JPS631118A - Frequency locking circuit for atomic oscillator - Google Patents
Frequency locking circuit for atomic oscillatorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
可変周波数水晶発振器で構成される電圧可変周波数発振
器と、原子共鳴器とを用いて構成した原子発振器におい
て、原子共鳴器の出力中に含まれる変調低周波信号の二
倍の周波数の信号をデジタル処理して装置の口／フレベ
ルを制御し、長１）Ｊｌ−こ亘り信頼性の高い原子発１
辰器を得る。[Detailed Description of the Invention] [Summary] In an atomic oscillator configured using a voltage variable frequency oscillator configured with a variable frequency crystal oscillator and an atomic resonator, the modulated low frequency contained in the output of the atomic resonator is A signal with twice the frequency of the signal is digitally processed to control the opening/flare level of the device, and the high reliability of the atomic power source 1)
Obtain the Dragonware.
本発明は原子の共鳴周波数を用いて［Ｉ成した原子発振
器に関するもので、さらに詳しく言えば、原子共鳴器と
、電圧可変周波数水晶発振器とを紺み合わせて構成され
る制御ループのロック制御を改善した原子発振器に関す
るものである。The present invention relates to an atomic oscillator that uses the resonant frequency of atoms, and more specifically, the present invention relates to an atomic oscillator that uses the resonance frequency of atoms. It concerns an improved atomic oscillator.
光ポンピングしたルビジウムあるいはセシウム等におけ
る、特定のエネルギー準位間の遷移を利用して高精度の
周波数標準を得るような原子共鳴器に可変周波数水晶発
振器を組み合わせて制御ループを構成した原子発振器が
ある。このような装置にあっては、ルビジウム管やセシ
ウム管の経年変化あるいは環境条件の変化等により制御
ループが周波数のロック状態を維持できなくなることが
ある。このような場合、位相変調に用いた低周波信号の
二倍周波の信号のレベルによって閉ループ制御から開ル
ープ制御に切り換えることが行なわれる。然るに二倍周
波数を選択増幅する選択増幅器を良好に動作させるため
には、その入力レベルを所定の範囲内に制限する必要が
ある。−般にこの入力レベルに対する余裕度は約１０ｄ
Ｂと低いので、長期に亘って原子発振器を動作させると
、容易にロック外れを引き起こすこととなり、安定に動
作させることが困難となる。There is an atomic oscillator that combines a variable frequency crystal oscillator with an atomic resonator to obtain a high-precision frequency standard by utilizing transitions between specific energy levels in optically pumped rubidium or cesium to form a control loop. . In such devices, the control loop may become unable to maintain a frequency lock state due to aging of the rubidium tube or cesium tube or changes in environmental conditions. In such a case, switching from closed-loop control to open-loop control is performed depending on the level of a signal with a frequency twice that of the low-frequency signal used for phase modulation. However, in order to properly operate a selective amplifier that selectively amplifies the double frequency, it is necessary to limit its input level within a predetermined range. -Generally, the margin for this input level is about 10d.
Since the B is low, if the atomic oscillator is operated for a long period of time, it will easily become unlocked, making it difficult to operate stably.
そのために、信号レベルの広範な変化に対して安定に動
作可能な信頼性の高い装置の提供が要望されている。Therefore, there is a demand for a highly reliable device that can operate stably over a wide range of signal level changes.
原子共鳴器は第５図に参照番号３で示されるように、例
えばセシウム炉を用いたものにあっては、セシウム炉４
０よりコリメータを介して発生されたビーム４１におけ
る所要のエネルギーレベルのビームは偏向マグネット４
２により偏向され、マイクロ波４３が供給されている共
振器４４において、エネルギー遷移を受ける。共振状態
は検出器４６にて検出され、系の周波数ロックのために
検出出力が利用される。このセシウム炉４０あるいはセ
シウム管を用いて構成した原子共鳴器の静特性が第６図
に示される。As shown by reference number 3 in FIG. 5, the atomic resonator uses a cesium reactor, for example.
A beam of the required energy level in the beam 41 generated from 0 through the collimator is deflected by the deflection magnet 4.
2 and undergoes an energy transition in a resonator 44 to which microwaves 43 are supplied. The resonance state is detected by a detector 46, and the detection output is used for frequency locking of the system. The static characteristics of the cesium reactor 40 or the atomic resonator constructed using the cesium tube are shown in FIG.
第８図はルビジウム管を用いて構成した原子共鳴器の例
を示すもので、例えば１００Ｍ）Ｉｚの励振信号を発生
する励振源２０と、共鳴セル２３および、例えば５．３
ＧＨｚのキャビティ２２等より構成され、Ｒｂ管２１よ
り発生され、キャビティ２２を経た光を太陽電池２４等
で検出して前置増幅器１２に供給する構成となっている
。第８図におけるキャビティ２２あるいは第５図におけ
る共振器４４には図示せぬ信号源より低周波にて位相変
調された被共鳴信号が供給され、この信号の位相または
周波数によって第７図に示すような出力信号が得られる
。なお、第７図においてｒｏは遷移周波数である共振点
を示し、２ｆ、ｆおよびｆ゛は共振点ｒｏで低周波信号
の二倍となり、ｒｏから離れることで低周波信号と同一
の周波数になる原子共鳴器の出力を示す。FIG. 8 shows an example of an atomic resonator constructed using a rubidium tube, which includes an excitation source 20 that generates an excitation signal of, for example, 100 M)Iz, a resonant cell 23, and a resonator that generates an excitation signal of, for example, 5.3
The light is generated from the Rb tube 21 and passes through the cavity 22 and is detected by a solar cell 24 or the like and supplied to the preamplifier 12. The cavity 22 in FIG. 8 or the resonator 44 in FIG. A good output signal can be obtained. In addition, in Fig. 7, ro indicates the resonance point which is the transition frequency, and 2f, f and f' are twice the low frequency signal at the resonance point ro, and become the same frequency as the low frequency signal as they move away from ro. The output of the atomic resonator is shown.
このような原子共鳴器を用いて構成した原子発振器のブ
ロック図が第３図に示される。同図において１は電圧可
変水晶発振器であって、この電圧可変水晶発振器１の出
力が低周波発振器８にて発生された低周波信号により位
相変調器９で位相変調を受けた後、逓倍器１０で逓倍さ
れて合成器７を介して供給された信号と共にｌ昆合器１
）にて混合されて原子共鳴器３に供給される。原子共鳴
器３の出力は前置増幅器１２にて増幅された後、減衰器
５にて制御に適合するレベルに減衰、調整されて基本波
を選択的に増幅する選択増幅器１３および二倍波を選択
的に増幅する選択増幅器１４に供給される。選択増幅器
１４の出力は整流器１５にて整流された後、整流出力が
所定値（基準電圧発生器１９の出力）を超えている時に
切換え信号を発生する比較回路１６を介してリレー回路
１７に供給される。リレー回路１７の動作により電圧可
変水晶発振器１には位相検波器６の出力が供給され、ロ
ック状態が保持される。−方、二倍波のレベルが低下し
た場合は、リレー回路１７のスイッチ１８が切り換わっ
て位相検波器６の積分出力回路２５の出力電圧が電圧可
変水晶発振器１に供給されるかあるいは、他の基準電圧
回路２６の電圧が電圧可変水晶発振器１に供給される。A block diagram of an atomic oscillator constructed using such an atomic resonator is shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a voltage variable crystal oscillator, and after the output of the voltage variable crystal oscillator 1 undergoes phase modulation in a phase modulator 9 by a low frequency signal generated by a low frequency oscillator 8, the output is phase modulated by a phase modulator 9. Combiner 1 together with the signal multiplied by
) and supplied to the atomic resonator 3. The output of the atomic resonator 3 is amplified by a preamplifier 12, and then attenuated and adjusted to a level suitable for control by an attenuator 5, and a selection amplifier 13 that selectively amplifies the fundamental wave and a double wave are output. The signal is supplied to a selection amplifier 14 for selective amplification. The output of the selection amplifier 14 is rectified by a rectifier 15 and then supplied to a relay circuit 17 via a comparison circuit 16 that generates a switching signal when the rectified output exceeds a predetermined value (output of the reference voltage generator 19). be done. The output of the phase detector 6 is supplied to the voltage variable crystal oscillator 1 by the operation of the relay circuit 17, and the locked state is maintained. On the other hand, when the level of the second harmonic decreases, the switch 18 of the relay circuit 17 is switched and the output voltage of the integral output circuit 25 of the phase detector 6 is supplied to the voltage variable crystal oscillator 1, or The voltage of the reference voltage circuit 26 is supplied to the voltage variable crystal oscillator 1.
（発明が解決しようとする問題点〕
この従来方式では、選択増幅器１３．１４の選択増幅特
性を良好なものとするため、これ等の増幅器の入力レベ
ルを一定の範囲内に保つ必要がある。この入力レベルの
許容変化範囲は、例えば１０ｄＢ程度と低いので、原子
共鳴器３におけるＲｂ管、Ｃｓ管あるいはセシウム炉の
経時変化あるいは環境条件の変化等にてロック時におけ
る二倍波のレベルが変化すると、容易にリレー回路１７
が切り換わってロックループを切り離してしまう。(Problems to be Solved by the Invention) In this conventional system, in order to improve the selective amplification characteristics of the selective amplifiers 13 and 14, it is necessary to maintain the input levels of these amplifiers within a certain range. The permissible change range of this input level is as low as, for example, about 10 dB, so the level of the double wave during lock changes due to changes in the Rb tube, Cs tube, or cesium reactor in the atomic resonator 3 over time or changes in environmental conditions. Then, the relay circuit 17 can be easily connected.
switches and disconnects the lock loop.
このため、長期に亘り充分な信頼性を持って使用するこ
とが困難であった。For this reason, it has been difficult to use it with sufficient reliability over a long period of time.
本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、原子
共鳴器の出力中に含まれる二倍波信号のデジタル処理に
よりロック範囲を拡大し、長期に亘り信頼性の高い装置
を得ることの可能な原子発振器の周波数ロック回路を提
供することを目的としている。The present invention was created in view of these points, and aims to expand the locking range by digitally processing the double wave signal contained in the output of the atomic resonator, and to obtain a device that is highly reliable over a long period of time. The aim is to provide a frequency locking circuit for an atomic oscillator capable of
第１図は本発明の原理図を示す。 FIG. 1 shows a diagram of the principle of the present invention.
同図において３１は選択増幅器でその出力が、例えばシ
ュミントトリガー回路で構成される第１のスイッチング
回路３２に供給される。３３はリトリガーマルチ回路に
て構成される第２のスイッチング回路で、二倍波信号周
期より短い期間内にトリガーパルスを受けることにより
、連続した出力を発生する。３４はリレーあるいは他の
スイッチング手段で、第２のスイッチング回路３３の出
力を受けてロック状態保持信号を出力する。In the figure, 31 is a selection amplifier whose output is supplied to a first switching circuit 32 constituted by, for example, a Schmint trigger circuit. A second switching circuit 33 is composed of a retrigger multi-circuit, and generates a continuous output by receiving a trigger pulse within a period shorter than the double wave signal period. 34 is a relay or other switching means that receives the output of the second switching circuit 33 and outputs a lock state holding signal.
共振時における二倍波の出力が選択増幅器３１にて増幅
された後、シュミットトリガ−回路にて構成される第１
のスイッチング回路３２に供給される。第１図に示すス
イッチング回路３２はノイズレベルより高い二倍波の到
来によってスイッチング出力を発生する。このスイッチ
ング出力がリトリガーマルチ回路により構成される第２
のスイッチング回路３３に供給されることで、連続的な
出力が発生される。なお、第２のスイッチング回路３３
は、二倍波の周期と同一かあるいはこれに近い周期の人
力にて二倍波の周期より長い周期の出力を発生するよう
に構成され、二倍波が到来している間は連続的な出力を
発生するように回路定数が設定される。After the output of the double wave at resonance is amplified by the selection amplifier 31, the first
is supplied to the switching circuit 32 of. The switching circuit 32 shown in FIG. 1 generates a switching output by the arrival of a double wave higher than the noise level. This switching output is connected to a second circuit composed of a retrigger multi-circuit.
A continuous output is generated by being supplied to the switching circuit 33 of. Note that the second switching circuit 33
is configured to generate an output with a period longer than the period of the second harmonic wave by human power with a period equal to or close to the period of the second harmonic wave, and while the second harmonic wave is arriving, the output is continuous. Circuit constants are set to generate an output.
第２図は第１図に示す回路の各部の波形を示す波形図で
あって、ａは二倍波の入力波形を示し、ｂは第１のスイ
ッチング回路３２の入力波形を示す。また、Ｃは第１の
スイッチング回路３２の出力波形を示すもので、この出
力波形Ｃにより第２のスイッチング回路３３がトリガー
される。従って二倍周波数の信号レベルが広範に変化し
てもリレーあるいは他のスイッチング手段３４にはｄに
示すような連続した信号が供給される。FIG. 2 is a waveform diagram showing the waveforms of each part of the circuit shown in FIG. 1, in which a shows the input waveform of the double wave, and b shows the input waveform of the first switching circuit 32. Further, C indicates an output waveform of the first switching circuit 32, and the second switching circuit 33 is triggered by this output waveform C. Therefore, even if the double frequency signal level varies widely, the relay or other switching means 34 is provided with a continuous signal as shown at d.
第４図は本発明の実施例のブロック図であって、基本的
な回路構成は第３図に示すものと同様であるがシュミッ
トトリガ−回路２７ （第１図の３２の例）およびリト
リガーマルチ回路２８ （第１図の３３の例）が更に備
えられている。即ち、電圧可変水晶発振器ｌの出力が低
周波発振器８にて発生された低周波信号により位相変調
器９で位相変門を受けた後、逓倍器１０で逓倍されて合
成器７を介して供給された信号と共に混合器１）にて混
合されて原子共鳴器３に供給される。原子共鳴器３の出
力は前置増幅器１２にて増幅された後、減衰器５にて制
御に適合するレベルに減衰、調整されて基本波を選択的
に増幅する選択増幅器１３及び二倍波を選択的に増幅す
る選択増幅器１４に供給される。選択増幅器１４の出力
はンユミノトトリガー回路２７に供給されて波形整形さ
れる。シュミントトリガー回路２７のトリガーパルス択
増幅器１４で増幅された雑音レベルよりも高く設定され
る。この出力がリトリガーマルチ回路２８に供給され、
リトリガーマルチ回路２８は二倍周波数信号が到来して
いる間、連続した出力を発生する。この出力がリレー回
路１７に供給され、リレー回路１７の動作により電圧可
変水晶発１辰器１には位相検波器６の出力が供給されて
口、り状態が保持される。−方、二倍波のレベルがシュ
ミットトリガ−回路２７のトリガーパル以下に低下した
場合は、シュミットトリガ−回路２７から波形整形され
た二倍波信号が発生されないので、リレー回路１７のス
イッチ１８が切り換わって位相検波器６の櫃分出力回路
２５の出力電圧が電圧可変水晶発振器ｌに供給されるか
あるいは、他の基準電圧回路２６の電圧が電圧可変水晶
発振器ｌに供給される。FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of the present invention, in which the basic circuit configuration is the same as that shown in FIG. A circuit 28 (example 33 in FIG. 1) is further provided. That is, the output of the voltage variable crystal oscillator l undergoes a phase shift in the phase modulator 9 using a low frequency signal generated by the low frequency oscillator 8, is then multiplied by the multiplier 10, and is supplied via the synthesizer 7. The mixed signals are mixed in a mixer 1) and supplied to an atomic resonator 3. The output of the atomic resonator 3 is amplified by a preamplifier 12, and then attenuated and adjusted to a level suitable for control by an attenuator 5, and a selection amplifier 13 that selectively amplifies the fundamental wave and a double wave are output. The signal is supplied to a selection amplifier 14 for selective amplification. The output of the selection amplifier 14 is supplied to a digital trigger circuit 27 and subjected to waveform shaping. The noise level is set higher than the noise level amplified by the trigger pulse selection amplifier 14 of the Schmint trigger circuit 27. This output is supplied to the retrigger multi circuit 28,
The retrigger multicircuit 28 generates a continuous output while the double frequency signal is arriving. This output is supplied to the relay circuit 17, and by the operation of the relay circuit 17, the output of the phase detector 6 is supplied to the voltage variable crystal oscillator 1, and the open state is maintained. On the other hand, if the level of the second harmonic drops below the trigger pulse of the Schmitt trigger circuit 27, the Schmitt trigger circuit 27 will not generate a waveform-shaped second harmonic signal, so the switch 18 of the relay circuit 17 will The output voltage of the phase output circuit 25 of the phase detector 6 is then supplied to the variable voltage crystal oscillator l, or the voltage of another reference voltage circuit 26 is supplied to the variable voltage crystal oscillator l.
（発明の効果〕
以上述べてきたように本発明によれば、原子共鳴器の出
力中に含まれる二倍周波数の信号のデジタル処理により
ロックの切分はレベルの大幅な低下を可能にしたので、
入力レベル変化に対する余裕度が向上し、長期に回り信
頼性の高い装置を得ることが可能となり、実用的に極め
て有用である。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the lock level can be significantly reduced by digital processing of the double frequency signal contained in the output of the atomic resonator. ,
The margin for input level changes is improved, and it becomes possible to obtain a highly reliable device that lasts for a long time, and is extremely useful in practice.
第１図は本発明の原理説明図、
第２図は本発明の実施例の各部の波形図、第３図は従来
例のブロック図、
第４図は本発明の実施例のブロック図、第５図はセシウ
ム炉を用いた原子共鳴器の説明図、第６図は第５図原子
共鳴器の静特性のグラフ、第７図は原子共鳴器の動特性
のグラフ、第８図はルビジウム管を用いた原子共鳴器の
説明図である。
第１図及び第４図において、
１は電圧可変水晶発振器、
３は原子共鳴器、
６は位相検波器、
１２は前置増幅器、
１３．１４は選択増幅器、
２７はシュミットトリガ−回路、
２８はリトリガーマルチ回路、
３１は選択増幅器、
３２は第１のスイッチング回路、
３３は第２のスイッチング回路、
３４はリレーあるいは他のスイッチング手段である。
ｂｒＶ′ＸＪ
Ｃ旧−Ｉ−
各部り波形図
第２図
第４図FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram of each part of an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram of a conventional example, FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of the present invention, Figure 5 is an explanatory diagram of an atomic resonator using a cesium reactor, Figure 6 is a graph of the static characteristics of the atomic resonator shown in Figure 5, Figure 7 is a graph of the dynamic characteristics of the atomic resonator, and Figure 8 is a graph of the rubidium tube. FIG. 2 is an explanatory diagram of an atomic resonator using . 1 and 4, 1 is a voltage variable crystal oscillator, 3 is an atomic resonator, 6 is a phase detector, 12 is a preamplifier, 13.14 is a selection amplifier, 27 is a Schmitt trigger circuit, and 28 is a 31 is a selection amplifier; 32 is a first switching circuit; 33 is a second switching circuit; and 34 is a relay or other switching means. brV'XJ C old-I- Waveform diagram of each part Fig. 2 Fig. 4
Claims (2)
器（８）の出力にて変調して原子共鳴器（３）に供給し
、前記原子共鳴器（３）の出力として前記低周波の基本
波および二倍波を得て前記電圧可変周波数発振器（１）
を制御するように構成した原子発振器のための周波数ロ
ック回路であって、前記二倍波の信号出力が所定値を超
えるとスイッチング出力を発生する第１のスイッチング
回路（３２）と、 前記第１のスイッチング回路（３２）の出力によりトリ
ガされ、前記二倍波信号周期より長い期間に亘り出力を
発生する第２のスイッチング回路（３３）とを備え、 前記二倍波が所定のレベルを超える出力を発生している
間、前記第２のスイッチング回路（３３）の出力により
前記電圧可変周波数発振器（１）への閉ループ制御回路
が形成されることを特徴とする原子発振器の周波数ロッ
ク回路。(1) The output of the voltage variable frequency oscillator (1) is modulated by the output of the low frequency oscillator (8) and supplied to the atomic resonator (3), and the low frequency is used as the output of the atomic resonator (3). The voltage variable frequency oscillator (1) obtains a fundamental wave and a double wave.
a first switching circuit (32) that is configured to control a frequency lock circuit for an atomic oscillator and generates a switching output when the signal output of the double wave exceeds a predetermined value; a second switching circuit (33) that is triggered by the output of the switching circuit (32) and generates an output for a period longer than the second harmonic signal cycle, the output of the second harmonic exceeding a predetermined level; A frequency locking circuit for an atomic oscillator, characterized in that the output of the second switching circuit (33) forms a closed loop control circuit to the voltage variable frequency oscillator (1) during generation of the voltage variable frequency oscillator (1).
リガ回路にて構成され、第２のスイッチング回路（３３
）がリトリガーマルチ回路にて構成されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の原子発振器の周波数ロ
ック回路。(2) The first switching circuit (32) is configured with a Schmitt trigger circuit, and the second switching circuit (33) is configured with a Schmitt trigger circuit.
2. The frequency lock circuit for an atomic oscillator according to claim 1, wherein the frequency lock circuit for an atomic oscillator is constituted by a retrigger multi-circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14392086A JPS631118A (en) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | Frequency locking circuit for atomic oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14392086A JPS631118A (en) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | Frequency locking circuit for atomic oscillator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS631118A true JPS631118A (en) | 1988-01-06 |
Family
ID=15350174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14392086A Pending JPS631118A (en) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | Frequency locking circuit for atomic oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS631118A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113447715A (en) * | 2021-07-30 | 2021-09-28 | 燕山大学 | 2-order harmonic type power grid synchronous frequency locking loop method |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP14392086A patent/JPS631118A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113447715A (en) * | 2021-07-30 | 2021-09-28 | 燕山大学 | 2-order harmonic type power grid synchronous frequency locking loop method |
| CN113447715B (en) * | 2021-07-30 | 2022-04-15 | 燕山大学 | 2-order harmonic type power grid synchronous frequency locking loop method |
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