一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，包括第一功分器，还包括频率传递模拟锁相环电路和射频频率合成电路，频率传递模拟锁相环电包括第二信号放大器、模拟鉴相器、滤波放大器、10MHz晶振、第二功分器、SBD九次倍频器和第三信号放大器，射频频率合成电路包括90MHz低相噪晶振、调制器和第一信号放大器，本发明专利技术具有更低的相位噪声特性，可进一步降低交调效应对铷频标频率稳定度的限制。

An ultra low noise frequency synthesizer and frequency transfer circuit for rubidium frequency standard

The invention discloses a transmission circuit for rubidium frequency standard ultra low noise frequency synthesis and frequency, including the first power divider, including analog PLL circuit and RF frequency synthesizer circuit transmission frequency, frequency transfer analog PLL power includes second signal amplifier, analog phase detector, filter amplifier, 10MHz oscillator, second power divider, SBD nine multiplier and third signal amplifier, RF frequency synthesis circuit includes a 90MHz low phase noise oscillator, modulator and the first signal amplifier, phase noise characteristic of the invention has lower, can further reduce the intermodulation effect of rubidium frequency standard frequency stability limit.

【技术实现步骤摘要】
一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路
本专利技术涉及铷原子频标，具体涉及一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，利用此电路的超低相位噪声特性，可进一步提高铷原子频标频率稳定度指标。
技术介绍
原子频标是以原子跃迁谱线为参考得到的精密时间信号输出系统，广泛应用于社会生活的诸多领域，如导航定位、守时授时、精密测量、通信技术、现代武器高精度同步等。铷原子频标因其具有体积小、重量轻、功耗低等特点，成为应用最广泛的原子频标。铷原子频标可以简单分为量子系统和电路系统，电路系统包括频率合成电路、光检测电路、同步检波器和积分滤波器。频率合成电路将10MHz晶振信号转换为受调制的6.834GHz的微波探寻信号，馈入物理系统，激励原子体系发生共振跃迁，利用光检测、同步检波等技术对鉴频信号进行处理，得到控制10MHz晶振频率的纠偏信号。频率稳定度是铷原子频标的核心指标。通常，铷频标频率稳定度由物理系统信噪比和频率综合系统相位噪声共同决定。频率综合系统相噪水平是制约频率稳定度的重要因素。频率综合系统相位噪声经物理系统转化为叠加在鉴频信号上的白频率噪声，称为交调噪声。交调噪声对频率稳定度的限制可用Allan偏差表示为：其中υ0为载波信号的频率，fM为调制频率，L(2nfM)为υ0在2nfM处相位噪声谱。一种常见的实现方案中，铷原子频标的频率综合系统由10MHz晶振、调制器、9次倍频器、阶跃恢复二极管(SRD)76次倍频器和综合器组成。一般可忽略SRD倍频器和综合器对微波探寻信号相噪的影响。传统射频频率合成方案是对10MHz晶振信号进行三角波调相(方波调频)，再利用三极管组成的差分对管电路进行两级3倍频，得到受调制的90MHz信号。该方案电路输出信号相位噪声较大，其中调制器和第一级3倍频是相噪恶化的主要部件。调制器位于10MHz晶振后级，会恶化倍频输入信号的相噪水平；第一级3倍频采用差分对管结构，若晶体管噪声系数大，会引入附加相位噪声。除此之外，该方案还有谐杂波大，调试复杂等缺点。另一种方案是选用10MHz低相噪压控晶体振荡器，先对其进行信号放大处理，再利用肖特基二极管(SBD)三倍频器、选频放大器得到30MHz信号，采用一种由双电调变容二极管和并联谐振网络构成的可控移相器作为调制电路，对30MHz信号进行三角波调相(方波调频)，最后再经SBD三倍频和选频放大得到受调制的90MHz输出信号。该方案利用SBD低噪声特性，并采用抬高调制载波的方式，将10MHz调制改为30MHz调制，相位噪声有了明显改善。同时，该方案的输出信号频谱谐杂波特性优良，90MHz输出频谱基本只包含90MHz的各次谐波，而10MHz信号的各次谐波均很小。此时90MHz输出频谱的相位噪声不再受限于所设计的倍频、调制和放大电路环节，而是受限于10MHz低相噪压控晶振。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递方案，具有低相位噪声、谐杂波抑制度高、易于调试等优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，包括第一功分器，还包括频率传递模拟锁相环电路和射频频率合成电路，频率传递模拟锁相环电包括第二信号放大器、模拟鉴相器、滤波放大器、10MHz晶振、第二功分器、SBD九次倍频器和第三信号放大器，第二信号放大器输出端与模拟鉴相器参考输入端连接，第三信号放大器输出端与模拟鉴相器射频输入端连接，模拟鉴相器的输出端与滤波放大器输入端连接，滤波放大器的输出端与10MHz晶振的压控输入端连接，10MHz晶振的输出端与第二功分器输入端连接，第二功分器其中一路输出端与SBD九次倍频器输入端连接，第二功分器另一路输出端输出10MHz频率信号，SBD九次倍频器输出端与第三信号放大器输入端连接，射频频率合成电路包括90MHz低相噪晶振、调制器和第一信号放大器，90MHz低相噪晶振与第一功分器的输入端连接，第一功分器其中一路输出端与调制器的第一输入端连接，调制器的第二输入端接入136Hz三角波，调制器的输出端与第一信号放大器的输入端连接，第一功分器另一路输出端与第二信号放大器的输入端连接。如上所述的第一信号放大器的输出端与SRD倍频器的第一输入端连接，SRD倍频器的第二输入端接入5.3125MHz信号，SRD倍频器的输出端与物理系统连接，物理系统依次通过前置放大器、同步检波器、积分滤波器与90MHz低相噪晶振连接。本电路方案相对于现有技术具有如下优点：1、微波探寻信号具有更低的相位噪声特性。本专利技术中射频频率合成电路使用90MHz低相噪晶振，将其锁定在物理系统原子跃迁谱线上。90MHz晶振相噪低于10MHz晶振经倍频得到的90MHz相噪，通过抬高环内晶振的频率可获得更低的微波探寻信号相噪。2、模拟锁相环频率传递特性优于数字锁相环。本专利技术中频率传递模拟锁相环电路使用模拟锁相环，将10MHz晶振锁在90MHz晶振上。频率传递模拟锁相环电路采用倍频和混频鉴相的方式，可实现很好的相位噪声水平，能够无损传递锁频环的频率稳定度特性。而数字锁相环只能采取分频方式，分频器会引入附加相位噪声。3、频率传递模拟锁相环电路可靠性高。可全部使用模拟器件，可靠性高。附图说明图1为本专利技术的整体电路原理示意图。图2为SBD九次倍频器的电路原理示意图；图3为调制器的电路原理示意图；图4为第一信号放大器/第二信号放大器/第三信号放大器的电路原理示意图；图5为模拟鉴相器的电路原理示意图。图中：1-90MHz低相噪晶振；2-调制器；3-第一信号放大器；4-SRD倍频器；5-物理系统；6-前置放大器；7-同步检波器；8-积分滤波器；9-第一功分器；10-第二信号放大器；11-模拟鉴相器；12-滤波放大器；13-10MHz晶振；14-第二功分器；15-SBD九次倍频器；16-第三信号放大器；17-频率传递模拟锁相环电路；18-射频频率合成电路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，包括射频频率合成电路18，射频频率合成电路18包括90MHz低相噪晶振1、调制器2和第一信号放大器3，第一信号放大器3的输出端与SRD倍频器4的第一输入端连接，SRD倍频器4的第二输入端接入5.3125MHz信号，SRD倍频器4的输出端与物理系统5连接，物理系统5依次通过前置放大器6、同步检波器7、积分滤波器8与90MHz低相噪晶振1连接。第一信号放大器3的输出端输出本专利技术所需受调制的90MHz信号。如图1所示，一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，还包括频率传递模拟锁相环电路17，频率传递模拟锁相环电路17包括第二信号放大器10、模拟鉴相器11、滤波放大器12、10MHz晶振13、第二功分器14、SBD九次倍频器15和第三信号放大器16。90MHz低相噪晶振1与第一功分器9的输入端连接，第一功分器9其中一路输出端与第二信号放大器10输入端连接，第二信号放大器10输出端与模拟鉴相器11参考输入端连接。10MHz晶振13的输出端与第二功分器9输入端连接，第二功分器9其中一路输出端与SBD九次倍频器15输入端连接，第二功分器9另一路输出端输出铷频标所需标准输出10MHz频率信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，包括第一功分器（9），其特征在于，还包括频率传递模拟锁相环电路（17）和射频频率合成电路（18），频率传递模拟锁相环电路（17）包括第二信号放大器（10）、模拟鉴相器（11）、滤波放大器（12）、10MHz晶振（13）、第二功分器（14）、SBD九次倍频器（15）和第三信号放大器（16），第二信号放大器（10）输出端与模拟鉴相器（11）参考输入端连接，第三信号放大器（16）输出端与模拟鉴相器（11）射频输入端连接，模拟鉴相器（11）的输出端与滤波放大器（12）输入端连接，滤波放大器（12）的输出端与10MHz晶振（13）的压控输入端连接，10MHz晶振（13）的输出端与第二功分器（14）输入端连接，第二功分器（14）其中一路输出端与SBD九次倍频器（15）输入端连接，第二功分器（14）另一路输出端输出10MHz频率信号，SBD九次倍频器（15）输出端与第三信号放大器（16）输入端连接，射频频率合成电路（18）包括90MHz低相噪晶振（1）、调制器（2）和第一信号放大器（3），90MHz低相噪晶振（1）与第一功分器（9）的输入端连接，第一功分器（9）其中一路输出端与调制器（2）的第一输入端连接，调制器（2）的第二输入端接入136Hz三角波，调制器（2）的输出端与第一信号放大器（3）的输入端连接，第一功分器（9）另一路输出端与第二信号放大器（10）的输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，包括第一功分器（9），其特征在于，还包括频率传递模拟锁相环电路（17）和射频频率合成电路（18），频率传递模拟锁相环电路（17）包括第二信号放大器（10）、模拟鉴相器（11）、滤波放大器（12）、10MHz晶振（13）、第二功分器（14）、SBD九次倍频器（15）和第三信号放大器（16），第二信号放大器（10）输出端与模拟鉴相器（11）参考输入端连接，第三信号放大器（16）输出端与模拟鉴相器（11）射频输入端连接，模拟鉴相器（11）的输出端与滤波放大器（12）输入端连接，滤波放大器（12）的输出端与10MHz晶振（13）的压控输入端连接，10MHz晶振（13）的输出端与第二功分器（14）输入端连接，第二功分器（14）其中一路输出端与SBD九次倍频器（15）输入端连接，第二功分器（14）另一路输出端输出10MHz频率信号，SBD九次倍频器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱紫敬，祁峰，明刚，钟达，梅刚华，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42