[实用新型]原子频标伺服锁定装置及原子频标

说明书

技术领域

本实用新型涉及原子频标技术领域，特别涉及一种原子频标伺服锁定装置及原子频标。

背景技术

为获得大自然中比较稳定的时间频率，人们通过对铷、铯、氢等原子施加弱磁场，使其原子能级由基态转变为激发态，利用不受外界磁场干扰的基态超精细结构0-0跃迁中心频率作为参照时间频率值。

利用上述原理制成的原子频标主要包括以下部分：压控晶振、隔离放大器、射频倍频模块、微波倍混频模块、物理单元、伺服模块和综合模块；隔离放大器对压控晶振的输出信号进行隔离和放大，隔离放大器的输出信号经过射频倍频模块输出至微波倍混频模块，综合模块用于产生一路综合调制信号，微波倍混频模块对射频倍频模块的输出信号和综合调制信号进行倍频和混频，以产生微波探询信号；物理单元对微波探询信号进行鉴频，产生量子鉴频信号；伺服模块对量子鉴频信号进行选频放大后与参考信号进行同步鉴相，产生纠偏电压作用于压控晶振，以调整压控晶振的输出频率；通过上述结构单元，最终将压控晶振的输出频率锁定在原子基态超精细0-0跃迁中心频率上。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

当微波探寻信号与原子基态超精细0-0跃迁中心频率偏离较大时，直接将伺服模块输出的纠偏电压作用于压控晶振，使得压控晶振的输出频率改变很小，从而导致原子频标锁定原子基态超精细0-0跃迁中心频率所需的时间长。

实用新型内容

为了解决现有技术中原子频标锁定原子基态超精细0-0跃迁中心频率所需的时间长的问题，本实用新型实施例提供了原子频标伺服锁定装置及原子频标。所述技术方案如下：

一方面，本实用新型实施例提供了一种原子频标伺服锁定装置，所述装置包括:

用于对原子频标的物理单元输出的量子鉴频信号和参考信号进行同步鉴相，产生电压差，并根据所述电压差和频率稳定度范围计算程控增益值的处理单元；

用于采用所述程控增益值，对所述处理单元产生的所述电压差进行程控放大，得到纠偏电压，并采用所述纠偏电压对所述原子频标的压控晶振进行电压控制的程控增益单元

所述处理单元分别与所述程控增益单元和所述原子频标的物理单元电连接，所述程控增益单元与所述压控晶振电连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述程控增益单元包括运算放大器。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述处理单元包括单片机。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：

用于对所述量子鉴频信号进行选频放大后，输出到所述处理单元的选放单元，所述选放单元连接在所述物理单元和所述处理单元之间。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：

连接在所述程控增益单元和所述压控晶振之间的数模转换器。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种原子频标，所述原子频标包括：

压控晶振；

用于产生综合调制信号的综合模块；

用于对所述压控晶振的输出信号进行倍频，得到倍频信号的射频倍频模块；

用于将所述综合模块产生的所述综合调制信号与所述射频倍频模块产生的所述倍频信号倍混频，产生微波探寻信号的微波倍混频模块；

用于对所述微波倍混频模块产生的所述微波探寻信号进行量子鉴频，产生量子鉴频信号的物理单元；

如上所述的伺服锁定装置；

所述压控晶振分别与所述综合模块、所述射频倍频模块和所述伺服锁定装置电连接，所述微波倍混频模块分别与所述射频倍频模块、所述综合模块和所述物理单元电连接，所述物理单元与所述伺服锁定装置电连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述综合模块包括：直接数字式频率合成器，所述直接数字式频率合成器的主时钟引脚接所述压控晶振，所述直接数字式频率合成器的控制位引脚接所述伺服锁定装置。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述原子频标还包括：

连接在所述压控晶振和所述射频倍频模块之间的隔离放大器。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过根据电压差和频率稳定度范围计算程控增益值，并采用程控增益值，对处理单元产生的电压差进行程控放大，当微波探寻信号与原子基态超精细0-0跃迁中心频率偏离较大时，能够使原子频标输出在短时间内锁定原子基态超精细0-0跃迁中心频率，缩短了锁定所需的时间。

附图说明