[实用新型]一种铷频标的锁相倍频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及铷原子频标领域，更具体涉及一种铷频标的锁相倍频器，可广泛适用于雷达、通讯、小型化原子频标、频率稳定度测量等领域。

背景技术

小型铷原子频标是通过光、微波与原子的双共振及锁频环路将⁸⁷Rb原子的0-0跃迁谱线的稳定性和准确性传递给本振而构成的一种被动型原子频标。

它具有较小体积，较低功耗，较好的抗恶劣环境能力，同时具有较好的指标，能满足绝大多数军用和民用工程的需要。是目前应用最为广泛的一种原子频标，占有目前原子频标市场份额的95％。它可用于预警机、战机、飞航式导弹、电子对抗、战术移动通讯网、军用时同系统、蜂窝基站、3G/4G网络、电力监控等工程领域。

铷原子频标可以分为量子系统和电路系统两部分。电路系统一般由射频倍频器，频率综合调制器和同步检波器组成。射频倍频器单元是产生6834.6875MHz微波探询信号的前级，倍频按20lgN的关系扩大输入源的相噪，而综合单元输出的5.3125MHz信号在末级才参与混频，因此射频倍频单元的附加相噪是决定整个射频链的相位噪声的最重要因素。

传统倍频一般是利用非线性器件，如晶体管、整流器、阶跃二极管，使输入信号的波形发生非线性变换，再接入带通滤波器或具有选择性的调谐放大器选出所需要的谐波实现倍频。典型的有三极管丙类倍频，电流开关倍频和阶跃二极管倍频。三极管丙类倍频由于输入信号相位零点与经过选频后的输出信号零点存在相位差，因而相位噪声高，频率稳定度差。后来美国richard等人提出的电流开关倍频，它依据高速逻辑电路中的射级耦合电流开关的原理工作，基于跃变电流作用于临街阻尼状态的L-C-R电路时，在回路两端可以得到短的暂态过程，因而可以形成窄脉冲，改善了相位噪声和相位抖动。但受到回路分布参数(如寄生电容)的影响，阻尼振荡的脉冲宽度T和幅度值V都受到了限制，使其不能把矩形脉冲很好的变成更窄的尖峰脉冲，限制了电流开关倍频效率的进一步提高。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种铷频标的锁相倍频器，其结构简单，集成化程度高，具有合适的相位噪声，易于调试，功耗低，成本低廉，倍频效率高。

本实用新型是这样实现的：

一种铷频标的锁相倍频器，它包括锁相环芯片9(ADF4360-8)、环路滤波器3、射频放大器5、单片机7。外部20MHz压控晶体振荡器的输出端与数字锁相环8的输入端连接，数字锁相环8的输出端与射频放大器5的输入端连接，射频放大器5的输出端为本倍频器的输出端。锁相环芯片9(ADF4360-8)集成了鉴相器2(PD)和压控振荡器4(VCO)，鉴相器2(PD)的输出端通过环路滤波器3与压控振荡器4(VCO)的输入调谐端连接。由于锁相环芯片9(ADF4360-8)内部集成了压控振荡器4(VCO)，压控振荡器4(VCO)的一端已经在芯片内部和反馈分频器6的输入端相连了，因此不需要在外部用功分器将压控振荡器4(VCO)的输出信号分两路，而是直接通过LC阻抗匹配连接到射频放大器5的输入端。射频放大器5将180MHz的信号放大、匹配后和小数综合5.3125MHz信号一起送入铷原子频标的微波谐振腔进行阶跃倍频、混频。单片机7上的MOSI/P2.2、OCD/P2.1、SCLK/P2.5分别与锁相环芯片9(ADF4360-8)上的时钟线(CLK)、数据线(DATA)、使能端(LE)依次连接。

其中，利用单片机7(P89LPC932)对锁相环芯片(ADF4360-8)的前置分频器和反馈分频器赋值，可以随时改变寄存器的值，从而改变鉴相频率或输出频率，易于调试。

本锁相倍频器与传统用于铷频标的模拟倍频器相比具有以下优点：

1、电路结构简单、占用电路板面积小、功耗低。本倍频器采用了内部集成压控振荡器(VCO)的锁相环芯片。省掉了传统锁相倍频的压控振荡器(VCO)。节省了电路板面积，降低了成本。

2、参数由软件设置，易于修改调试。本倍频器通过单片机配置PLL芯片的寄存器，可随时改变鉴相频率，从而调节倍频器输出频谱的相噪。

3、由于采用锁相倍频，可以方便的调节环路低通滤波器，找到一个抑制杂散的最佳点，从而改善原子频标频率输出抖动。

4、便于铷原子频标小型化。本倍频器集成度高，易于调试，体积小，便于生成集成套片，生产小型化铷原子频标。

附图说明

图1为一种铷频标的锁相倍频器原理方框图