一种新型氢原子频标微波腔频率伺服系统的制作方法

专利检索2026-08-11  23


本发明涉及微波腔频率伺服应用,尤其涉及一种新型氢原子频标微波腔频率伺服系统。


背景技术:

1、氢原子频标将晶体振荡器锁定到氢原子基态的超精细能级跃迁谱线上,使晶体振荡器输出一个高稳定度和高准确度的频率信号,现已被广泛应用于守时、定位等领域。氢原子钟输出频率的高稳定性和高准确性与微波腔工作模式频率的稳定性直接相关。对于微波腔频率控制现有方案是采用微波注入方案,即对微波腔注入开关信号调制的1420.425751mhz和1420.385751mhz两个微波信号,这两个信号经过微波腔幅度调制后,腔体输出信号经过幅度检波就可得到微波腔的频率信息,然后通过反馈腔上频率调谐装置就可以实现腔频的反馈控制。

2、氢原子钟的长期稳定度受腔牵引效应影响,而腔伺服系统用于稳定谐振腔中心谐振频率,因此腔伺服的控制精度是十分重要的。由主动型氢原子钟物理系统输出信号的频率波动腔牵引公式可知,若要求物理系统输出频率波动小于1×10-15需要微波腔te011模式的谐振频率的波动小于0.1hz。这样的要求只靠微波腔的温度控制系统难以实现。必须采用腔自动调谐系统对微波腔te011模式的谐振频率进行微细控制。

3、现有方案中,存在较大的弊端。其一,微波腔内注入信号并非严格的1420.425751mhz和1420.385751mhz两个分量,而是带有大量以调制频率为间隔的谐波分量。这就在脉泽跃迁信号(1420.405751mhz)周围产生了较多的干扰频率,这对于整机的频率稳定度和相位噪声都会产生较大的影响;其二,带有调制的信号经过下变频后经过幅度检波锁定微波腔时,检波信号中包含有振荡信号成分,其幅度与两边边带高度接近,振荡信号对于腔伺服环路也会产生较大的干扰。另外,用来对微波腔伺服的出腔信号中包含有脉泽振荡信号,导致注腔信号幅度无法降低,幅度较大的注腔信号会产生较强的串扰,降低系统稳定度。由此可见,如何解决微波腔探测信号对微波腔振荡信号和脉泽振荡信号对腔伺服系统的干扰问题仍缺乏有效的技术手段。


技术实现思路

1、本发明提供一种新型氢原子频标微波腔频率伺服系统,用以降低系统内部1.4ghz信号的干扰,使环路中信号频谱纯净、环路构成简单,实现整机频率稳定度和相位噪声水平较高。

2、第一方面,提供一种新型氢原子频标微波腔频率伺服系统,包括:

3、物理部分微波腔、锁相倍频电路、晶振环路、输出电路、腔伺服环路、频率合成电路;

4、所述物理部分微波腔的输出信号经下混频后功分为两路,一路传输至晶振环路,另一路与所述频率合成电路的输出信号混频后再传输至腔伺服环路;

5、所述腔伺服环路对输入信号进行检波后输出直流控制信号至物理部分微波腔的变容二级管;

6、所述晶振环路对输入信号进行处理得到晶振环路输出信号,将输出信号传输至输出电路;

7、所述输出电路对输入信号进行处理得到两路输出信号,一路输出信号传输至锁相倍频电路,另一路输出信号传输至频率合成电路;

8、所述频率合成电路对输入信号进行处理得到频率合成电路的输出信号,与锁相倍频电路的输出信号混频注入物理部分微波腔。

9、在一种实施方式中,所述物理部分微波腔的输出信号经下混频至20.405mhz后功分为两路,一路传输至晶振环路,另一路与所述频率合成电路的输出信号混频得到20khz的低频信号,将所得低频信号再传输至腔伺服环路。

10、在一种实施方式中,所述频率合成电路的输出信号为20.405mhz。

11、在一种实施方式中,所述晶振环路的输出信号为5mhz。

12、在一种实施方式中,所述输出电路对输入信号进行处理得到两路输出信号,一路输出信号为100mhz传输至锁相倍频电路,另一路输出信号为10mhz传输至频率合成电路。

13、在一种实施方式中,所述频率合成电路对输入信号进行处理,生成20.405二进制数字频率fsk调制信号,频偏20khz,调制信号与锁相倍频电路的1.4ghz输出信号混频注入物理部分微波腔。

14、本发明实施例提供的一种新型氢原子频标微波腔频率伺服系统,将下变频后的微波腔伺服信号(包含20.405mhz、20.385mhz以及20425mhz)与本地20.405信号混频,得到20khz的低频信号,然后再进行检波得到微波腔工作直流电压信号。由于与本地20.405信号混频,进入伺服检波系统的信号没有了脉泽振荡信号的干扰,使得伺服控制精度大幅提升,同时注腔信号也不需要大于脉泽振荡信号,系统内部1.4ghz的串扰彻底解决。

15、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。



技术特征:

1.一种新型氢原子频标微波腔频率伺服系统,其特征在于,所述系统包括:物理部分微波腔、锁相倍频电路、晶振环路、输出电路、腔伺服环路、频率合成电路;

2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述物理部分微波腔的输出信号经下混频至20.405mhz后功分为两路,一路传输至晶振环路,另一路与所述频率合成电路的输出信号混频得到20khz的低频信号,将所得低频信号再传输至腔伺服环路。

3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述频率合成电路的输出信号为20.405mhz。

4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述晶振环路的输出信号为5mhz。

5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述输出电路对输入信号进行处理得到两路输出信号,一路输出信号为100mhz传输至锁相倍频电路,另一路输出信号为10mhz传输至频率合成电路。

6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述频率合成电路对输入信号进行处理,生成20.405二进制数字频率fsk调制信号,频偏20khz,调制信号与锁相倍频电路的1.4ghz输出信号混频注入物理部分微波腔。


技术总结
本发明公开了一种新型氢原子频标微波腔频率伺服系统,用以降低系统内部1.4GHz信号的干扰,使环路中信号频谱纯净、环路构成简单,实现整机频率稳定度和相位噪声水平较高。所述系统,包括:物理部分微波腔、锁相倍频电路、晶振环路、输出电路、腔伺服环路、频率合成电路;所述物理部分微波腔的输出信号经下混频后功分为两路,一路传输至晶振环路,另一路与所述频率合成电路的输出信号混频后再传输至腔伺服环路;所述腔伺服环路对输入信号进行检波后输出直流控制信号至物理部分微波腔的变容二级管。

技术研发人员:周铁中,李晶,刘亚轩
受保护的技术使用者:北京无线电计量测试研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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