[發(fā)明專利]原子頻標(biāo)及伺服鎖定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310207459.4
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103297047A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷海東
• 申請（專利權(quán)）人: 江漢大學(xué)
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26
• 代理公司: 北京三高永信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 徐立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原子頻標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種原子頻標(biāo)及伺服鎖定方法。

背景技術(shù)

為獲得大自然中比較穩(wěn)定的時(shí)間頻率，人們通過對銣、銫、氫等原子施加弱磁場，使其原子能級由基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，利用不受外界磁場干擾的基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍遷中心頻率作為參照時(shí)間頻率值。

利用上述原理制成的原子頻標(biāo)主要包括以下部分：壓控晶振、隔離放大器、射頻倍頻模塊、微波倍混頻模塊、物理單元、伺服模塊和綜合模塊；隔離放大器對壓控晶振的輸出信號進(jìn)行隔離和放大，隔離放大器的輸出信號經(jīng)過射頻倍頻模塊輸出至微波倍混頻模塊，綜合模塊用于產(chǎn)生一路綜合調(diào)制信號，微波倍混頻模塊對射頻倍頻模塊的輸出信號和綜合調(diào)制信號進(jìn)行倍頻和混頻，以產(chǎn)生微波探詢信號；物理單元對微波探詢信號進(jìn)行鑒頻，產(chǎn)生量子鑒頻信號；伺服模塊對量子鑒頻信號進(jìn)行選頻放大后與參考信號進(jìn)行同步鑒相，產(chǎn)生糾偏電壓作用于壓控晶振，以調(diào)整壓控晶振的輸出頻率；通過上述結(jié)構(gòu)單元，最終將壓控晶振的輸出頻率鎖定在原子基態(tài)超精細(xì)0-0躍遷中心頻率上。其中，上述綜合模塊中采用了變?nèi)荻O管調(diào)制電路。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：

由于變?nèi)荻O管調(diào)制電路是溫敏元件，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，不可避免地將要造成輸出的綜合調(diào)制信號的幅度發(fā)生變化，造成幅值不穩(wěn)，而幅值不穩(wěn)的綜合調(diào)制信號產(chǎn)生的微波探尋信號，在物理單元中鑒頻將會導(dǎo)致糾偏電壓不準(zhǔn)確，進(jìn)而拉偏原子頻標(biāo)整機(jī)的輸出頻率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中綜合調(diào)制信號幅值不穩(wěn)，進(jìn)而拉偏原子頻標(biāo)整機(jī)的輸出頻率的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種原子頻標(biāo)及伺服鎖定方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種原子頻標(biāo)，所述原子頻標(biāo)包括：

壓控晶振；

綜合模塊，用于產(chǎn)生綜合調(diào)制信號；

穩(wěn)幅模塊，用于將所述綜合模塊產(chǎn)生的所述綜合調(diào)制信號的幅值轉(zhuǎn)換到預(yù)定值，得到穩(wěn)幅綜合調(diào)制信號；

射頻倍頻模塊，用于對所述壓控晶振的輸出信號進(jìn)行倍頻，得到倍頻信號；

微波倍混頻模塊，用于將所述穩(wěn)幅模塊產(chǎn)生的所述穩(wěn)幅綜合調(diào)制信號與所述射頻倍頻模塊產(chǎn)生的所述倍頻信號倍混頻，產(chǎn)生微波探尋信號；

物理單元，用于對所述微波倍混頻模塊產(chǎn)生的所述微波探尋信號進(jìn)行量子鑒頻，產(chǎn)生量子鑒頻信號；

伺服模塊，用于對所述物理單元產(chǎn)生的所述量子鑒頻信號進(jìn)行同步鑒相，產(chǎn)生糾偏電壓作用于所述壓控晶振。

在本發(fā)明實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述穩(wěn)幅模塊包括：

第一處理單元，用于采樣所述綜合調(diào)制信號的電壓值，并根據(jù)采樣到的電壓值計(jì)算實(shí)際幅值，根據(jù)預(yù)定值與所述實(shí)際幅值計(jì)算放大倍數(shù)，所述實(shí)際幅值是指采樣的電壓值在一個(gè)周期內(nèi)峰值與谷值之間的差值；

補(bǔ)償單元，用于采用所述第一處理單元計(jì)算出的所述放大倍數(shù)，對所述綜合調(diào)制信號的電壓進(jìn)行放大，得到所述穩(wěn)幅綜合調(diào)制信號；

所述補(bǔ)償單元分別與所述綜合模塊、所述第一處理單元以及所述微波倍混頻模塊電連接，所述第一處理單元與所述綜合模塊電連接。

在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述補(bǔ)償單元包括：第一運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻和數(shù)字電位計(jì)，所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端通過所述第一電阻接地，所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端通過所述第二電阻與所述綜合模塊的輸出端電連接，所述數(shù)字電位計(jì)連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端與所述微波倍混頻模塊電連接，所述數(shù)字電位計(jì)與所述第一處理單元電連接。

在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述綜合模塊包括：直接數(shù)字式頻率合成器，所述直接數(shù)字式頻率合成器的主時(shí)鐘引腳接所述壓控晶振，所述直接數(shù)字式頻率合成器的控制位引腳接所述伺服模塊。

在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述伺服模塊包括:

選放單元，用于對所述量子鑒頻信號進(jìn)行選頻放大；

第二處理單元，用于對選頻放大后的所述量子鑒頻信號和參考信號進(jìn)行同步鑒相，產(chǎn)生電壓差，根據(jù)所述電壓差和頻率穩(wěn)定度范圍計(jì)算程控增益值；

程控增益單元，用于采用所述程控增益值對所述第二處理單元產(chǎn)生的所述電壓差進(jìn)行程控放大，得到所述糾偏電壓；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將所述糾偏電壓作用于所述壓控晶振。

在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二處理單元根據(jù)以下公式計(jì)算所述程控增益值:

A≤（2+b）V1/[（2-b）U]，