JP2788807B2 - ルビジウム原子発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明はルビジウム原子発振器に関し、特
に光ポンピング法を用いたルビジウム発振器に関する。

【０００２】

【従来技術】従来のこの種の原子発振器は図３に示す様
な構成となっている。電圧制御水晶発振器１は所定周波
数の発振出力を生成するものであり、この発振出力から
周波数シンセサイザ６は所定周波数の信号を生成する。

【０００３】混合器８はこのシンセサイザ出力と発振器
１の発振出力とを混合して、この混合出力を高次逓倍す
る逓倍用ダイオード１２（逓倍器）へ出力する。このと
き、当該ダイオードを動作させるためにインピーダンス
調整が必要なために、整合器１３が設けられており、こ
の整合器１３を介して混合器８の出力が逓倍用ダイオー
ド１２へ印加されるようになっている。

【０００４】このダイオード１２により高次逓倍された
信号はマイクロ波共鳴器３へ印加される。このマイクロ
波共鳴器３はルビジウムランプ及びルビジウム吸収セル
を有している。

【０００５】このマイクロ波共鳴器３の出力信号により
先の電圧制御水晶発振器１を制御するため周波数制御器
２が設けられており、電圧制御水晶発振器１の出力がル
ビジウム原子発振器の出力となる。

【０００６】いま、ここで電圧制御水晶発振器１の周波
数を６０MHz とすると、シンセサイザ６により略5 ．31
25MHz を発生させて、このシンセサイザ出力と６０MHz
とを混合器８にて混合し、この混合出力で逓倍用ダイオ
ード１２を動作させることになる。このとき、光マイク
ロ波共鳴器３に必要な6834．6875MHz を高次逓倍用ダイ
オード１２で作り出すことが必要となる。

【０００７】そのために、逓倍用ダイオードの逓倍次数
が大となり、よって電圧制御水晶発振器１の出力信号を
大きく増幅して逓倍用ダイオードに供給する必要があっ
て、効率が悪く、消費電力が多くなるという欠点があ
る。

【０００８】また、逓倍用ダイオードを動作させるため
に、バイアス調整やインピーダンス整合等の調整に時間
を要するという欠点もある。

【０００９】

【発明の目的】本発明の目的は、バイアス調整やインピ
ーダンス調整等の面倒な調整を必要とする逓倍用ダイオ
ードを不要としたルビジウム原子発振器を提供するこで
ある。

【００１０】本発明の他の目的は、逓倍用ダイオードの
バイアス調整やインピーダンス整合を簡単化することが
可能なルビジウム原子発振器を提供するこである。

【００１１】

【発明の構成】本発明によるルビジウム原子発振器は、
電圧制御水晶発振器と、この発振出力を分周する分周器
と、この分周器出力を入力とするフェイズロックループ
回路と、前記発振出力から所定周波数信号を生成する周
波数合成器と、前記フェイズロックループ回路内の電圧
制御発振器の出力またはその分周出力と前記周波数合成
器の出力信号とを混合する混合器と、この混合出力が供
給される光マイクロ波共鳴器と、この光マイクロ波共鳴
器の出力信号により前記電圧制御水晶発振器を制御する
周波数制御器とを含み、前記電圧制御水晶発振器の出力
を発振出力としたことを特徴とする。

【００１２】本発明による他のルビジウム原子発振器
は、電圧制御水晶発振器と、この発振出力を入力とし電
圧制御ＳＡＷ発振器を内部に含むフェイズロックループ
回路と、前記発振出力から所定周波数信号を生成する周
波数合成器と、前記電圧制御ＳＡＷ発振器の出力と前記
周波数合成器の出力信号とを混合する混合器と、この混
合出力を逓倍する逓倍器と、この逓倍出力が供給される
光マイクロ波共鳴器と、この光マイクロ波共鳴器の出力
信号により前記電圧制御水晶発振器を制御する周波数制
御器とを含み、前記電圧制御水晶発振器の出力を発振出
力としたことを特徴とする。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１４】図１は本発明の実施例のブロック図であ
り、図３と同等部分は同一符号により示している。電圧
制御水晶発振器１の発振出力をシンセサイザ６へ入力し
て所定周波数信号を生成し、これを混合器８の１入とし
ている。

【００１５】この混合器８の他入力にはＰＬＬ（フェイ
ズロックループ）回路におけるＶＣＯ（電圧制御発振
器）１５による発振出力が導入されるようになってい
る。このＰＬＬ回路は、ＶＣＯ１５と、このＶＣＯ出力
を分周する分周器７，９，１０，１１（この順に縦続接
続されている）と、この分周出力と電圧制御水晶発振器
１の出力の分周器４による分周出力とを位相比較する比
較器１４と、所定ループ定数を有するＬＰＦ５とからな
る。

【００１６】そして、混合器８の混合出力を直接光マイ
クロ波共鳴器３へ印加する構成として、調整が煩雑で効
率が悪い高次逓倍用ダイオードを省略している。

【００１７】例えば、電圧制御水晶発振器１の発振周波
数を１０MHz とし、ＰＬＬ回路内のＶＣＯ１５のそれを
6840×ｍ（ｍは１以上の整数）MHz として、分周器４を
１／２^N ，分周器７を１／ｍ，分周器９を１／２^N+2 ，
分周器１０を１／９，分周器１１を１／１９に夫々設定
する。

【００１８】こうすれば、混合器８の他入力は6480MHz
となるから、シンセサイザ６を図３の従来と同様に略5
．3125MHz とすれば、混合器８による混合出力（両入
力の差の周波数）には、光マイクロ波共鳴器３に必要な
6834．6875MHz が得られる。よって、逓倍用ダイオード
は不要となるのである。

【００１９】また、かかる構成において、光マイクロ波
共鳴器３は与えられたマイクロ波によって誤差信号を発
生し、周波数制御器２はこの誤差信号を電圧制御水晶発
振器１の制御電圧に変換しており、これにより電圧制御
水晶発振器１の出力周波数は光マイクロ波共鳴器３の周
波数安定度と同等となり、高安定となるものである。

【００２０】更に、ＶＣＯ１５を含むＰＬＬ回路を用い
ることにより、ＶＣＯ１５は電圧制御水晶発振器１の周
波数安定度と同等となる。このことは、すなわちＶＣＯ
１５の出力周波数も光マイクロ波共鳴器３の周波数安定
度と同等となり、安定なルビジウム原子発振器を構成で
きる。

【００２１】図２は本発明の他の実施例を示すブロック
図であり、図１，３と同等部分は同一符号により示して
いる。本例は逓倍用ダイオード１２を用いているが、そ
の逓倍次数を高次とする必要がなく、よって調整を簡単
化して電力効率も向上可能としたものである。

【００２２】電圧制御水晶発振器１の出力をＰＬＬ回路
へ入力し、このＰＬＬ回路のＶＣＯ１５（本例では、10
0 MHz 〜数GHz 帯域の発振が可能なＳＡＷ（弾性表面波
発振器を用いる）の出力を混合器８の他入力としてい
る。

【００２３】このＰＬＬ回路はＳＡＷ発振器１５の出力
を分周する分周器１０，１１と、この分周出力と電圧制
御水晶発振器１の出力とを位相比較する比較器１４と、
この比較出力を所定ループ定数で直流信号に変換するＬ
ＰＦ５とからなる。

【００２４】そして、混合器８の混合出力を逓倍器１２
により逓倍して、光マイクロ波共鳴器３に必要な6834．
6875MHz を得るようになっている。

【００２５】この様に、ＳＡＷ発振器１５を用いたＰＬ
Ｌ回路により安定な周波数を得て、混合器８にてシンセ
サイザ６の出力と混合し、これを逓倍器１２にて逓倍す
るようにしているので、逓倍用ダイオードの逓倍次数は
小さくて良くなる。よって、逓倍効率も良く、調整も容
易となるのである。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、逓倍
用ダイオードの逓倍次数を小とするか全く不要としたの
で、逓倍用ダイオードの煩雑な調整はなくなり、また低
消費電力化及び小型化が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】本発明の他の実施例のブロック図である。

【図３】従来のルビジウム原子発振器のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 電圧制御水晶発振器 ２ 周波数制御器 ３ 光マイクロ波共鳴器 ６ シンセサイザ ８ 混合器 １２ 逓倍器 １５ ＶＣＯ

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Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧制御水晶発振器と、この発振出力を
   分周する分周器と、この分周器出力を入力とするフェイ
   ズロックループ回路と、前記発振出力から所定周波数信
   号を生成する周波数合成器と、前記フェイズロックルー
   プ回路内の電圧制御発振器の出力またはその分周出力と
   前記周波数合成器の出力信号とを混合する混合器と、こ
   の混合出力が供給される光マイクロ波共鳴器と、この光
   マイクロ波共鳴器の出力信号により前記電圧制御水晶発
   振器を制御する周波数制御器とを含み、前記電圧制御水
   晶発振器の出力を発振出力としたことを特徴とするルビ
   ジウム原子発振器。
2. 【請求項２】 前記フェイズロックループ回路内の電圧
   制御発振器の発振周波数は6840×ｍMHz （ｍは１以上の
   整数）であり、前記周波数合成器の出力周波数は略5 ．
   3125MHz であり、前記混合器は前記電圧制御発振器の出
   力である6840ｍMHz の1/m の周波数と前記周波数合成器
   の出力周波数である5 ．3125MHz とを混合することを特
   徴とする請求項１記載のルビジウム電子発振器。
3. 【請求項３】 電圧制御水晶発振器と、この発振出力を
   入力とし電圧制御ＳＡＷ発振器を内部に含むフェイズロ
   ックループ回路と、前記発振出力から所定周波数信号を
   生成する周波数合成器と、前記電圧制御ＳＡＷ発振器の
   出力と前記周波数合成器の出力信号とを混合する混合器
   と、この混合出力を逓倍する逓倍器と、この逓倍出力が
   供給される光マイクロ波共鳴器と、この光マイクロ波共
   鳴器の出力信号により前記電圧制御水晶発振器を制御す
   る周波数制御器とを含み、前記電圧制御水晶発振器の出
   力を発振出力としたことを特徴とするルビジウム原子発
   振器。