[发明专利]铷原子频标的同步鉴相装置及其同步鉴相方法

说明书

技术领域

本发明涉及被动型铷原子频标领域，尤其涉及一种铷原子频标的同步鉴相装置及其同步鉴相方法。

背景技术

原子频标是一种具有优良稳定度和准确度的频率源，已广泛应用于卫星的定位、导航和通信、仪器仪表以及天文等领域。而铷原子频标因其具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优势而成为目前应用最为广泛的原子频标。

铷原子频标主要包括压控晶体振荡器、物理系统和电子线路。物理系统具体包括产生抽运光的光谱灯、存储铷原子的集成滤光共振泡、存储微波场的微波腔、产生平行于所述微波腔轴线的静磁场的C场线圈(即均匀磁场线圈)、检测光信号的光电池、将微波耦合进所述微波腔的耦合环以及防止静磁场穿透的磁屏。电子线路具体包括射频倍频模块和综合伺服模块。综合伺服模块包括用于产生频率合成指令、键控调频信号、同步鉴相参考信号的微处理器、用于根据微处理器产生的频率合成指令产生综合调制信号的数字频率合成器、用于对物理系统产生的量子鉴频信号进行选频和放大的选频放大单元以及用于进行同步鉴相的同步鉴相模块。射频倍频模块包括用于将压控晶体振荡器的输出频率进行倍频的射频倍频单元和用于将经过所述射频倍频单元倍频后的压控晶体振荡器的输出频率和数字频率合成器产生的综合调制信号进行倍频和混频的微波倍、混频单元。

然而，在铷原子频标中，射频倍频单元、微波倍、混频单元和选频放大单元均会引入相移。下面对射频倍频单元、微波倍、混频单元和选频放大单元引入的相移的过程作一举例说明。

假设数字频率合成器产生的综合调制信号为：

S＝Asin(2πft)                               (1)

该综合调制信号和经过射频倍频单元的压控晶体振荡器的输出频率信号一同经过微波倍、混频单元进行倍频和混频后作用于物理系统后，物理系统输出的量子鉴频信号为：

S₁＝ABsin(2πft+φ+φ₁)                      (2)

其中，φ＝0°或180°，φ₁是射频倍频单元和微波倍、混频单元引入的相移；

量子鉴频信号经过选频放大单元进行选频和放大后，选频放大单元输出的量子鉴频信号为：

S₂＝K_aABsin(2πft+φ+φ₁+φ₂)                (3)

其中，φ₂是选频放大单元引入的相移；

上述量子鉴频信号经过同步鉴相模块鉴相之后，并经过积分器滤掉交流分量之后，同步鉴相模块输出的压控电压信号为：

Sv=12KaKpABcos(φ+φ1+φ2)---(4)]]>

由公式(3)和公式(4)可知，量子鉴频信号和同步鉴相参考信号之间存在φ₁+φ₂的相位差，该相位差会导致量子鉴频信号和同步鉴相参考信号不能同时位于有效的电压差采集区，使得同步鉴相模块的鉴相结果即压控电压也存在φ₁+φ₂的相位差，存在相位差的鉴相结果作用于压控晶体振荡器后，会引起压控晶体振荡器的输出频率发生漂移，从而影响铷原子频标输出频率的稳定度。

因此，有必要提供一种改进的铷原子频标的同步鉴相装置来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种铷原子频标的同步鉴相装置及其同步鉴相方法，能对同步鉴相参考信号进行相位调整，从而纠正频率漂移，进而提高铷原子频标输出频率的稳定度。