[发明专利]一种基于CPT原子频标的频率合成系统

说明书

技术领域

本发明涉及频率合成技术，将锁相环频率合成器的应用扩展到CPT原子频标领域，更具体涉及一种基于锁相环频率合成器的频率合成系统，适用于对功耗和体积有较高要求的CPT原子频标。

背景技术

频率合成系统在科学研究以及日常生活中有广泛的应用，因此如何设计适合各种场合的频率合成系统成了广大科研人员孜孜以求的目标。经过多年的发展，人们已经开发出各式各样适用于原子频标领域的频率合成系统，在以往的CPT原子频标中，主要有两种合成方式：一种为直接式频率合成，它是用一个压控石英晶体振荡器的振荡频率作为基准频率，由基准频率产生一系列的谐波，将这些谐波经过多次滤波、放大后提取出所需的频率。具体方案为：利用非线性电路的倍频特性，将压控石英晶体振荡器的振荡频率作为输入频率，输入到由非线性电路、滤波电路、放大电路组成的倍频单元，倍频单元将输出一系列基于输入频率的高次谐波，将多个倍频单元串联并调整各个倍频单元的参数，最终获得所需的高分辨率的微波信号。另一种为混合式频率合成，它是将DDS（直接数字频率合成器）与整数分频锁相环频率合成器组合使用。具体方案为：利用DDS输出频率的高分辨率特性，将一个压控石英晶体振荡器的振荡频率作为基准频率，分别输入到DDS和整数分频锁相环频率合成器中，DDS和整数分频锁相环频率合成器采用并行结构，DDS输出频率经滤波电路、放大电路处理后通过混频器与整数分频锁相环频率合成器的输出频率混频，得到和频频率和差频频率，再经过滤波电路、放大电路处理后，即可获得所需的高分辨率的微波信号。前者电路复杂，不易于调节，体积较大；后者电路功耗较大，两种方案均难以在对功耗和体积要求日益提高的CPT原子频标中适用。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种基于CPT原子频标的频率合成系统 ，该频率控制系统采用间接式频率合成技术，结构简单，使用方便，自身体积小、功耗低。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：（技术方案如图1所示）

该频率控制系统包括第一稳压电源U1、第二稳压电源U2、第三锁相环频率合成器U3、第四压控振荡器U4、第五功率分配器U5、时钟输入端J1、微波输出端J2，其特征在于：第三锁相环频率合成器与第六四阶无源环路滤波器相连（四阶无源环路滤波器由电阻、电容构成，其具体连接方式参见图1虚线部分，第九电容分别与第十电容、第十一电阻相连，第九电容另一端接地，第十电容另一端与第十电阻相连，第十电阻另一端接地，第十一电阻另一端分别与第十一电容、第十二电阻相连，第十一电容另一端接地，第十二电阻另一端分别与第十二电容、第十三电容相连，第十二电容、第十三电容的另一端分别接地），第六四阶无源环路滤波器与第四压控振荡器相连，第三锁相环频率合成器分别接地，第三锁相环频率合成器分别与第九电阻和第八电容相连，第八电容另一端与第五功率分配器相连，第三锁相环频率合成器与第六电容相连，第三锁相环频率合成器分别与第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻相连，第三锁相环频率合成器与第五电容相连，第三电阻两端分别与第三锁相环频率合成器相连，第三锁相环频率合成器与第七电容相连，第七电容另一端与第八电阻相连，第三锁相环频率合成器分别与第二电阻和第一电容相连，第三锁相环频率合成器与第二电容相连，第二电容另一端分别与第一电阻和时钟输入端相连，第四压控振荡器接地，第四压控振荡器与第十四电容、第十五电容、第十六电容相连，第四压控振荡器与第十七电容相连，第十七电容另一端与第五功率分配器相连，第五功率分配器与微波输出端相连，第五功率分配器接地。

所述的第三锁相环频率合成器与第二电容相连，第二电容另一端分别与第一电阻和时钟输入端相连，第三锁相环频率合成器与第六四阶无源环路滤波器相连，第六四阶无源环路滤波器相连与第四压控振荡器相连，第三锁相环频率合成器分别与第九电阻和第八电容相连，第八电容另一端与第五功率分配器相连，第四压控振荡器与第十七电容相连，第十七电容另一端与第五功率分配器相连。