一种用于冷原子干涉仪的小型化低相噪微波信号源制造技术

本发明专利技术涉及一种用于冷原子干涉仪的小型化低相噪微波信号源，包括：第一恒温晶振、第一级锁相环路、第二级锁相环路、DDS电路、混频器、带通滤波器，所述第一恒温晶振与第一级锁相环路输入端连接，所述第一节锁相环路输出端与第二级锁相环路输入端连接，所述混频器具有三个端口，第一端口为本振端、第二端口为中频端、第三端口为射频端，所述第二级锁相环路输出端与混频器的本振端连接，所述DDS电路输出端与混频器的中频端连接，所述混频器的射频端与所述带通滤波器连接。本发明专利技术通过两级锁相环路将超低相噪信号倍频，与DDS信号混频获得低相噪微波信号，其相位噪声性能可满足冷原子干涉试验需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于冷原子干涉仪的小型化低相噪微波信号源


[0001]本专利技术涉及频率合成
，具体涉及一种用于冷原子干涉仪的小型化低相噪微波信号源。

技术介绍

[0002]在冷原子干涉实验中干涉条纹相位稳定度是影响测量精度的重要因素之一。原子物质波经过不同的路径进行干涉会影响原子干涉条纹的相位，造成一定的相移ΔФprop。拉曼激光与原子作用会将激光的相位附加到原子上，造成相移ΔФlaser。总的干涉条纹相位ΔФtotal是这两部分的和，表示为ΔФtotal＝ΔФprop+ΔФlaser。而拉曼光的相位噪声由电光调制器等控制器的微波驱动信号相位噪声决定。用低相噪信号源提供微波驱动信号能有效降低拉曼光的相位噪声，提高冷原子干涉仪的测量精度。
[0003]信号源的原理基于频率合成技术，现在频率合成技术包括直接模拟式频率合成技术(DAS)、锁相式频率合成技术(PLL)、直接数字频率合成技术(DDS)以及PLL+DDS混合频率合成技术等。DDS组成结构如图1所示，通过对参考时钟采样获得连续的相位信息，再将相位信息转换为幅值信息，从而产生频率和相位可调的输出信号。DDS受限于硬件结构限制，采样率受限，目前参考频率最高为3.5GHz。锁相环组成结构如图2所示，基于自控原理，通过负反馈使环路锁定在固定的频率，结合了自动频率控制技术和自动相位控制技术，输出频带宽，但调频的频率分辨率低。PLL+DDS的混合频率合成技术可同时实现宽频带输出和高精度调频。
[0004]目前国内多个小组在进行基于冷原子干涉仪的研究工作，基本都在使用商用信号源来提供微波驱动信号，如Keysight N5183B信号源，相噪性能好，但体积庞大，无法集成在电控机箱中，如Holzworth HSM6001B型微波源模块，体积小，但相位噪声较差。目前用于冷原子干涉仪的微波源存在相噪好但体积大，或体积小但相噪不满足实验需求的问题，为适应冷原子干涉仪控制机箱小型化、集成化、可搬运的发展趋势，本专利提出了一种小型化、低相噪的微波信号源。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种用于冷原子干涉仪的小型化低相噪微波信号源，该微波信号源基于恒温晶振和MMIC器件，运用DDS+PLL频率合成技术，实现小型化目标，可集成在电控机箱内，能够提供低相噪的微波驱动信号，解决微波信号源无法同时满足体积小和相噪低的问题。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]一种用于冷原子干涉仪的小型化低相噪微波信号源，包括：第一恒温晶振、第一级锁相环路、第二级锁相环路、DDS电路、混频器、带通滤波器，所述第一恒温晶振与第一级锁相环路输入端连接，所述第一节锁相环路输出端与第二级锁相环路输入端连接，所述混频器具有三个端口，第一端口为本振端、第二端口为中频端、第三端口为射频端，所述第二级
锁相环路输出端与混频器的本振端连接，所述DDS电路输出端与混频器的中频端连接，所述混频器的射频端与所述带通滤波器连接。
[0008]进一步的，所述第一级锁相环路包括：第一鉴相器、第一环路滤波器、第二恒温晶振、功分器；
[0009]所述第一恒温晶振用于产生第一频率信号，作为所述第一鉴相器的参考信号输入；
[0010]所述第二恒温晶振用于调谐锁相，用于产生第二频率信号；
[0011]所述功分器用于将所述第二恒温晶振产生的第二频率信号分成两路信号，其中一路作为所述第一鉴相器的鉴相信号输入，另一路作为第二级锁相环路的输入；
[0012]所述第一鉴相器用于对第二频率信号进行分频，用于计算分频后的第二频率信号与第一频率信号的相位差，用于根据所述相位差输出直流电流信号；
[0013]所述第一环路滤波器用于对所述第一鉴相器输出的直流电流信号进行滤波并转换为电压信号输出至第二恒温晶振。
[0014]进一步的，所述第二级锁相环路包括：第二鉴相器、第二环路滤波器、压控振荡器；
[0015]第一级锁相环路输出信号作为第二鉴相器的参考信号输入，压控振荡器输出第三频率信号至所述混频器的本振端，并对第三频率信号分频后作为第二鉴相器的鉴相信号输入，所述第二鉴相器计算分频后的第三频率信号与参考信号的相位差，并根据所述相位差输出直流电流信号；所述第二环路滤波器所述第二鉴相器输出的直流电流信号进行滤波并转换为电压信号输出至压控振荡器。
[0016]进一步的，所述DDS电路包括DDS芯片、巴伦电路；所述DDS芯片输出差分DDS信号，差分DDS信号对经过巴伦电路转换为单端信号输出至所述混频器的中频端。
[0017]进一步的，所述DDS电路还包括低噪声功放，用于对所述单端信号进行放大，以满足驱动等级需求。
[0018]进一步的，所述DDS电路还包括第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器用于对所述巴伦电路的输出信号进行滤波，所述第二低通滤波器用于对所述低噪声功放的输出信号进行滤波。
[0019]进一步的，所述DDS芯片通过接插件和线缆与上位机连接，通过上位机配置DDS芯片各内部寄存器参数。
[0020]进一步的，所述混频器为基础混频器，所述混频器对本振端、中频端输入的信号进行混频后从射频端输出，输出信号经带通滤波器滤波后，通过SMA射频接插件输出微波信号。
[0021]进一步的，所述输出信号包括上混频信号fLO+fIF和下混频信号fLO
‑
fIF，通过所述带通滤波器滤除所述上混频信号fLO+fIF。
[0022]进一步的，还包括冷板、导热条，所述微波信号源封装后安装在所述冷板上，所述导热条分别与所述微波信号源的封装外壳和冷板固定连接。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于恒温晶振和MMIC微波器件，采用锁相环+DDS频率合成技术，能够将恒温晶振的超低相噪10MHz参考信号倍频至7GHz，与DDS信号混频后输出微波驱动信号，近端相位噪声优异，可取代商用信号源用于冷原子干涉实验，推进了冷原子干涉仪小型化发展，提高了冷原子干涉仪可搬运性，微波源安装冷板和导热条，提高了环
境适应性和可靠性。
附图说明
[0024]图1为DDS组成结构图；
[0025]图2为锁相环路组成结构图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的小型化低相噪微波信号源的组成结构示意图；
[0027]其中：
[0028]10
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第一恒温晶振、20
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第一级锁相环路、30
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第二级锁相环路、40
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DDS电路、50
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混频器、60
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带通滤波器、70
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上位机；20
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第一级锁相环路包含、21
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第一鉴相器、22
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第一环路滤波器、23
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第二恒温晶振、24
‑
功分器；30
‑
第二级锁相环路包含31<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于冷原子干涉仪的小型化低相噪微波信号源，其特征在于，包括：第一恒温晶振、第一级锁相环路、第二级锁相环路、DDS电路、混频器、带通滤波器，所述第一恒温晶振与第一级锁相环路输入端连接，所述第一节锁相环路输出端与第二级锁相环路输入端连接，所述混频器具有三个端口，第一端口为本振端、第二端口为中频端、第三端口为射频端，所述第二级锁相环路输出端与混频器的本振端连接，所述DDS电路输出端与混频器的中频端连接，所述混频器的射频端与所述带通滤波器连接。2.根据权利要求1所述的小型化低相噪微波信号源，其特征在于，所述第一级锁相环路包括：第一鉴相器、第一环路滤波器、第二恒温晶振、功分器；所述第一恒温晶振用于产生第一频率信号，作为所述第一鉴相器的参考信号输入；所述第二恒温晶振用于调谐锁相，用于产生第二频率信号；所述功分器用于将所述第二恒温晶振产生的第二频率信号分成两路信号，其中一路作为所述第一鉴相器的鉴相信号输入，另一路作为第二级锁相环路的输入；所述第一鉴相器用于对第二频率信号进行分频，用于计算分频后的第二频率信号与第一频率信号的相位差，用于根据所述相位差输出直流电流信号；所述第一环路滤波器用于对所述第一鉴相器输出的直流电流信号进行滤波并转换为电压信号输出至第二恒温晶振。3.根据权利要求1所述的小型化低相噪微波信号源，其特征在于，所述第二级锁相环路包括：第二鉴相器、第二环路滤波器、压控振荡器；第一级锁相环路输出信号作为第二鉴相器的参考信号输入，压控振荡器输出第三频率信号至所述混频器的本振端，并对第三频率信号分频后作为第二鉴相器的鉴相信号输入，所述第二鉴相器计算分频后的第三频率信号与参考信号的相位差，并根据所述相位差输出直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凡，杨远航，宋新明，陈新文，王斌，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：