[实用新型]一种铷原子频标的锁频环路

说明书

本实用新型提供一种铷原子频标的锁频环路，包括压控晶体振荡器、功率分配器、可编程逻辑阵列、第一直接数字频率合成器、第二直接数字频率合成器、带通滤波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、混频器、前置放大器、前置低通滤波器、模数转换器、数模转换器、第三低通滤波器以及物理系统；具有集成度高，电路结构精简，输出的信号精度高且频率可调，调试简单易行，便于铷原子频标小型化的优点。

【技术领域】

本实用新型涉及铷原子频标技术领域，尤其涉及一种铷原子频标的锁频环路。

【背景技术】

原子频标是利用原子内部稳定的跃迁信号提供高稳定度时间、频率信号的设备，广泛应用于对时间同步、测量精度要求较高的武器设备、通信技术、交通调度、电力监控等军用民用领域。铷原子频标由于其具有较高的频率稳定度，同时满足体积小、重量轻、功耗低等特点，是目前使用最广泛的原子频标。

被动型铷原子频标的工作过程本质上是一个锁频环路，其基本构成可以分为物理系统和电路系统两部分。物理系统提供稳定的原子跃迁谱线作为参考，起鉴频器的作用。电路系统主要包括压控晶体振荡器、频率综合电路、伺服纠偏电路等，通过倍频、调制、伺服纠偏等电子学手段，将压控晶振的输出频率锁定在物理系统提供的原子跃迁谱线上，实现环路锁定，使压控晶振的输出频率具有与原子跃迁同样的稳定性。

一种常见的铷原子频标电路实现方案中，频率综合电路由低次倍频器、分频器、调制器、高次倍频器等组成。首先采用由晶体管组成的低次倍频电路将压控晶振的10MHz输出频率9次倍频到90MHz，同时将10MHz信号输入到分频器产生5.3125MHz小数频率，调制器使得90MHz或5.3125MHz信号产生一个小调制，再将90MHz与5.3125MHz两路信号同时输入到高次倍频器，通常为铷原子频标内物理系统的微波腔内进行高次阶跃倍频和混频，得到激励铷原子跃迁的6834.6875MHz微波信号。伺服纠偏电路采用模拟伺服方案，利用场效应管的开关式相敏检波电路进行检波。这种采用分离元器件的电路方案结构非常复杂，很难实现电路系统的小型化；电路的调试点众多，不仅调试费工费力，也很难保证输出信号性能指标的一致性；此外，由于采用的分离元器件种类数量繁多，各类不同器件具有不同的温度特性，对环境因素的敏感性有较大差异，使得电路参数易受环境因素变化的影响；且这种设计只能得到单一频点的微波信号。

另一种实现方案的频率综合电路采用数字锁相倍频方案，利用由单片机控制的数字锁相环芯片完成对压控晶振的10MHz输出频率的高次倍频和调制，大大简化了电路的结构，易于小型化且具有相对较好的环境适应性。通常选用的数字锁相环芯片小数分频寄存器位数较高，可以对产生的微波信号进行精确的频率控制，位数越高，频率步进越小，频率值越精确。但寄存器位数越高，芯片成本越高。另外由这种数字锁相倍频方案得到的微波信号的相位噪声通常较差，难以满足高性能小型化铷频标的设计需求。

鉴于此，实有必要提供一种新型的铷原子频标的锁频环路以克服上述缺陷。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种铷原子频标的锁频环路，集成度高，电路结构精简，输出的信号精度高且频率可调，调试简单易行，便于铷原子频标小型化。