CN109474275B - 一种氢原子频标微波腔频率控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种氢原子频标微波腔工作频率的控制方法和装置，解决了微波腔振荡信号受探测信号干扰的问题，所述装置包括主动型氢原子频标物理部分，混频器，第一功率分配器，晶振环路，第二功率分配器，锁相倍频电路，腔伺服环路和频率合成电路。所述方法包括利用腔牵引效应对氢原子频标物理部分输出的微波信号进行调制；主动型氢原子频标微物理部分输出的微波信号经过下混频，得到中频信号；中频信号经过幅度检波得到直流信号输出给变容二极管二。本发明无需对微波腔进行微波注入，从而减小了注入微波信号对脉泽振荡信号的干扰；环路中信号频谱纯净，实现整机频率稳定度和相位噪声水平较高；整个装置和方法原理简单、结构小型、易操作。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种氢原子频标微波腔频率控制方法及装置。
背景技术
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。该方案存在如下弊端：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；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。
发明内容
有鉴于此，为解决微波腔振荡信号的干扰问题，本申请实施例提供了一种氢原子频标微波腔频率控制方法及装置。
本申请实施例提出了一种氢原子频标微波腔频率控制装置，包括主动型氢原子频标的物理部分，混频器，第一功率分配器，晶振环路，第二功率分配器，锁相倍频电路，腔伺服环路和频率合成电路；所述主动型氢原子频标的物理部分作为频率源，得到微波信号，输出到所述混频器；所述混频器用于信号下混频，接收所述微波信号和倍频信号，得到混频信号，输出到所第一功率分配器；所述第一功率分配器用于频率分配，接收所述混频信号，得到分配信号一和分配信号二，分别输出到所述晶振环路和腔伺服环路；所述晶振环路用于接收所述分配信号一，得到时钟信号，输出到所述第二功率分配器；所述第二功率分配器用于接收所述时钟信号，得到分配信号三、分配信号四和分频信号五，分别输出到所述锁相倍频电路、频率合成电路和腔伺服环路；所述锁相倍频电路用于信号倍频，接收所述分配信号三，得到倍频信号，输出到所述混频器；所述频率合成电路用于信号合成，得到腔频调制信号和同步解调信号，分别输出到所述主动型氢原子频标的物理部分和腔伺服环路；所述腔伺服环路用于比对信号误差并将误差转变为电信号，得到直流控制信号，输出到所述主动型氢原子频标的物理部分。
本申请实施例还提出了一种氢原子频标微波腔工作频率的控制方法，包含以下步骤：利用腔牵引效应对氢原子频标物理部分输出的微波信号进行调制；主动型氢原子频标微物理部分输出的微波信号经过下混频，得到所述混频信号；所述混频信号功分两路，一路进入晶振环路锁定晶振，另一路经过幅度检波得到所述直流控制信号输出给所述变容二极管二，从而实现对微波腔工作频率的控制。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
无需对微波腔进行微波注入，从而减小了注入微波信号对脉泽振荡信号的干扰；环路中信号频谱纯净，实现整机频率稳定度和相位噪声水平较高；整个装置和方法原理简单、结构小型、易操作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1是氢原子频标微波腔工作频率控制装置实施例示意图；
图2是氢原子频标微波腔工作频率控制方法实施例示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1是氢原子频标微波腔频率控制装置实施例示意图，包括主动型氢原子频标的物理部分101，混频器102，第一功率分配器103，晶振环路104，第二功率分配器105，锁相倍频电路106，腔伺服环路107和频率合成电路108，所述主动型氢原子频标的物理部分作为频率源，得到微波信号A1，输出到所述混频器；所述混频器用于信号下混频，接收所述微波信号和倍频信号，得到混频信号A2，输出到所第一功率分配器；所述第一功率分配器用于频率分配，接收所述混频信号，得到分配信号一A3和分配信号二A4，分别输出到所述晶振环路和腔伺服环路；所述晶振环路用于接收所述分配信号一，得到时钟信号A5，输出到所述第二功率分配器；所述第二功率分配器用于接收所述时钟信号，得到分配信号三A6、分配信号四A7和分配信号五A8，分别输出到所述锁相倍频电路、频率合成电路和腔伺服环路；所述锁相倍频电路用于信号倍频，接收所述分配信号三，得到倍频信号A9，输出到所述混频器；所述频率合成电路用于信号合成，得到腔频调制信号A10和同步解调信号A11，分别输出到所述主动型氢原子频标的物理部分和腔伺服环路；所述腔伺服环路用于比对信号误差并将误差转变为电信号，得到直流控制信号A12，输出到所述主动型氢原子频标的物理部分。
所述主动型氢原子频标的物理部分，是指除电路以外的部分。
所述分配信号一和分配信号二是所述混频信号A2经功率分配后得到的功率分配信号，所述分配信号一和分配信号二的功率相同。
所述分配信号三A6、分配信号四A7和分配信号五A8是所述时钟信号A5经功率分配后得到的功率分配信号，所述分配信号三、分配信号四和分配信号五的功率相同。
进一步地，所述主动型氢原子频标的物理部分包括变容二级管一和变容二级管二，所述变容二级管一用于接收所述腔频调制信号，所述变容二级管二用于接收所述直流控制信号。
主动型氢原子频标的物理部分为一个频率源，其输出频率可以变容二级管一调制，微波信号的频率为1420.425751MHz，所述倍频信号1.42GHz进行下混频后，混频信号的频率为20.405MHz，所述分频信号三的频率为10MHz，晶振环路包含晶体振荡器和锁相环路，所述分频信号一与其内部的20.405MHz信号进行检波积分就可以得到晶振的锁定电压。所述腔伺服环路包括检波电路，其利用分频信号二(20.405MHz)和同步检波信号进行检波积分，就可以得到微波腔控制的误差电压，以所述直流控制信号的形式输出，所述直流控制信号可以直接控制所述微波腔的输出频率。
图2是氢原子频标微波腔频率控制方法实施例示意图，包含以下步骤：
步骤201：利用腔牵引效应对所述氢原子频标物理部分输出的微波信号进行调制。
可通过对所述微波信号的调制，调制脉泽微波输出信号频率。
步骤202：主动型氢原子频标微物理部分输出的微波信号经过下混频，得到所述混频信号；
步骤203：所述混频信号功分两路，一路进入晶振环路锁定晶振，另一路经过幅度检波得到所述直流控制信号输出给所述变容二极管二，从而实现对微波腔工作频率的控制。
进一步地，所述方波调制是对所述变容二级管一进行方波调制，进而调节微波腔的振谐频率。
利用所述腔频调制信号调制微波腔谐振频率，让微波腔谐振频率在脉泽跃迁信号两边等间隔周期跳动，这样脉泽跃迁信号就会被微波腔的谐振频率进行幅度调制，而调制频率不会对所述锁相环路产生较大的干扰。同时被调制后的所述微波信号就包含了微波腔的频率信息，利用该信息和误差信息产生的直流控制电压对微波腔工作频率进行控制。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种氢原子频标微波腔工作频率的控制装置，其特征在于，包括主动型氢原子频标的物理部分，混频器，第一功率分配器，晶振环路，第二功率分配器，锁相倍频电路，腔伺服环路和频率合成电路；
所述主动型氢原子频标的物理部分作为频率源，得到微波信号，输出到所述混频器；
所述混频器用于信号下混频，接收所述微波信号和倍频信号，得到混频信号，输出到所第一功率分配器；
所述第一功率分配器用于频率分配，接收所述混频信号，得到分配信号一和分配信号二，分别输出到所述晶振环路和腔伺服环路；
所述晶振环路用于接收所述分配信号一，得到时钟信号，输出到所述第二功率分配器；
所述第二功率分配器用于接收所述时钟信号，得到分配信号三、分配信号四和分频信号五，分别输出到所述锁相倍频电路、频率合成电路和腔伺服环路；
所述锁相倍频电路用于信号倍频，接收所述分配信号三，得到倍频信号，输出到所述混频器；
所述频率合成电路用于信号合成，得到腔频调制信号和同步解调信号，分别输出到所述主动型氢原子频标的物理部分和腔伺服环路；
所述腔伺服环路用于比对信号误差并将误差转变为电信号，得到直流控制信号，输出到所述主动型氢原子频标的物理部分。
2.根据权利要求1所述的氢原子频标微波腔工作频率的控制装置，其特征是于所述主动型氢原子频标的物理部分包括变容二极管一和变容二极管二，所述变容二极管一用于接收所述腔频调制信号，所述变容二极管二用于接收所述直流控制信号。
3.一种氢原子频标微波腔工作频率的控制方法，使用权利要求2所述的氢原子频标微波腔工作频率的控制装置，其特征在于，包含以下步骤：
利用腔牵引效应对氢原子频标物理部分输出的微波信号进行调制；
主动型氢原子频标微物理部分输出的微波信号经过下混频，得到所述混频信号；
所述混频信号功分两路，一路进入晶振环路锁定晶振，另一路经过幅度检波得到所述直流控制信号输出给所述变容二极管二，从而实现对微波腔工作频率的控制。
4.根据权利要求3所述的氢原子频标微波腔工作频率的控制方法，其特征在于，所述微波信号的频率为1420.405751MHz，所述混频信号频率为20.405MHz。
5.根据权利要求3所述的氢原子频标微波腔工作频率的控制方法，其特征在于，所述调制是对所述变容二极管一进行方波调制，进而调节微波腔的振谐频率。
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