一種原子頻標及其設(shè)置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及原子頻率標準技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種原子頻標及其設(shè)置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常光抽運式頻率標準是一種二級標準，由于其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格 低廉，且其指標能夠滿足大部分應用需要，所以擁有全球90%以上的市場占有量。隨著科學 技術(shù)的發(fā)展，工程應用(如多普勒測速、跟蹤、動態(tài)定位)不僅對光抽運式頻率標準的長穩(wěn)指 標有要求，也對光抽運式頻率標準的短穩(wěn)指標提出了高的要求。因此，如何使得光抽運式頻 率標準在保持較好的長穩(wěn)指標的同時，短穩(wěn)指標也得到最大提升滿足實際需要，成為研究 領(lǐng)域的一個重要議題。
[0003] 譜燈抽運頻率標準具有良好的長期漂移率與穩(wěn)定度，其長穩(wěn)、長漂的遠期發(fā)展態(tài) 勢可望與商品銫束頻標媲美。而激光抽運頻率標準由于其抽運光具有良好的單色性及高的 抽運效率，因此其短穩(wěn)發(fā)展前景良好，實驗室內(nèi)其秒級穩(wěn)定度目前已達(5~7)X1(T13/S，有 人提出將譜燈抽運頻率標準與激光抽運頻率標準組合成一臺頻標的方案。
[0004] 然而，上述兩臺獨立的頻標組合畢竟增大了體積、重量、功耗，不利于工程應用，且 由于激光穩(wěn)頻、激光可靠性等方面的技術(shù)原因，怎樣設(shè)置原子頻標中的各個組件的相關(guān)參 數(shù)以使得原子頻標具有合適的環(huán)路增益仍待優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種原子頻標及其設(shè)置方法，技 術(shù)方案如下：
[0006] -方面，本發(fā)明實施例提供了 一種原子頻標，所述原子頻標包括射頻倍頻器、微波 倍頻器、伺服系統(tǒng)、綜合器、控溫器、C場恒流源、物理系統(tǒng)、壓控晶體振蕩器以及隔離放大 器，所述物理系統(tǒng)分別與控溫器、C場恒流源、微波倍頻器、伺服系統(tǒng)連接，所述伺服系統(tǒng)分 別與所述綜合器、所述壓控晶體振蕩器連接，所述隔離放大器分別與所述壓控晶體振蕩器、 所述綜合器、所述射頻倍頻器連接，所述微波倍頻器分別與所述控溫器及所述射頻倍頻器 連接，
[0007] 所述射頻倍頻器和所述微波倍頻器的倍頻次數(shù)疊加后的頻率變換系數(shù)為M，所述 綜合器的頻率變換系數(shù)為Z，所述物理系統(tǒng)的鑒頻斜率為Kr，所述壓控晶體振蕩器的壓控斜
率為Kv，所述原子頻標的伺服環(huán)路等效的環(huán)路濾波器截止頻率為fn 其中，tl為預設(shè)定的所述環(huán)路濾波器的時間常數(shù)，所述時間常數(shù)tl的取值范圍是1-lOms。
[0008] 進一步地，所述伺服系統(tǒng)由79Hz選頻放大電路、方波整形器、第一鎖存驅(qū)動電路、 第二鎖存驅(qū)動電路、第一鎖存器、第二鎖存器、走時計數(shù)器、單片機、數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成，
[0009] 所述79Hz選頻放大電路、所述方波整形器、所述第一鎖存驅(qū)動電路、所述第一鎖存 器、所述走時計數(shù)器依次連接，所述第二鎖存驅(qū)動電路、所述第二鎖存器、所述走時計數(shù)器 依次連接，所述單片機分別與所述第一鎖存驅(qū)動電路、所述第二鎖存驅(qū)動電路、所述第一鎖 存器、所述第二鎖存器、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接。
[0010]進一步地，所述第一鎖存驅(qū)動電路由相互連接的D觸發(fā)器和所述第一鎖存器組成， 所述D觸發(fā)器的信號端與整形后的79Hz鑒頻信號連接，所述D觸發(fā)器的時鐘端與5Hz時鐘連 接，所述D觸發(fā)器的輸出端與所述第一鎖存器連接；
[0011]所述第二鎖存驅(qū)動電路由相互連接的所述D觸發(fā)器和所述第二鎖存器組成，所述D觸發(fā)器的信號端與7 9Hz同步參考信號連接，所述D觸發(fā)器的時鐘端與5MHz時鐘連接，所述D 觸發(fā)器的輸出端與第二鎖存器連接。
[0012] 進一步地，所述伺服系統(tǒng)中還設(shè)置有移相器，所述移相器分別與所述方波整形器 和所述第一鎖存驅(qū)動電路連接。
[0013] 進一步地，所述移相器的相位移動范圍是0-45度。
[0014]另一方面，本發(fā)明實施例還提供一種原子頻標的設(shè)置方法，所述方法包括：
[0015]預設(shè)定原子頻標的伺服環(huán)路等效的環(huán)路濾波器截止頻率fn以及所述環(huán)路濾波器 的時間常數(shù)11，其中，所述時間常數(shù)11的取值范圍是1 -10ms;
[0016] 確定射頻倍頻器和微波倍頻器的倍頻次數(shù)疊加后的頻率變換系數(shù)Μ;
[0017] 確定綜合器的頻率變換系數(shù)Ζ;
[0018]
獲取物理系統(tǒng)的鑒頻斜率和壓控晶體振蕩器的壓控 斜率的乘積關(guān)系，其中，Kr為物理系統(tǒng)的鑒頻斜率，KV為壓控晶體振蕩器的壓控斜率；
[0019]根據(jù)獲取到的所述乘積關(guān)系分別設(shè)置所述鑒頻斜率和所述壓控斜率。
[0020] 進一步地，其特征在于，在設(shè)置所述鑒頻斜率和所述壓控斜率之后，所述設(shè)置方法 還包括：
[0021 ]對所述物理系統(tǒng)的鑒頻斜率信號進行相位檢測，以獲取所述鑒頻斜率信號相對于 所述同步信號的相移，通過移相器反饋所述相移給所述同步信號，使所述同步信號與所述 鑒頻斜率信號保持相位相同。
[0022]進一步地，其特征在于，所述同步信號產(chǎn)生相位移動時，相位移動的范圍是0-45 度。
[0023]進一步地，所述頻率變換系數(shù)Μ的取值范圍為170-690。
[0024]進一步地，所述頻率變換系數(shù)Ζ的取值范圍為0.5-5。
[0025]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是：
[0026]原子頻標的總環(huán)路增益與低通/高通濾波器的截止頻率主要都是由物理系統(tǒng)的鑒 頻斜率和壓控晶體振蕩器的壓控斜率的乘積來決定，且其他相關(guān)參數(shù)的影響較小，因此可 以認定總環(huán)路增益等效于截止頻率。在調(diào)制原子頻標具有合適的環(huán)路增益時，通過預設(shè)定 合適的截止頻率，依次設(shè)置原子頻標中射頻倍頻器和微波倍頻器的頻率變換系數(shù)、綜合器 的頻率變換系數(shù)、物理系統(tǒng)的鑒頻斜率、以及壓控晶體振蕩器的壓控斜率，可以獲得較佳的 環(huán)路增益。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明實施例1提供的一種原子頻標的組成框圖；
[0029]圖2是本發(fā)明實施例1提供的伺服系統(tǒng)的組成框圖；
[0030]圖3是本發(fā)明實施例1提供的第一鎖存電路原理圖；
[0031 ]圖4是本發(fā)明實施例1提供的第二鎖存電路原理圖；
[0032]圖5是本發(fā)明實施例1提供的同步鑒相信號圖；
[0033]圖6是本發(fā)明實施例1提供的仿真物理模型；
[0034]圖7是本發(fā)明實施例1提供的伺服系統(tǒng)增益取1時的仿真實驗結(jié)果；
[0035]圖8是本發(fā)明實施例1提供的伺服系統(tǒng)增益取0.04時的仿真實驗結(jié)果；
[0036]圖9是本發(fā)明實施例1提供的一種原子頻標的實驗結(jié)果；
[0037]圖10是本發(fā)明實施例2提供的一種原子頻標的設(shè)置方法流程圖；
[0038]圖11是本發(fā)明實施例2提供的無噪聲和漂移時控制環(huán)路的理想線性模型；
[0039]圖12是本發(fā)明實施例2提供的考慮噪聲之后的控制環(huán)路的線性模型。
【具體實施方式】
[0040]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0041 ] 實施例1
[0042] 參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種原子頻標，該原子頻標包括射頻倍頻器1、微波 倍頻器2、伺服系統(tǒng)3、綜合器4、控溫器5、C場恒流源6、物理系統(tǒng)7、壓控晶體振蕩器8以及隔 離放大器9,物理系統(tǒng)7分別與控溫器5、C場恒流源6、微波倍頻器2、伺服系統(tǒng)3連接，伺服系 統(tǒng)3分別與綜合器4、壓控晶體振蕩器8連接，隔離放大器9分別與壓控晶體振蕩器8、綜合器 4、射頻倍頻器1連接，微波倍頻器2分別與控溫器5及射頻倍頻器1連接，
[0043]射頻倍頻器1和微波倍頻器2的倍頻次數(shù)疊加后的頻率變換系數(shù)為M，綜合器4的頻 率變換系數(shù)為Z，物理系統(tǒng)7的鑒頻斜率為Kr，壓控晶體振蕩器8的壓控斜率為Kv，原子頻標的 伺服環(huán)路等效的環(huán)路濾波器截止頻率為fn，
>其中，tl為預設(shè)定的環(huán)路 濾波器的時間常數(shù)，時間常數(shù)tl的取值范圍是1-lOms。
[0044] 具體地，控溫器5為物理系統(tǒng)7的光譜燈及吸收泡提供控溫，C場恒流源6為物理系 統(tǒng)7提供原子共振躍迀所需的磁場，物理系統(tǒng)7的量子鑒頻信號送至伺服系統(tǒng)3用作同步鑒 相，物理系統(tǒng)7和綜合器4分別