JPH03135227A - 原子発振器 - Google Patents

原子発振器

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JPH03135227A
JPH03135227A JP1273117A JP27311789A JPH03135227A JP H03135227 A JPH03135227 A JP H03135227A JP 1273117 A JP1273117 A JP 1273117A JP 27311789 A JP27311789 A JP 27311789A JP H03135227 A JPH03135227 A JP H03135227A
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JP
Japan
Prior art keywords
frequency
stability
oscillator
resonance device
time constant
Prior art date
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Pending
Application number
JP1273117A
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English (en)
Inventor
Kenji Kudome
賢治 久留
Masami Kihara
雅巳 木原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

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1:1j用分野] 本発明は、周波数短期安定度、周波数長期安定度、周波
数確度がずべて侵れた原子発振器に関する。
[従来の技術] 原子発振器は、原子・分子・イオン等のエネルギー整位
間の遷移を観測する!n量子共鳴装置利用して、高安定
かつ正確な周波数を発生させる発振器である。現在まで
に実用化されているしのには、7.1子共鳴装置として
ルヒジウムガスセル共鳴器を用いるルヒノウム原子発振
器、セシウムヒーム管を用いるセノウム原子発振器、水
素蓄債球を用いる水素メーザ発振器等かある。また、イ
オン蓄積、レーザ冷却、皇子ファウンテン等の技術を利
用した原子発振器も検討されつつある。
[発明が解決しようとする課題] 原子発振器に要求される主な特性は周波数短期安定度、
周波数長期安定度、周波数確度であるが、これらのすべ
てが優れた原子発振器は現在のところ存在しない。例え
ば、セシウム原子発振器は、周波数長期安定度、周波数
確度が優れているが、周波数短期安定度はあまり良くな
い。一方、ルビジウム原子発振器は逆に周波数短期安定
度は優れているが、周波数長期安定度、周波数確度はあ
まり良くない。一般に周波数確度、周波数長期安定度の
優れた原子発振器を得るには、周波数シフトの小さい量
子共鳴装置を用いる。これには、原子に加わる擾乱を小
さくすることが必要である。
方、周波数短期安定度の優れた原子発振器を作るには、
Q又はSN比の大きな量子共鳴装置を用いる必要がある
が、これらは擾乱を伴う。従って、単一の量子共鳴装置
で周波数短期安定度、周波数長期安定度、周波数確度の
すべてを満足させることは非常に困難である。
本発明は、周波数短期安定度の優れた原子発振器と、周
波数長期安定度・周波数確度の優れた原子発振器とを、
ノンセザイザの分周比制御を介して組み合わせることに
より、周波数短期安定度、周波数長期安定度、周波数確
度がすべて優れた原子発振器を実現することを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] この発明は、上記課題を解決するために、周波数可変発
振器と、第1の量子共鳴装置と、前記周波数可変発振2
;の出力周波数を前記第1の量子共鳴装置の共鳴周波数
近傍に変換する第1の周波数変換手段と、前記第1の量
子共鳴装置の出力信号に対応して前記周波数可変発振器
の周波数を制御する第1の周波数制御手段と、第2の量
子共鳴装置と、前記周波数可変発振器の出力周波数を1
177記第2の量子共鳴装置の共鳴周波数近傍に変換す
る第2の周波数変換手段と、前記第1の周波数変換手段
の周波数変換率を制御する第2の周波数制御手段とを具
備するとともに、前記第2の周波数制御手段は、前記第
2の量子共鳴装置の出力信号に基づき、前記第1の周波
数制御手段の時定数よりも長い時定数で前記第1の周波
数変換手段の周波数変換率を制御することを特徴とする
[作用] 第1のtn量子共鳴装置第1の周波数変換手段、第1の
周波数制御手段によって短い時定数で制御される。さら
に、第2の周波数変換手段か第2の量子共鳴装置に基づ
いて、前記時定数より長い時定数で前記第1の周波数変
換手段の周波数変換率を制御する。このように、時定数
の異なる2つの制御ループによって周波数可変発振器の
発振か制御される。
すなわち、本発明は、Q又はSN比の大きな量子共鳴装
置を用いて短い時定数で制御を行うことにより周波数短
期安定度を向上させるとと乙に、周波数シフトの小さな
41子共鳴装置を用いて長い時定数で制御を行うことに
より周波数長期安定度、周波数確度を向上させる。これ
によって、周波数短期安定度、周波数長期安定度、周波
数確度のすへてか優れた原子発振器を得ることができる
[実施例] 次に、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
第1図は、この発明の一実葡例の構成を示すブロック図
である。なお、この実施例はQの大きなHt量子共鳴装
置してルビジウムガスセル共鳴器を、周波数ソフトの小
さな量子共鳴装置としてセジウムヒーム管を使用する実
施例である。また、前者として受動型の水素蓄積法を、
後者として弔−イオン蓄積共鳴器や原子ファウンテン共
鳴器などを使用してら同様な構成か可能である。
第1図において、電圧制御水晶発振器l(発振周波数f
)の出力信号は、変調信号発生器2とFM変調器3によ
ってFM変調され、周波数逓倍2に4(Mi倍率N、)
によって周波数N、fに逓倍されろ。また、電圧、制御
水晶発振2”A Iの出力信号が周波数分周器5(分周
比n1)、周波数分周器6(分周比m1)、位相比較器
7、ループフィルタ8、電圧制σ()発振器9から構成
されるP L Lノンセサイザによって周波数(mI/
n1)fに変換されろ。
同時に電圧制御水晶発振器1の出力信号は、周波数分周
器10(分周比n。)、周波数分周器1【(分周比m。
)、位相比較器12、ループフィルタ13、電圧制御発
振器14、周波数分周器I5(分周比K)から構成され
るPLLシンセサイザによって周波数(m o/ n 
oK ) fに変換される。
そして、上述した2組のPLLシンセサイザの出力信号
かミキサ16で混合され、さらに、バンドパスフィルタ
I7によって上側帯波か取り出される。これにより、周
波数((m 、/n 1)+ (mo/n oK))「
か得られる。以上のように、2組のPLLシンセサイザ
を組み合わせることにより、広範囲かつ高精度の周波数
可変が実現される。
次に、周波数逓倍器4の出力と2組のPLLシンセサイ
ザの合成出力をハーモニックミキサ18で混合して周波
数(N 、M 、 −(m 、/n +) −(mo/
n 。
K))f(−6,834・GHz)の電磁波を発生させ
る。この電磁波はルビジウムガスセル共鳴器19中でル
ビジウム原子と相互作用する。そして、ルビジウムガス
セル共鳴器19からの出力は、変調信号発生器2の信号
を参照信号とする同期検波器20によって検波され、誤
差信号に変換される。
次いで、積分器21は誤差信号がOになるように、電圧
制御水晶発振器1の印加電圧を制御する。以上のサーボ
系における時定数は数秒に設定されている。
上記サーボ系の動作と並行して、電圧制御水晶発振器1
の出力信号が周波数逓倍器22(逓倍率Nz)によって
周波¥’1N2fに逓倍される。また、電圧制御水晶発
振器lの出力は、周波数分周器23(分周比n、)、周
波数分周器24(分周比m2)、位相比較器25、ルー
プフィルタ26、電圧制御発振器27から構成されろP
 L Lシンセサイザにより周波数(m t/ n t
) fに変換される。そして、周波数逓倍器22の出力
信号とPLLシンセサイザの出力がハーモニックミキサ
28で混合されて周波数(NtMt+(mt/nt))
f (−9,I 92・・・・G Hz )の電磁波が
発生される。この電磁波は、後述するようにm7、n、
の値を周期的に切り替えることにより周波数変調されて
いる。周波数・1 (N 2M 2 + (m 2/ n J) fの電磁
波はセシウムビーム管29中でセシウム原子と相互作用
する。そして、セシウムビーム管29の出力信号はAD
変換器30でディジタル化信号に変換される。マイクロ
プロセッサ31はAD変換器30の出力データを読み込
んで、以下に示ず各ステップの処理を行い、読み込んだ
データに対し数値的に検波・積分を行う。
1 IInt、J 、−’m、。f、、J、は、予め記
憶されている値、外部から供給されるデータあるいはス
イッチ等によって設定された値である。
n7、m、を周波数分周2に23.24に出力する。
AD変換器30から入力したデーターXl。
f、→n2、J2−+m2゜I7.J2は、」二記1、
、J、と同様に設定される値である。
n3、m、を周波数分周器23.24に出力する。
AD変換器30から人力しfコデータ−・X2゜7  
AD変換器30から人力したデーターX3゜この場合、
ステップ6とは人力タイミングが異なるのでデータ値は
一般には同一でない。
3 1、−+n、、J + →rn 29  nt、m
、を周波数分周器23.24に出力する。
10  ΔD変換器30から人力したデーターX i。
II  Y↓α(x +  X 2  X 3 + X
 4) −Y 0[2Y(周波数制御データ)をROM
32に出力する。この周波数制御データYはROM32
にあらかじめ書き込まれたテーブルによって周波数分周
器5.6、l0111の分周比n1、ml、nOz m
 0に変換される。このときROM 32から出力され
ろ分周比は、ステップ11における(XI  X2  
X3+X、)を0に近付けるような値である。
1.3 3に戻る。
以」二の処理において、ループが平衡しているときは、
ステップ11の括弧内の演算値が0になる。
そして、電圧制御水晶発振器1の発振周波数が変動する
と、ステップ11における括弧内の演算値が0ならず、
これをOに近付けるような周波数制御信号Yがマイクロ
プロセツサ31から出力される。これにより、ROM3
2から出力される分周比m。、 no、 m、、 n、
+が変更され、ループか平衡に向かうよう制御される。
したかって、ルビジウムガスセル共鳴器19側の周波数
が変動してらセンウムヒーム管29側のループによって
電圧制御水晶発振器lの周波数変動が抑制されろ。ここ
で、セノウムヒーム胃29側のサーボ系においては、時
定数は数百秒〜数千秒に設定しておく。
E発明の効果〕 以」−二説明したように、この発明によれば、周波数短
期安定度の優れた原子発振器と周波数長期安定度・周波
数確度の優れた原子発振器と、をシンセサイザの分周比
制御を介して組み合わせるようにしたので、周波数短期
安定度、周l!l¥I長期安定度、1.1波数確度がず
へて優れた原子発振器を得ろことかできる。したがって
、ディノタル通信網や各種の電波41位システムに利用
することがてき、これらの性能向上を図ることができる
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。 1 ・・・電圧制御水晶発振器(周波数可変発振器)、
2・・−・変調信号発生器、3−− P M変調器、4
・周波数逓倍器、5.6・・・・周波数分周器、7位相
比較器、8・・ ループフィルタ、9 ・電圧制御発振
器、10,11・・・・・周波数分周器、12・・・・
位相比較器、I3 ・ ループフィルタ、I4・・・・
・電圧制御発振器、15・・・・・・周波数分周器、1
6・・ ミキサ、17・・・・バンドパスフィルタ、1
8・・・・・・ハーモニックミキサ(以上4〜I8は第
1の周波数変換手段)、1つ ・・ルビジウムガスセル
共鳴器(第1の量子共鳴装置)、20・・ ・同期検波
器、21・・ 積分器(以上20.21は第1の周波数
制御手段)、22・・・・周波数逓倍器、23.24・
・・・・周波数分周器、25・・・・位相比較:擾;;
、26・−ルビジウムガスセル、27・・・・・電圧1
、制御発系器、28・・・ ハーモニックミキサ(以上
22〜28は周波数変換手段)、29・・・・セノウ−
(、ヒ’  ムF (第2 〕jit子共鳴装置)、3
0−− Ar)変換器、31・・ マイクロプロセッサ
、32fl OM (以−L30〜32は第2の周波数
制御手段)、。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 周波数可変発振器と、 第1の量子共鳴装置と、 前記周波数可変発振器の出力周波数を前記第1の量子共
    鳴装置の共鳴周波数近傍に変換する第1の周波数変換手
    段と、 前記第1の量子共鳴装置の出力信号に対応して前記周波
    数可変発振器の周波数を制御する第1の周波数制御手段
    と、 第2の量子共鳴装置と、 前記周波数可変発振器の出力周波数を前記第2の量子共
    鳴装置の共鳴周波数近傍に変換する第2の周波数変換手
    段と、 前記第1の周波数変換手段の周波数変換率を制御する第
    2の周波数制御手段とを具備するとともに、 前記第2の周波数制御手段は、前記第2の量子共鳴装置
    の出力信号に基づき、前記第1の周波数制御手段の時定
    数よりも長い時定数で前記第1の周波数変換手段の周波
    数変換率を制御することを特徴とする原子発振器。
JP1273117A 1989-10-20 1989-10-20 原子発振器 Pending JPH03135227A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10333537B2 (en) 2016-12-20 2019-06-25 Seiko Epson Corporation Atomic oscillator and a method of generating atomic oscillation

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