JPH02206224A - 空胴共振器周波数制御装置に用いるスイッチド周波数シンセサイザ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空胴共振器の共振周波数制御装置に係り、１
）［Ｚ程度の僅かな周波数毎に発振周波数が制御でき、
またＩ　ＫＨｚ程度毎にオフセット周波数を制御可能な
発振周波数が数１０ＭＨｚの空胴共振器共振周波数制御
装置に用いるスイッチド周波数シンセサイザに関する。

特に、空胴共振器が長時間に亘って高い周波数安定度を
必要とされる水素メーザ周波数標準器の場合に、空胴共
振器の共振周波数を高精密に制御できる技術に関する。

〔従来の技術〕

水素メーザ周波数標準器における空胴共振器の共振周波
数制御法としては、水素圧クエンチング法、共振周波数
センシング法などが知られているが、いずれの制御法も
共振周波数のシフト量（Δｆｃ＞に比例した誤差信号に
より空胴共振器の温度あるいは空胴共振器に結合したバ
ラクタ・ダイオードのバイアス電圧を制御し、空胴共振
器の共振周波数（ｆｃ）を制御している。

水素圧クエンチング法は、水素ビーム量を増減させて前
記共振周波数のシフト量（Δｆ、）を検出しているため
にメーザ発振電力が変化し、周波数安定度が劣化する。

また、高安定な比較基準となる参照信号が別途必要な上
に、制御系がオープンループである。

これに引き換え、共振周波数センシング法は、第２図に
おいて、空胴共振器９に供給用結合手段１６を通してス
イッチド周波数シンセサイザ１５からセンシング用周波
数（ｒａ±Δｆ）を入力し、共振周波数のシフト量に見
合った誤差信号でバラクタ・ダイオード１４を制御する
クローズトループの制御系である。

〔発明が解決しようとする課題〕

空胴共振器の共振周波数を検出するセンシング用周波数
信号を送出するスイッチド周波数シンセサイザは、必要
とする２周波数　ｒｏ（＝ｒａ＋Δｆ）、ｆｔ　　Ｃ＝
ｆａ−Δｆ）を交互に切換えて発振する。

従来は、それぞれ周波数ｆＨ，ｆＬを発振するよう個別
に設定した２台（分）の周波数シンセサイザの出力を交
互に切換えるか、または１台の周波数シンセサイザの周
波数設定情報を２周波分記憶素子に記録し、交互に記憶
素子から２周波を読出し、周波数合成し出力していた。

しかるに、回路規模は大損りで複雑となり、周波数セッ
トリングタイムとの関係で切換え周波数（ｆｄｗ）を高
くすることもできなかった。これは制御応答時間の短縮
及び制御感度の向上等の妨げとなる。また所望の共振周
波ｔ＆（ｆｄ）を変化させたい場合は、２周波の設定情
報全てを再設定する必要がある。

一方、従来の水素圧クエンチング法による空胴共振器の
共振周波数制御法では高安定度が要求される高価な外部
参照信号源が別途必要であり、制御系もオープンループ
のため高精度、高確度の制御が可能であった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明では、前述した共振周波数制御における
課題を解消すべく、下記方法により容易に、共振周波数
を短期間から長期間に亘り、精度高く制御し、水素メー
ザ発振周波数の高い確度と周波数安定度が得られるよう
にした空胴共振器共振周波数制御装置を用いるスイッチ
ド周波数シンセサイザを提供しようとするものである。

（１）共振周波数制御手段として、該スイッチド周波数
シンセサイザを用いた共振周波数センシング法とするこ
とで制御系をクローズトループとすることが可能で、共
振周波数を高精度に制御する。

（２）対象とする空胴共振器のＱ曲線半値幅に相当する
ようオフセット周波数（Δｆ）を設定し、所望の共振周
波数（ｆｄ）を周波数シンセサイザによって設定するこ
とで、空胴共振器のセンシング用周波数信号（ｒＨｌｒ
ｔ）が予め設定された切換周期（１／ｆ、ｗ）で送出さ
れるスイッチド周波数シンセサイザは、前記共振周波数
ｆ、の設定変更のみで容易に、かつ短時間の内に共振周
波数の微調を可能とする。

〔作用〕

以下、第１図および第２図に基づいて本発明の作用につ
いて説明する。

基準信号発生手段１からの出力を参照信号として周波数
シンセサイザ３により所望の周波数信号（ｆｄ）が必要
とする微小可変分を生成する。

一方、第２のＰＬＬ回路５の出力と第１のＰ、ＬＬ回路
２の出力との差を平衡形混合器４でとり、この差信号が
前記周波数シンセサイザ３の出力信号と同位相となるよ
う第２のＰＬＬ回路５を動作することで前記所望の周波
数信号（ｆｄ）は容易に微調可能で、かつ高精度、高安
定に保たれる。

また、切換信号発生器７の出力によって制御されたオフ
セント周波数を発生する発振器６の出力（±Δｆに相当
する成分）と前記所望の周波数信号「４とをハイブリッ
ド回路８で合成し、それを空胴共振器のセンシング用周
波数信号（ｆａ±Δｆ）としてスイッチド周波数シンセ
サイザ１５は出力する。このセンシング用周波数信号は
供給結合手段１６を通して空胴共振器９内に入力される
。

空胴共振器９は周波数弁別器として動作し、出力結合手
段１０を通して得られる共振周波数の誤差情報はセンシ
ング用周波数信号（ｆｄ＋Δｆ）と（ｆｄ−Δｆ）との
レベル差として検出される。

共振周波数の誤差信号は、振幅検波器１１によって振幅
差となり、更にロックインアンプ１３によって切換信号
発生器１２の信号と同期検波、増幅されて、供給結合手
段１６に組込まれているバラクタ・ダイオード１４を制
御する共振周波数の誤差を修正する電圧となる。これに
より、バラクタ・ダイオード１４の電極間容量を変化さ
せ、供給結合手段１６を通し、空胴共振器９の共振周波
数を制御する。

〔実施例〕

第１図により、本発明の一実施例について詳細に説明す
る。

１は基準信号発生手段であり、具体的には水素メーザ発
振周波数に位相同期した高安定な電圧制御水晶発振器（
ＶＣＸＯ）で、水素メーザ周波数標準器からの出力信号
は勿論のこと、標準器内の各信号は全て該ＶＣＸＯ出力
を基準信号としている。

２は前記基準信号に位相同期した所望周波数（２０，４
０５，７５１ＭＨｚ）の大枠値（２０，４ＭＨｚ）を発
生する第１のＰＬＬ回路である。

３は前記基準信号を同期クロックとした周波数シンセサ
イザ（ディジタル周波数加算回路）であり、前記所望周
波数の端数（約５．７５ＫＨｚ）を合成し。

所定の周波数信号を出力する。

４は平衡形混合器であり、後述する第２のＰＬＬ回路５
の一部を形成し、所望の周波数信号（ｆｄ）と前記所望
周波数の大枠値との差信号つまり、端数的５．７５　Ｋ
Ｈｚを生成する。

５は前記基準信号に位相同期した所望の周波数信号（ｆ
ｄ：可変）を発生する第２のＰＬＬ回路であり、前記３
の出力を参照信号としている。この参照信号を可変する
ことで、前記所望の周波数信号を可変できる。

６はオフセット周波数を発生する発振器であり、前記基
準信号を同期クロックとしたディジタル周波数加算回路
とπ／２移相回路並びに後述する切換信号によって動作
する切換回路とから成る。

ディジタル周波数加算回路によって出力される基準信号
と位相同期した所望の前記オフセット周波数（Δｆ）の
４倍周波数波は、・前記π／２移相回路で正弦波と余弦
波及びそれぞれの逆位相波の４波に分離される。正弦波
あるいは余弦波のいずれか一方と、その逆位相波を切換
回路で切換信号に同期して切換え出力する。しかるに、
この発振器の出力には所望のオフセット周波数（Δｆ）
の正弦波（又は余弦波）と切換信号によって切換えられ
た余弦波（又は正弦波）及びその逆位相波とが交互に出
力される。

７は前記発振器において基準信号を同期クロックとした
ディジタル周波数加算回路の加算ステップを切り換える
ための切換信号を発生する切換信号発生器である。この
切換信号発生器からの出力信号は前記切換回路を駆動す
るのと同時に後述するロックインアンプの同期信号とし
ても使用する。

８はハイブリッド回路であり、０およびπ／２ハイブリ
ッドと平衡形混合器とから成るＳＳＢ変調回路で、前記
第２のＰＬＬ回路５の出力（ｆｄ）と前記オフセット周
波数を発生する発振器６の出力（Δｆの正弦波及び余弦
波といずれか一方の逆位相波）とを合成し、前記所望の
周波数信号（ｆｄ）から前後に該オフセット周波数（Δ
ｆ）だけ距ったセンシング用周波数信号（ｆｄ±Δｆ）
を出力する。

以上、説明した本発明に係る空胴共振器周波数制御装置
に用いるスイッチド周波数シンセサイザを用いた一実施
例について第２図により、以下詳細に説明する。

９は後述する２つの結合手段を有する被制御空胴共振器
である。１０は空胴共振器９内の電磁エネルギの一部を
外部へ出力するための出力結合手段である。

１１は出力結合手段１０によって取出された微弱なセン
シング用周波数信号を増幅し、振幅検波する検波器であ
る。

１２は切換信号発生器であり°、後述するロックインア
ンプ１３へ出力する切換信号は被制御系及び制御系にお
けるセンシング用周波数信号の遅延に同期させるべく可
変遅延回路を経て出力される。

１３はロックインアンプであり、前記切換信号発生器１
２から得られる切換信号（ｆｄ、）を同期信号とし、こ
れと同期しているセンシング用周波数信号のみを雑音の
中から抽出し、効率良く増幅する同期検波増幅器と、セ
ンシング用周波数信号のレベル差となって得られる共振
周波数誤差信号を集積し、共振周波数のずれを補正すべ
く後述のバラクタ・ダイオードへ所定の制御電圧を出力
する積分器とから成る。

１４はバラクタ（電圧可変容量）ダイオードであり、前
記ロックインアンプ１３からの制御電圧により電極間容
量が変化し、後述の供給結合手段１６を通して空胴共振
器９の共振周波数を制御する。

１５は本発明に係る空胴共振器周波数制御装置に用いる
スイッチド周波数シンセサイザである。

１６は前記バラクタ・ダイオード１４を内含する供給結
合手段であり、共振容量変化の結合とセンシング用周波
数信号を空胴共振器９へ供給するための手段である。

〔発明の効果〕

前記実施例の方法によれば、以下に記する効果が期待で
きる。

（１）所望周波数の大枠値を発振する第１のＰＬＬ回路
と、所望周波数の端数を発生する周波数シンセサイザと
、所望周波数を発生する第２のＰＬＬ回路との組合せに
よれば、所望周波数（ｆｄ）が数ｌＯＭＨｚ以上の周波
数帯においても１七以下の微小な周波数制御が容易に行
なえる。

（２）所望周波数発振回路とは別に設けたオフセット周
波数発振器と、ＳＳＢ変調ハイブリッド回路との組合せ
により、数１０　ＫＨｚ台のオフセット周波数（Δｆ）
が容易に得られ、かつＰＬＬ回路の発振周波数は固定の
まま、センシング用周波数信号（「４±Δｆ）が得られ
るため、ＰＬＬ回路の周波数設定時間にとられれること
がなく、高速切換も可能となる。

その結果として制御感度が向上し、応答時間も短縮でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる空胴共振器共振周波数制御装置
に用いるスイッチド周波数シンセサイザの一実施例を示
し、第２図は本発明を用いた空胴共振器の共振周波数セ
ンシング法による共振周波数制御法の一実施例を示した
図である。 図において、■は基準信号発生手段、２は第１のＰＬＬ
回路、３は周波数シンセサイザ、４は平衡形混合器、５
は第２のＰＬＬ回路、６は発振器、７は切換信号発生器
、８はハイブリット回路をそれぞれ示す。 第１図 特許出願人　　　　アンリツ株式会社 代理人　　弁理士　　小　池　龍太部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基準信号発生手段１と；該基準信号発生手段１からの信
   号を受けて、所望周波数の大枠値に相当する信号を発生
   する第１のＰＬＬ回路２と；該基準信号発生手段１から
   の信号を受けて、所定の周波数信号を発生する周波数シ
   ンセサイザ３と；該第１のＰＬＬ回路２からの信号を受
   ける平衡形混合器４をそのループに備え、該周波数シン
   セサイザ３からの前記所定の周波数信号を受けて所望の
   周波数信号（ｆ＿ｄ）を発生する第２のＰＬＬ回路５と
   ；該基準信号発生手段１からの信号を受けて、対象とす
   る共振器のＱ曲線半値幅に対応するオフセット周波数（
   Δｆ）の正弦波及び余弦波並びにいずれか一方の逆位相
   信号を発生する発振器６と；該基準信号発生手段１から
   の信号を受けて、低周波の切換信号を発生する切換信号
   発生器７と；該第２のＰＬＬ回路５の出力と、該発振器
   ６の出力と、該切換信号発生器７の出力とを受けて、前
   記所望の周波数信号（ｆ＿ｄ）から前後に前記オフセッ
   ト周波数（Δｆ）だけ距ったセンシング用周波数信号（
   ｆ＿ｄ±Δｆ）を発生するハイブリッド回路８とから成
   る空胴共振器周波数制御装置に用いるスイッチド周波数
   シンセサイザ。