JPH01280925A - 原子発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 原子発振器に用いる電圧制御水晶発振器（以下ｖｃｘｏ
と称す）を多少低グレードのものにした場合の原子発振
器に関し、 ｖｃｘｏに低グレードのものを用いても正常に動作する
原子発振器の提供を目的とし、鋸歯状の電圧を出力する
掃引電圧発生器及び切替器を備え、 共鳴検出器出力より原子共鳴信号が出力されない時は、
該切替器では、咳掃引電圧発生器の出力を選択し、該掃
引電圧発生器の出力電圧の変化によりｖｃｘｏの周波数
を変化させ該共鳴検出器より２倍波成分が出力されると
、該切替器にて該積分器の出力を選択すると同時に該積
分器の動作を行わさせるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、通信装置等に使用する、長期周波数安定度が
極めて高い高精度周波数発生源の原子発振器に係り、特
に原子発振器を小形化低価格化する為に、用いるｖｃｘ
ｏを、小形化低価格化した多少低グレードのものにした
場合の原子発振器の改良に関する。

〔従来の技術〕

以下従来例を図を用いて説明する。

第４図は従来例の原子発振器のブロック図、第５図は原
子共鳴器の光出力と入力マイクロ波周波数との関係特性
図、第６図はマイクロ波周波数に対する同期検波器の出
力特性図、第７図は１例の積分器の出力電圧とｖｃｘｏ
の周波数との関係を示す図、第８図は１例の積分器の出
力電圧の変化を示す図である。

第４図の原子発振器の動作を説明すると、ＶＣＸＯｌの
例えば５ＭＨｚの出力は、位相変調器９にて、低周波発
振器２の出力周波数ｆＬにて変調され、逓倍器１０．混
合器１１１合成器１２にて原子共鳴器３の共鳴周波数ｆ
ｏ″−６８３４ＭＨ２に略等しいマイクロ波周波数とし
て原子共鳴器３に入力させる。

原子共鳴器３の光面流出力は、第５図に示す如く人力マ
イクロ波周波数が原子共鳴器３の共鳴周波数ｆｏに合致
した時に最も弱くなる。

マイクロ波は予め低周波発振器２からの低周波ｆＬで位
相変調されている為、第５図のイに示す如く、共鳴周波
数ｆｏと僅かずれている時は、口。

へのような、夫々位相の１８０度異なる周波数ｆＬの共
鳴信号が、又共鳴周波数Ｔｏと一致している時は２倍の
周波数２ｆＬの共鳴信号が出力される。

この周波数ｒＬの信号を選択増幅器１４にて選択増幅し
、低周波発振器２の周波数ｆＬの信号と同期検波器４で
同期検波すると、同期検波器４の出力特性は第６図に示
す如くになる。

即ち、マイクロ波周波数が原子共鳴器３の共鳴周波数に
合致していれば、出力はＯで少しずれていれば十又は−
となる。これを積分器５で積分し、積分された電圧がＶ
ＣＸＯ１に入力され水晶発振器の周波数を原子共鳴器３
の共ｑＢ周波数にロックする。

尚、選択増幅器１５では周波数２ｆＬの信号を選択増幅
して共鳴検出器８に入力し、その出力レベルの大きさに
より原子共鳴器３の共鳴周波数と一致したかが判るよう
になっている。

従来原子発振器に用いるｖｃｘｏとしては、高安定水晶
発振器が用いられており、積分器５の出力、即ち水晶発
振器の制御電圧による周波数可変幅は、第５図の二に示
す共ｏｑ特性の範囲内に収まるように設定されている（
第７図ではｆ、、ｆ２の間）。

従って電源オン後各部の安定時間後には、ＶＣＸｏｌの
周波数が逓倍合成されたマイクロ波周波数は必ず第５図
の二に示す共鳴特性の範囲内にある為、共鳴信号が検出
され、自動的にＶＣＸＯ１の周波数は、原子共鳴器３の
共鳴周波数にロックされていた。

最近原子発振器の小形化、低価格化の要望があり、この
場合はＶＣＸＯ１も対象とせざるを得す、多少周波数安
定度の低いものを用いることになる。

この低グレードのものを用い長期間正常に動作させる為
には、第７図に示す如く積分器５の出力の電圧の範囲で
、該ｖｃｘｏの経時変化を含むＶＣＸＯ自身の全周波数
変動量より大きい、第７図ではｆ、、ｆ、の範囲の周波
数可変幅を持たせる必要がある。

尚１３は前置増幅器を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

低グレードのｖｃｘｏを使用する場合、周波数可変範囲
が広くなっている為、電源をオンした時、所定の安定時
間を要した後でもマイクロ波周波数が第５図の二に示す
範囲に入らないことがある。

こうなると、原子共鳴信号は得られない為、積分器５の
出力は第８図に示す如く電源電圧に近いｖ２の電圧とか
アース電圧に近いｖｌの電圧となり、いつ迄たっても原
子発振器がアンロックの状態となる問題点がある。

本発明は低グレードＶＣＸＯを用いても正常に動作する
原子発振器の提供を口約としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理ブロック図である。

第１図に示す如く、ＶＣＸＯｌの周波数を、低周波発振
器２の信号で変調し、且つ逓倍合成したマイクロ波を原
子共鳴器３に加え、出力される該低周波発振器２の信号
と同じ周波数の共鳴信号を同期検波器４にて同期検波し
た後、積分器５で積分し、積分した電圧を該ＶＣＸＯ１
に加えることにより、該マイクロ波の周波数が該原子共
鳴器３の周波数と常に合致する如く制御する原子発振器
において、 該マイクロ波の周波数が該原子共鳴器３の周波数と一敗
した時に得られる共鳴信号の２倍波成分を検出する共鳴
検出器８、鋸歯状の電圧を出力する掃引電圧発生器６及
び切替器７を備え下記に示す如く動作させる。

即ち、該共鳴検出器８の出力より、共鳴信号が検出され
ない時は、該掃引電圧発生器６の出力を選択し、該掃引
電圧発生器６の出力電圧の変化により該ＶＣＸ○１の周
波数を変化させ且つ、該積分器５の動作を停止し、該積
分器５に入力している、予め共鳴を起こす範囲の電圧に
しである基準電圧を出力するように該切替器７を制御す
る。

該共鳴検出器８の出力より、共鳴信号が検出された場合
には、該積分器５の出力を選択し且つ積分動作を行わさ
せるように該切替器７を制御する。

〔作　用〕

本発明によれば、電源オン時は、共リラ信号が得られな
い為、切替器７は掃引電圧発生器６の出力を選択してお
り、ＶＣＸＯ１には鋸歯状の掃引電圧が印加される。

従って、ＶＣＸＯ１の周波数を逓倍合成したマイクロ波
周波数は、共鳴を起こす範囲を含んだ広い範囲で変化し
、原子共鳴器３の共鳴周波数ｆ。

に合致する点を探し続ける。

又この時、積分器５は動作を停止し、予め共鳴を起こす
範囲の電圧にしである基準電圧を出力する状態にする。

原子共鳴器３の共鳴周波数ｆｏに合致すると、共鳴検出
器８で共鳴信号の２倍波成分が検出される為、切替器７
は積分器５の出力を選択すると同時に積分動作も開始さ
せるので、ＶＣＸＯｌは原子共鳴器の共鳴周波数でロッ
クされ正常な原子発振器の状態になる。

よって、ｖｃｘｏに低グレードのものを用いても原子発
振器として正常に動作させることが出来る。

〔実施例〕

以下本発明の１実施例に付き図に従って説明する。

第２図は本発明の実施例の原子発振器のブロック図、第
３図は本発明の実施例の積分器と切替器の関係を示す図
である。

第２図で第４図の場合と異なる点は、鋸歯状に変化する
電圧を出力する掃引電圧発生器６を設けた点と、共鳴検
出器８の出力により、積分器５の出力か該掃引電圧発生
器６の出力かを選択し、該掃引電圧発生器６の出力を選
択している時は、該積分器５の動作を停止し、予め共鳴
を起こす範囲の電圧にしである基準電圧を出力する状態
にする切替器７を設けた点である。

積分器５は第３図に示す如く、オペアンプ１６及び抵抗
Ｒ及び積分用のコンデンサＣより構成され、電源オン時
は、共鳴信号が得られないため、共鳴検出器８は、切替
器７のスイッチＳＷ２を閉じる如く制御するため、積分
用のコンデンサＣは短絡され、積分は行わず、出力には
、予め、第５図の二に示す共鳴を起こす範囲の電圧にし
である基４電圧Ｖｒｅｆが出力される状態にしてあり、
同時に出力は、スイッチＳＷＩにてＶＣＸｏｌに接続さ
れない状態になっている。

共鳴検出器８では共鳴信号の２倍波成分２ｆＬが検出さ
れると切替ｈ７のスイッチＳＷ２、ＳＷｌを夫々点線側
に切り替える。

このため、積分器５は、上記基準電圧Ｖｒｅｆを起点に
積分動作を開始すると同時に、その出力をＶＣＸＯＩに
印加するようになる。

以下ｖｃｘｏ　ｔとして低グレードのものを使用した場
合の、上記の異なる点を中心にして動作を説明する。

原子共鳴器３及びＶＣＸＯ１は電源オン後安定する迄に
時間を要する為に、電源オン時は、ＶＣＸＯＩの出力を
逓倍合成したマイクロ波の周波数は原子共鳴器３の周波
数に一敗せず、共鳴検出器８には共鳴信号が得られない
ため、切替器７のスイッチＳ　Ｗ　２は閉じられ、共鳴
を起こす範囲の電圧に設定しである基準電圧Ｖｒｅｆを
出力する状態になっており、掃引電圧発生器６の出力の
鋸歯状の電圧がｖｃｘｏ　ｔに印カロされる。

従って、ＶＣＸＯ１の周波数は、第５図示に示す如く、
共鳴を起こす範囲一を含み広い範囲に変化し、共鳴周波
数Ｔｏに合致する点を探し続ける。

共鳴周波数１０に合致すると、共すｑ検出器８が共鳴信
号の２倍波成分２ｆＬの信号を検出し、切替器７のスイ
ッチＳＷＩ、ＳＷ２を点線側に切り替えらる。これによ
り積分器５は、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧を起点に積分を
開始すると同時にこの出力をＶＣＸＯ１に印加するため
、原子共鳴器３０周波数にロックされる。

この時掃引電圧発生器６は動作を停める。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明せる如く本発明によれば、小形で低価格
の低グレードのｖｃｘｏを用いても、電源オン時確実に
、原子共鳴器の周波数にロックさせることが可能になる
ので原子発振器を小形安価にすることが出来る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の実施例の原子発振器のブロック図、 第３図は本発明の実施例の積分器と切替器の関係を示す
図、 第４図は従来例の原子発振器のブロック図、第５図は原
子共鳴器の光出力と入力マイクロ波周波数との関係特性
図、 第６図はマイクロ波周波数に対する同期検波器の出力特
性図、 第７図は１例の積分器の出力電圧と電圧制御水晶発振器
の周波数との関係を示す図、 第８図は１例の積分器の出力電圧の変化を示す図である
。 図において、 ■は電圧制御水晶発振器、 ２は低周波発振器、 ３は原子共鳴器、 ４は同期検波器、 ５は積分器、 ６は掃引電圧発生器、 ７は切替器、 ８は共鳴検出器、 ９は位相変調器、 １０は逓倍器、 １１は混合器、 １２は合成器、 １３は前置増幅器、 １４．１５は選択増幅器、 １６はオペアンプ、 Ｃはコンデンサ、 ＳＷＩ、ＳＷ２はスイッチ、 木全日月ｎ実方ヒブ列刀身、子全１しｘ０フ“ロック７
第　２　図 ７ネ、衾〕明り実方色４列ｎ裕１分盈と切傷うはｎ関イ
呆跡す７第　３　　図 と 伐未脅・ｊっ凍手臂」秩器のブロック履き　４１２］ ２、原トスロ鳥碧÷のオーシカと入力フイクＤ敦周）皮
杢にとの関ブ示欝・圧図第　５　区 フィクロ刃女周う反数１ニク十する１用具月矛剣ＨりＲ
ｔｙ＞出力オ舟・１４二圧ロ第　６　図 ”　　積ｔに／７６ｐ−ｙＬ　ｖｚ ！金１の第１分器の出ｎ電圧文ｉ玉制佐Ｐ水晶・定→記
剰り周シＦＩ数とめｂ口係乞刀−可足り ％　７　困

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電圧制御水晶発振器（１）の周波数を、低周波発振器（
   ２）の信号で変調し、且つ逓倍合成したマイクロ波を原
   子共鳴器（３）に加え、出力の該低周波発振器（２）の
   信号と同じ周波数の共鳴信号を、同期検波器（４）にて
   同期検波した後、積分器（５）で積分し、該積分した電
   圧を該電圧制御水晶発振器（１）に加えることにより、
   該マイクロ波の周波数が常に該原子共鳴器（３）の周波
   数と合一致する如く制御する原子発振器において、該マ
   イクロ波の周波数が該原子共鳴器（３）の周波数と一致
   した時に得られる共鳴信号の２倍波成分を検出する共鳴
   検出器（８）及び鋸歯状の電圧を出力する掃引電圧発生
   器（６）及び切替器（７）を備え、 該共鳴検出器（８）の出力より共鳴信号の２倍波成分が
   得られない時は該掃引電圧発生器（６）の出力を選択す
   る如く切替器（７）を制御し、該掃引電圧発生器（６）
   の出力電圧の変化により該電圧制御水晶発振器（１）の
   周波数を変化させ且つ、該積分器（５）の動作を停止さ
   せ２倍波成分が出力された時には、該積分器（５）の出
   力を選択すると同時に積分動作を行わさせるように該切
   替器（７）を制御することを特徴とする原子発振器。