JP4360385B2 - Atomic oscillator - Google Patents

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Description

本発明は、位相変調器及びルビジウム原子発振器に関し、さらに詳しくは、位相変調器
の移相量の直線性を改善し、且つ出力レベル変動を抑制する回路構成に関するものである
The present invention relates to a phase modulator and a rubidium atomic oscillator, and more particularly to a circuit configuration that improves the linearity of the phase shift amount of the phase modulator and suppresses output level fluctuations.

近年、通信網や放送網等のディジタルネットワーク化が進み、これに伴い、伝送装置の
クロック信号や放送局の基準周波数の生成に使用されるクロック源等として、高精度・高
安定な発振器が必要不可欠なものとなっている。そのような要請を満たす発振器として、
発振周波数の精度・安定度が高いルビジウム原子発振器が多く用いられている。このルビ
ジウム原子発振器には、ルビジウム原子共鳴周波数にロックをかけるために、共鳴周波数
がずれているか一致しているかを検出するために、マイクロ波の位相を低周波により変調
する位相変調器が使用されている。
In recent years, digital networks such as communication networks and broadcasting networks have been developed, and accordingly, a highly accurate and highly stable oscillator is required as a clock source used for generating clock signals for transmission devices and reference frequencies for broadcasting stations. It has become indispensable. As an oscillator that meets such requirements,
Rubidium atomic oscillators with high oscillation frequency accuracy and stability are often used. In order to lock the rubidium atomic resonance frequency, this rubidium atomic oscillator uses a phase modulator that modulates the phase of the microwave with a low frequency in order to detect whether the resonance frequency is shifted or coincident. ing.

図4は従来の位相変調器の一例を示す回路図である。
この位相変調器100は、トランジスタTR1のコレクタに接続したインダクタンスL
に並列にバラクタ回路を接続し、抵抗R4でバラクタダイオードRC1のカソード直流バ
イアス電圧を固定しておき、R9とRX1の抵抗分圧によって決まるアノード直流バイア
ス電圧にC7を経由して変調波111Hzを重畳して位相変調をかけ、変調波のレベルを
RV1で調整することによって変調度を調整する回路である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional phase modulator.
This phase modulator 100 has an inductance L connected to the collector of the transistor TR1.
In parallel, a varactor circuit is connected in parallel, the cathode DC bias voltage of the varactor diode RC1 is fixed by the resistor R4, and the modulation wave 111Hz is superimposed via the C7 on the anode DC bias voltage determined by the resistance voltage division of R9 and RX1. Thus, phase modulation is performed, and the modulation degree is adjusted by adjusting the level of the modulated wave with RV1.

図5は位相変調器100の振幅、位相特性を示す図である。縦軸に振幅、位相を示し、
横軸に周波数を示す。この図では、位相特性を符号50で示し、Pass特性を符号51
で示す。例えば、バラクタダイオードRC1のカソード電圧を3.5V〜4.5Vまで変
化させたとき、10MHzでの位相変化幅は+8度〜−12度(a、b間)まで変化し、
そのときの振幅変動分は480mV〜440mV(約0.8dB)(c、d間)変動する
のがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing the amplitude and phase characteristics of the phase modulator 100. The vertical axis shows the amplitude and phase,
Frequency is shown on the horizontal axis. In this figure, the phase characteristic is indicated by reference numeral 50, and the Pass characteristic is indicated by reference numeral 51.
It shows with. For example, when the cathode voltage of the varactor diode RC1 is changed from 3.5 V to 4.5 V, the phase change width at 10 MHz changes from +8 degrees to −12 degrees (between a and b),
It can be seen that the amplitude fluctuation at that time fluctuates between 480 mV and 440 mV (about 0.8 dB) (between c and d).

また、従来技術として特許文献1には、入力信号及び変調信号を2分配し、それぞれ2
つの位相変調回路で変調した後、電力合成する位相変調器について開示されている。
特開平8−222956号公報
Further, as a conventional technique, Patent Document 1 discloses that an input signal and a modulation signal are divided into two parts, each having 2
A phase modulator that combines power after modulation by two phase modulation circuits is disclosed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-2222956

しかしながら、図4に示す従来の変調器による位相変調信号は、タンク回路の同調点か
らずれることによるレベル変動(c、d間)の影響が振幅変調成分として残留し、この振
幅変調成分を取り除くためのリミッタ回路などが後段に必要となる。また、回路の調整を
必要とし、調整コストが必要となるといった問題がある。
However, in the phase modulation signal by the conventional modulator shown in FIG. 4, the influence of the level fluctuation (between c and d) due to deviation from the tuning point of the tank circuit remains as an amplitude modulation component, and this amplitude modulation component is removed. Such a limiter circuit is required in the subsequent stage. Further, there is a problem that adjustment of the circuit is required and adjustment cost is required.

また、特許文献1に開示されている従来技術は、2つの位相変調回路で変調した後、電
力合成する際に、それぞれの位相変調回路で発生する振幅変調成分を相殺して位相変調特
性を得るようにしているので、2つの位相変調回路と合成回路が必要となり、回路構成が
複雑となるために、回路規模が大きくなり部品コストが高くなるといった問題がある。
Further, the conventional technique disclosed in Patent Document 1 obtains phase modulation characteristics by canceling amplitude modulation components generated in each phase modulation circuit when power is combined after modulation by two phase modulation circuits. As a result, two phase modulation circuits and a synthesis circuit are required, and the circuit configuration is complicated, resulting in a problem that the circuit scale increases and the component cost increases.

本発明は、かかる課題に鑑み、クワッドレチャ・ハイブリッドを使用して、進相端子と
遅相端子に可変リアクタンス素子を接続することにより、所望する位相に変調すると共に
、出力レベルの変動を最小限に抑えた位相変調器を提供することを目的とする。
In view of such a problem, the present invention uses a quadrature hybrid to connect a variable reactance element to a phase advance terminal and a phase delay terminal, thereby modulating to a desired phase and minimizing fluctuations in output level. An object is to provide a suppressed phase modulator.

本発明はかかる課題を解決するために、原子発振器の原子ガスに用いられる原子の共鳴周波数に共振するマイクロ波共振器と、該マイクロ波共振器内にマイクロ波を放射する放射用アンテナと、原子ガスを透過した光の強度を検出するフォトセンサと、を有する光マイクロ波ユニットと、前記フォトセンサから出力された信号の供給を受ける位相弁別器と、該位相弁別器が出力した電圧に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振器と、位相変調器と、該位相変調器の出力信号を逓倍する周波数逓倍部と、該周波数逓倍部の出力信号が入力され、前記放射用アンテナより放射するマイクロ波を生成する為の混変調部と、を備え、前記位相変調器が、クワッドレチャ・ハイブリッドを有し、前記クワッドレチャ・ハイブリッドが、進相端子と、遅相端子と、前記位相変調器の出力信号が出力される出力端子と、前記電圧制御発振器からの信号の供給を受ける入力端子とを備え、前記進相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が進んだ信号が発生し、前記遅相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が遅れた信号が発生するものであり、前記電圧制御発振器の出力信号を変調する為に電圧によりリアクタンス値が制御される第1の可変リアクタンス素子を前記進相端子に接続し、電圧によりリアクタンス値が制御される第2の可変リアクタンス素子を前記遅相端子に接続したことを特徴とする。
In order to solve such a problem, the present invention provides a microwave resonator that resonates with the resonance frequency of an atom used in an atomic gas of an atomic oscillator, a radiation antenna that radiates a microwave into the microwave resonator, an atom An optical microwave unit having a photosensor for detecting the intensity of light transmitted through the gas, a phase discriminator that receives a signal output from the photosensor, and a voltage output from the phase discriminator. A voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled, a phase modulator, a frequency multiplier that multiplies the output signal of the phase modulator, and a micro wave that is radiated from the radiating antenna that receives the output signal of the frequency multiplier An intermodulation unit for generating a wave, wherein the phase modulator has a quadreach hybrid, and the quadrechet hybrid is a phase advance terminal A phase delay terminal, an output terminal from which the output signal of the phase modulator is output, and an input terminal that receives supply of a signal from the voltage controlled oscillator, and the phase advance terminal includes the voltage controlled oscillator. A signal whose phase is advanced with respect to the phase of the output signal is generated, and a signal whose phase is delayed with respect to the phase of the output signal of the voltage controlled oscillator is generated at the slow phase terminal. In order to modulate the output signal of the oscillator, a first variable reactance element whose reactance value is controlled by voltage is connected to the phase advance terminal, and a second variable reactance element whose reactance value is controlled by voltage is connected to the slow phase It is connected to the terminal.

また、ルビジウム原子の共鳴周波数に共振するマイクロ波共振器と、該マイクロ波共振器内にマイクロ波を放射する放射用アンテナと、ルビジウムガスを透過した光の強度を検出するフォトセンサと、を有する光マイクロ波ユニットと、前記フォトセンサから出力された信号の供給を受ける位相弁別器と、該位相弁別器が出力した電圧に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振器と、位相変調器と、該位相変調器の出力信号を逓倍する周波数逓倍部と、該周波数逓倍部の出力信号が入力され、前記放射用アンテナより放射するマイクロ波を生成する為の混変調部と、を備え、前記位相変調器が、クワッドレチャ・ハイブリッドを有し、前記クワッドレチャ・ハイブリッドが、進相端子と、遅相端子と、前記位相変調器の出力信号が出力される出力端子と、前記電圧制御発振器からの信号の供給を受ける入力端子とを備え、前記進相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が進んだ信号が発生し、前記遅相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が遅れた信号が発生するものであり、前記電圧制御発振器の出力信号を変調する為に電圧によりリアクタンス値が制御される第1の可変リアクタンス素子を前記進相端子に接続し、電圧によりリアクタンス値が制御される第2の可変リアクタンス素子を前記遅相端子に接続したことを特徴とする。  A microwave resonator that resonates at the resonance frequency of the rubidium atom; a radiation antenna that radiates microwaves into the microwave resonator; and a photosensor that detects the intensity of light transmitted through the rubidium gas. An optical microwave unit; a phase discriminator that receives supply of a signal output from the photosensor; a voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled based on a voltage output from the phase discriminator; and a phase modulator; A frequency multiplier for multiplying the output signal of the phase modulator; and a cross-modulator for generating a microwave radiated from the radiation antenna, to which the output signal of the frequency multiplier is input. The modulator has a quadlet hybrid, and the quadlet hybrid outputs a phase advance terminal, a phase delay terminal, and an output signal of the phase modulator. Output signal and an input terminal that receives supply of a signal from the voltage controlled oscillator, the phase advance terminal generates a signal whose phase is advanced with respect to the phase of the output signal of the voltage controlled oscillator, A signal whose phase is delayed with respect to the phase of the output signal of the voltage controlled oscillator is generated at the slow phase terminal, and the reactance value is controlled by the voltage in order to modulate the output signal of the voltage controlled oscillator. The first variable reactance element is connected to the phase advance terminal, and the second variable reactance element whose reactance value is controlled by voltage is connected to the slow phase terminal.

クワッドレチャ・ハイブリッドは、マイクロ波帯で用いられるマジックTやブランチド  Quad Recha Hybrid is a Magic T and Branched used in the microwave band.
・ハイブリッドと同じ動作を与えるもので、4つのポートを備えている。この性質は、入-It gives the same operation as a hybrid and has 4 ports. This property is
力端子から信号を入力すると、電力は進相端子と遅相端子に現れる。このとき2つの端子When a signal is input from the power terminal, power appears at the leading and lagging terminals. At this time, two terminals
の位相が進相端子では進み、遅相端子では遅れ、両端子間では90度の位相差となる。そThe phase is advanced at the leading terminal, delayed at the slow terminal, and a phase difference of 90 degrees between the two terminals. So
して、出力端子には何の出力も現れない。本発明ではこの性質を利用して、進相端子と遅As a result, no output appears at the output terminal. In the present invention, this property is utilized to advance the phase advance terminal and the delay time.
相端子に可変リアクタンス素子を接続して、出力端子に位相が異なる信号を出力するものA variable reactance element is connected to the phase terminal, and signals with different phases are output to the output terminal
である。これにより、簡単な回路構成により、出力レベルの変動を抑制した位相変調器をIt is. This allows a phase modulator that suppresses fluctuations in output level with a simple circuit configuration.
提供することができる。Can be provided.

また、上記特徴に加え、前記クワッドレチャ・ハイブリッドが、該クワッドレチャ・ハイブリッドの入力端子と前記進相端子とを第1のコンデンサを介して接続し、前記入力端子と前記遅相端子とを第1のインダクタンスを介して接続し、前記進相端子と該クワッドレチャ・ハイブリッドの出力端子とを第2のインダクタンスを介して接続し、前記遅相端子と前記出力端子とを第2のコンデンサを介して接続した構成を有することを特徴とする。  Further, in addition to the above feature, the quadlet hybrid hybrid connects an input terminal of the quadlet hybrid and the phase advance terminal via a first capacitor, and the input terminal and the phase lag terminal are connected to each other by a first capacitor. The phase advance terminal and the output terminal of the quadrature hybrid are connected via a second inductance, and the phase delay terminal and the output terminal are connected via a second capacitor. It has the structure.
本発明によれば、出力レベルの変動を抑え、且つ回路規模が小さい位相変調器を適用したことで、小型且つ低価格なルビジウム原子発振器を提供することができる。  According to the present invention, a small and low-priced rubidium atomic oscillator can be provided by applying a phase modulator that suppresses fluctuations in output level and has a small circuit scale.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記
載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限
り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .

図1は本発明の位相変調器の一例を示す回路図である。この位相変調器11は、10M
Hzの発振信号VIを発振する発振源24と、発振源24から発振された発振信号VIを
入力する入力端子aと、発振信号VIの位相に対して位相が進む進相端子cと、発振信号
VIの位相に対して位相が遅れる遅相端子bと、進相端子cに現れる位相と遅相端子bに
現れる位相とを合成して出力する出力端子dと、を有するクワッドレチャ・ハイブリッド
30と、遅相端子bとグランド間に接続された可変容量素子(可変リアクタンス素子)C
3と、進相端子cとグランド間に接続された可変容量素子(可変リアクタンス素子)C4
と、出力端子dと、を備えて構成されている。尚、クワッドレチャ・ハイブリッド30は
、コア31に同位相で巻かれた2つのインダクタンスL1、L2と、インダクタンスL1
、L2の一方の端子25、27間に接続されたコンデンサC1と、インダクタンスL1、
L2の他方の端子26、28間に接続されたコンデンサC2により構成され、端子25は
入力端子aと接続され、端子27は進相端子cと接続され、端子26は遅相端子bと接続
され、端子28は出力端子dと接続されている。そして入力端子aに発振信号VIを入力
し、進相端子cと遅相端子bに夫々可変容量素子C4、C3を接続することにより、出力
端子dに出力される発振信号の位相を変調するものである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a phase modulator of the present invention. This phase modulator 11 is 10M
An oscillation source 24 that oscillates an oscillation signal VI of Hz, an input terminal a that receives the oscillation signal VI oscillated from the oscillation source 24, a phase advance terminal c that advances in phase with respect to the phase of the oscillation signal VI, and an oscillation signal A quadrature hybrid 30 having a slow terminal b whose phase is delayed with respect to the phase of VI, and an output terminal d that combines and outputs the phase appearing at the fast terminal c and the phase appearing at the slow terminal b; Variable capacitance element (variable reactance element) C connected between the slow phase terminal b and the ground
3 and a variable capacitance element (variable reactance element) C4 connected between the phase advance terminal c and the ground.
And an output terminal d. The quadreach hybrid 30 includes two inductances L1 and L2 wound around the core 31 in the same phase, and an inductance L1.
, A capacitor C1 connected between one terminal 25, 27 of L2, and an inductance L1,
The capacitor C2 is connected between the other terminals 26 and 28 of L2, the terminal 25 is connected to the input terminal a, the terminal 27 is connected to the leading terminal c, and the terminal 26 is connected to the slow terminal b. The terminal 28 is connected to the output terminal d. Then, the oscillation signal VI is input to the input terminal a, and the variable capacitance elements C4 and C3 are connected to the fast terminal c and the slow terminal b, respectively, thereby modulating the phase of the oscillation signal output to the output terminal d. It is.

ここで、クワッドレチャ・ハイブリッドの動作については公知であるが、概要について
説明しておく。クワッドレチャ・ハイブリッド(別名90度ハイブリッドとも呼ぶ)マイ
クロ波帯で用いられるマジックTやブランチド・ハイブリッドと同じ動作を与えるもので
、4つのポートを備えている。この性質は、入力端子aから信号を入力すると、電力は進
相端子cと遅相端子bに現れる。このとき2つの端子の位相が進相端子cでは45度進み
、遅相端子bでは45度遅れ、両端子間では90度の位相差となる。基本的には入力端子
aに対して±45度の位相差となる。そして、出力端子dには何の出力も現れない。本発
明ではこの性質を利用して、進相端子cと遅相端子bに可変容量素子C4、C3を接続し
て、出力端子dに位相が異なる信号を出力するものである。これにより、簡単な回路構成
により、出力レベルの変動を抑制した位相変調器を提供することができる。
Here, the operation of the quad-recha hybrid is publicly known, but an outline will be described. Quadrecha Hybrid (also called 90-degree hybrid) gives the same operation as Magic T and Branched Hybrid used in the microwave band, and has four ports. This property is that when a signal is input from the input terminal a, power appears at the phase advance terminal c and the phase delay terminal b. At this time, the phase of the two terminals is advanced 45 degrees at the leading terminal c, delayed by 45 degrees at the slow terminal b, and a phase difference of 90 degrees between the two terminals. Basically, the phase difference is ± 45 degrees with respect to the input terminal a. No output appears at the output terminal d. In the present invention, utilizing this property, variable capacitance elements C4 and C3 are connected to the phase advance terminal c and the phase delay terminal b, and signals having different phases are output to the output terminal d. Thereby, it is possible to provide a phase modulator that suppresses fluctuations in the output level with a simple circuit configuration.

本願発明は、可変容量素子C4、C3の端子電圧を制御することにより、容量を変化さ
せて出力端子dに出力される発振信号の位相を変調するものである。即ち、可変リアクタ
ンス素子にはいろいろ考えられるが、制御のし易さから考えた場合、可変容量素子が最適
である。可変容量素子は端子間の電位差により容量値が変化する素子であり、外部からの
制御電圧により容量を所定範囲で変化させることができる。これにより、外部から制御電
圧を変化させることにより、容易に信号の位相を変調することができる。なお、可変容量
素子はバラクタダイオードを用いるのが好ましい。
In the present invention, the phase of the oscillation signal output to the output terminal d is modulated by changing the capacitance by controlling the terminal voltages of the variable capacitance elements C4 and C3. That is, various variable reactance elements can be considered, but a variable capacitance element is optimal in view of ease of control. The variable capacitance element is an element whose capacitance value changes due to a potential difference between terminals, and the capacitance can be changed within a predetermined range by an external control voltage. Thereby, the phase of the signal can be easily modulated by changing the control voltage from the outside. Note that a varactor diode is preferably used as the variable capacitance element.

図2は本発明の位相変調器の可変容量素子にバラクタダイオードを接続した場合の位相
変調特性のシミュレーション結果の図である。縦軸(左)は移相量(位相変化幅)(de
g)を表し、縦軸(右)は出力端子dの出力レベル(mV)を表し、横軸はバラクタダイ
オードの制御電圧(V)を表している。また、線分21は移相量であり、線分22は出力
レベルを表している。この図から分かるとおり、移相量21は制御電圧を1Vから6Vま
で変化させた場合、略リニアに変化しているのが分かる。そのときの出力レベル22は、
500(mV)を中心として略フラットであり、レベルの変動が殆どないことが分かる。
即ち、実使用域A−B間では、移相量21は、非常に良い直線性を示しており、そのとき
の出力レベル22は、500(mV)を中心として殆ど変動していないことが分かる。
FIG. 2 is a diagram showing a simulation result of phase modulation characteristics when a varactor diode is connected to the variable capacitance element of the phase modulator of the present invention. The vertical axis (left) is the amount of phase shift (phase change width) (de
g), the vertical axis (right) represents the output level (mV) of the output terminal d, and the horizontal axis represents the control voltage (V) of the varactor diode. A line segment 21 represents the amount of phase shift, and a line segment 22 represents the output level. As can be seen from this figure, the phase shift amount 21 changes substantially linearly when the control voltage is changed from 1V to 6V. The output level 22 at that time is
It can be seen that it is substantially flat around 500 (mV), and there is almost no level fluctuation.
That is, it can be seen that the phase shift amount 21 shows very good linearity between the actual use areas A and B, and the output level 22 at that time hardly fluctuates around 500 (mV). .

図3は本発明のルビジウム原子発振器の概略構成を示すブロック図である。このルビジ
ウム原子発振器50は、ルビジウムランプ(以下、Rbランプと記す)5を点灯するラン
プ励振部1と、ルビジウムガスセル(以下、Rbガスセルと記す)6中のルビジウム原子
を励起するRbランプ5と、ルビジウム原子を封入したRbガスセル6と、Rbガスセル
6中のルビジウム原子の共鳴周波数に共振するよう調整されたマイクロ波共振器3と、マ
イクロ波共振器3にマイクロ波を放射する放射用アンテナ4と、Rbガスセル6を透過し
た光の強度を検出するフォトセンサ7と、Amp9に現れる低周波振幅変調信号の位相を
弁別する位相弁別器10と、位相弁別器10の電圧に基づいて所定の周波数を発振する電
圧制御発振器13と、マイクロ波の位相を低周波により変調する位相変調器11と、電圧
制御発振器13の発振信号をマイクロ波に逓倍する周波数逓倍部12と、逓倍された発振
信号に変調をかけ、ルビジウム原子の共鳴周波数と同一の周波数信号を生成する混変調部
14と、を備えて構成されている。尚、Rbランプ5、マイクロ波共振器3及びフォトセ
ンサ7により構成されるユニットを光マイクロ波ユニット8と呼ぶ。また、混変調部14
の出力は放射用アンテナ4に接続されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the rubidium atomic oscillator of the present invention. The rubidium atomic oscillator 50 includes a lamp excitation unit 1 for lighting a rubidium lamp (hereinafter referred to as Rb lamp) 5, an Rb lamp 5 for exciting rubidium atoms in a rubidium gas cell (hereinafter referred to as Rb gas cell) 6, Rb gas cell 6 encapsulating rubidium atoms, microwave resonator 3 adjusted to resonate with the resonance frequency of rubidium atoms in Rb gas cell 6, and radiation antenna 4 for radiating microwaves to microwave resonator 3 , A photosensor 7 for detecting the intensity of light transmitted through the Rb gas cell 6, a phase discriminator 10 for discriminating the phase of the low frequency amplitude modulation signal appearing in Amp 9, and a predetermined frequency based on the voltage of the phase discriminator 10. A voltage-controlled oscillator 13 that oscillates, a phase modulator 11 that modulates the phase of a microwave with a low frequency, and a voltage-controlled oscillator 13 A frequency multiplier 12 that multiplies an oscillation signal into a microwave, and a multi-modulator 14 that modulates the multiplied oscillation signal and generates a frequency signal that is the same as the resonance frequency of the rubidium atom. . A unit composed of the Rb lamp 5, the microwave resonator 3, and the photosensor 7 is referred to as an optical microwave unit 8. Further, the intermodulation unit 14
Is connected to the radiating antenna 4.

次に、本発明のルビジウム原子発振器の動作については公知であるので、ここでは説明
を省略するが、本発明の主たる構成要素である位相変調器11は図1の各部品により構成
される位相変調器である。即ち、ルビジウム原子発振器50には、ルビジウム原子共鳴周
波数にロックをかけるために、共鳴周波数がずれているか一致しているかを検出するため
に、マイクロ波の位相を低周波により変調する位相変調器11が必要となる。本発明のル
ビジウム原子発振器50では、位相変調器11に本発明の位相変調器を使用するものであ
る。これにより、所望する位相に変調すると共に、出力レベルの変動を最小限に抑えるこ
とができる。
Next, since the operation of the rubidium atomic oscillator of the present invention is known, the description thereof is omitted here, but the phase modulator 11 which is the main component of the present invention is a phase modulation composed of each component of FIG. It is a vessel. That is, in order to lock the rubidium atomic resonance frequency, the rubidium atomic oscillator 50 has a phase modulator 11 that modulates the phase of the microwave with a low frequency in order to detect whether the resonance frequency is shifted or coincident. Is required. In the rubidium atomic oscillator 50 of the present invention, the phase modulator of the present invention is used for the phase modulator 11. As a result, it is possible to modulate to a desired phase and minimize the fluctuation of the output level.

本発明の位相変調器の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the phase modulator of this invention. 本発明の位相変調器にバラクタダイオードを接続した場合の位相変調特性のシミュレーション結果の図である。It is a figure of the simulation result of the phase modulation characteristic at the time of connecting a varactor diode to the phase modulator of this invention. 本発明のルビジウム原子発振器の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the rubidium atomic oscillator of this invention. 従来の位相変調器の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional phase modulator. 従来の位相変調器の振幅、位相特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the amplitude of a conventional phase modulator, and a phase characteristic.

符号の説明Explanation of symbols

11 位相変調器、24 発振源、30 クワッドレチャ・ハイブリッド、a 入力端
子、b 遅相端子、c 進相端子、d 出力端子、R1、R2、R3、R4 抵抗、C1
、C2 コンデンサ、C3、C4 可変容量素子
11 Phase modulator, 24 Oscillation source, 30 Quadrature hybrid, a input terminal, b slow phase terminal, c fast phase terminal, d output terminal, R1, R2, R3, R4 resistance, C1
, C2 capacitor, C3, C4 variable capacitance element

Claims (3)

原子発振器の原子ガスに用いられる原子の共鳴周波数に共振するマイクロ波共振器と、該マイクロ波共振器内にマイクロ波を放射する放射用アンテナと、原子ガスを透過した光の強度を検出するフォトセンサと、を有する光マイクロ波ユニットと、  A microwave resonator that resonates at the resonance frequency of an atom used in an atomic gas of an atomic oscillator, a radiation antenna that radiates microwaves into the microwave resonator, and a photo that detects the intensity of light transmitted through the atomic gas An optical microwave unit having a sensor;
前記フォトセンサから出力された信号の供給を受ける位相弁別器と、A phase discriminator for receiving a signal output from the photosensor;
該位相弁別器が出力した電圧に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振器と、A voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled based on the voltage output by the phase discriminator;
位相変調器と、A phase modulator;
該位相変調器の出力信号を逓倍する周波数逓倍部と、A frequency multiplier for multiplying the output signal of the phase modulator;
該周波数逓倍部の出力信号が入力され、前記放射用アンテナより放射するマイクロ波を生成する為の混変調部と、を備え、An output signal of the frequency multiplication unit is input, and a cross modulation unit for generating a microwave radiated from the radiation antenna, and
前記位相変調器が、クワッドレチャ・ハイブリッドを有し、The phase modulator has a quadrature hybrid;
前記クワッドレチャ・ハイブリッドが、進相端子と、遅相端子と、前記位相変調器の出力信号が出力される出力端子と、前記電圧制御発振器からの信号の供給を受ける入力端子とを備え、The quadrech hybrid includes a phase advance terminal, a phase delay terminal, an output terminal from which an output signal of the phase modulator is output, and an input terminal that receives a signal supplied from the voltage controlled oscillator,
前記進相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が進んだ信号が発生し、前記遅相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が遅れた信号が発生するものであり、A signal whose phase is advanced with respect to the phase of the output signal of the voltage controlled oscillator is generated at the phase advance terminal, and a phase is delayed with respect to the phase of the output signal of the voltage controlled oscillator at the slow phase terminal. Signal is generated,
前記電圧制御発振器の出力信号を変調する為に電圧によりリアクタンス値が制御される第1の可変リアクタンス素子を前記進相端子に接続し、電圧によりリアクタンス値が制御される第2の可変リアクタンス素子を前記遅相端子に接続したことを特徴とする原子発振器。A first variable reactance element whose reactance value is controlled by a voltage to modulate an output signal of the voltage controlled oscillator is connected to the phase advance terminal, and a second variable reactance element whose reactance value is controlled by a voltage is connected An atomic oscillator connected to the slow phase terminal.
ルビジウム原子の共鳴周波数に共振するマイクロ波共振器と、該マイクロ波共振器内にマイクロ波を放射する放射用アンテナと、ルビジウムガスを透過した光の強度を検出するフォトセンサと、を有する光マイクロ波ユニットと、  An optical microwave comprising a microwave resonator that resonates at a resonance frequency of rubidium atoms, a radiation antenna that radiates microwaves into the microwave resonator, and a photosensor that detects the intensity of light transmitted through the rubidium gas. Wave unit,
前記フォトセンサから出力された信号の供給を受ける位相弁別器と、A phase discriminator for receiving a signal output from the photosensor;
該位相弁別器が出力した電圧に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振器と、A voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled based on the voltage output by the phase discriminator;
位相変調器と、A phase modulator;
該位相変調器の出力信号を逓倍する周波数逓倍部と、A frequency multiplier for multiplying the output signal of the phase modulator;
該周波数逓倍部の出力信号が入力され、前記放射用アンテナより放射するマイクロ波を生成する為の混変調部と、を備え、An output signal of the frequency multiplication unit is input, and a cross modulation unit for generating a microwave radiated from the radiation antenna, and
前記位相変調器が、クワッドレチャ・ハイブリッドを有し、The phase modulator has a quadrature hybrid;
前記クワッドレチャ・ハイブリッドが、進相端子と、遅相端子と、前記位相変調器の出力信号が出力される出力端子と、前記電圧制御発振器からの信号の供給を受ける入力端子とを備え、The quadrech hybrid includes a phase advance terminal, a phase delay terminal, an output terminal from which an output signal of the phase modulator is output, and an input terminal that receives a signal supplied from the voltage controlled oscillator,
前記進相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が進んだ信号が発生し、前記遅相端子には、前記電圧制御発振器の出力信号の位相に対して位相が遅れた信号が発生するものであり、A signal whose phase is advanced with respect to the phase of the output signal of the voltage controlled oscillator is generated at the phase advance terminal, and a phase is delayed with respect to the phase of the output signal of the voltage controlled oscillator at the slow phase terminal. Signal is generated,
前記電圧制御発振器の出力信号を変調する為に電圧によりリアクタンス値が制御される第1の可変リアクタンス素子を前記進相端子に接続し、電圧によりリアクタンス値が制御される第2の可変リアクタンス素子を前記遅相端子に接続したことを特徴とする原子発振器。A first variable reactance element whose reactance value is controlled by a voltage to modulate an output signal of the voltage controlled oscillator is connected to the phase advance terminal, and a second variable reactance element whose reactance value is controlled by a voltage is connected An atomic oscillator connected to the slow phase terminal.
前記クワッドレチャ・ハイブリッドが、該クワッドレチャ・ハイブリッドの入力端子と前記進相端子とを第1のコンデンサを介して接続し、前記入力端子と前記遅相端子とを第1のインダクタンスを介して接続し、前記進相端子と該クワッドレチャ・ハイブリッドの出力端子とを第2のインダクタンスを介して接続し、前記遅相端子と前記出力端子とを第2のコンデンサを介して接続した構成を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の原子発振器。  The quadlet hybrid is connected to the input terminal of the quadlet hybrid and the phase advance terminal via a first capacitor, and the input terminal and the phase delay terminal are connected via a first inductance, The phase advance terminal and the output terminal of the quadlet hybrid are connected via a second inductance, and the phase delay terminal and the output terminal are connected via a second capacitor. The atomic oscillator according to claim 1 or 2.
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