系統、蜂窩基站、3G/4G網絡、電力監控等工程領域。

銣原子頻標根據單元功能可以分為量子系統和電路系統兩部分。電路系統一般由射頻鏈和伺服系統組成。被動型銣原子頻標中用作量子參考的躍遷頻率為6834.687…MHz（…表示尾數頻率），為了實現⁸⁷Rb原子與微波場的共振，須在射頻鏈中通過倍頻、綜合、混頻等手段將晶體振蕩器產生的本振信號轉換成一個與量子參考頻率相近的微波信號。與此同時為了實現微波探詢功能，此微波信號上還須加一個小調頻。

傳統射頻鏈一般是先將壓控晶體振蕩器的輸出先射頻倍頻至90MHz或180MHz，再利用非線性器件，如晶體管、整流器、階躍二極管，使輸入信號的波形發生非線性變換，再接入帶通濾波器或具有選擇性的調諧放大器選出所需要的諧波（如6840MHz）實現倍頻。再在末級與直接數字綜合出的帶方波調制的小數頻率（如5.3125…MHz）進行混頻，取帶方波調制的下變頻信號6834.687…MHz參與微波共振。傳統方法基本為模擬方式實現頻率變換，引入的附加相噪相對比較小，但結構復雜，且末級混頻引入的頻率較多，且功率損耗大，對前級射頻放大的要求比較高。

目前，隨著大規模集成電路的發展，鎖相環（PLL）合成技術占有越來越重要的地位。通過鎖相環技術可以在一個高穩定度晶振的基礎上產生一些相同性能要求的頻率，頻率在一定范圍內可調。鎖相環頻率合成器通過鎖相環完成頻率的加減乘除運算，是一種建立在相位負反饋基礎上的閉環控制系統，對相位噪聲和雜散有比較好的抑制作用。但是鎖相環自身所固有的特性使得鎖相頻率合成器分辨率和轉換速度之間成反比關系。

而隨著信息技術的發展，頻率合成技術正朝著低相位噪聲和雜散，同時兼具更寬的頻帶和分辨率方向發展，在這種情況下，直接數字頻率合成（DDS）技術發展越來越迅速和成熟。直接數字頻率合成可以看成是一種高分辨率的數字分頻器，它具有2個特點，一是輸出頻率分辨率高，其頻率分辨率主要取決于頻率控制字的位數，現在比較高的頻率控制字位數為48位；二是輸出頻率可精確而快速的變換，DDS工作在數字域，無任何反饋環節，其輸出頻率、相位和幅度均在數字處理器控制下變換，頻率轉換時間主要是數字處理延時。直接數字合成技術有效的克服了鎖相頻率合成技術的高分辨率和快速轉換時間的矛盾。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種銣頻標的射頻鏈，其結構簡單，集成化程度高，功率穩定性好，具有合適的相位噪聲，易于調試，功耗低，成本低廉。

為了實現上述的目的，本發明采用以下技術措施：

一種銣頻標的射頻鏈，它包括壓控晶體振蕩器（VCXO）、直接數字綜合器（DDS）、聲表面波濾波器、射頻放大器、階躍二極管（SRD）、單片機、分頻器。其特征在于：直接數字綜合器分別與壓控晶體振蕩器、聲表面波濾波器相連，射頻放大器分別與聲表面波濾波器、階躍二極管相連，分頻器與壓控晶體振蕩器相連，單片機與直接數字綜合器相連。

60MHz壓控晶體振蕩器輸出分為二路：一路經過分頻器后輸出10MHz信號作為銣頻標的輸出信號；另一路作為直接數字綜合器的時鐘與直接數字綜合器的時鐘端相連接。直接數字綜合器輸出端與聲表面波濾波器的輸入端相連接，聲表面波濾波器的輸出端與射頻放大器的輸入端連接，射頻放大器的輸出端與階躍二極管的輸入端相連接，階躍二極管的輸出端作為本射頻鏈的輸出端連接到銣原子頻標微波諧振腔，激發出量子躍遷信號。單片機的SPI接口與直接數字綜合器的SPI接口連接，對直接數字綜合器進行配置。