[发明专利]原子频标及伺服锁定方法

说明书

技术领域

本发明涉及原子频标技术领域，特别涉及一种原子频标及伺服锁定方法。

背景技术

为获得大自然中比较稳定的时间频率，人们通过对铷、铯、氢等原子施加弱磁场，使其原子能级由基态转变为激发态，利用不受外界磁场干扰的基态超精细结构0-0跃迁中心频率作为参照时间频率值。

利用上述原理制成的原子频标主要包括以下部分：压控晶振、隔离放大器、射频倍频模块、微波倍混频模块、物理单元、伺服模块和综合模块；隔离放大器对压控晶振的输出信号进行隔离和放大，隔离放大器的输出信号经过射频倍频模块输出至微波倍混频模块，综合模块用于产生一路综合调制信号，微波倍混频模块对射频倍频模块的输出信号和综合调制信号进行倍频和混频，以产生微波探询信号；物理单元对微波探询信号进行鉴频，产生量子鉴频信号；伺服模块对量子鉴频信号进行选频放大后与参考信号进行同步鉴相，产生纠偏电压作用于压控晶振，以调整压控晶振的输出频率；通过上述结构单元，最终将压控晶振的输出频率锁定在原子基态超精细0-0跃迁中心频率上。其中，上述综合模块中采用了变容二极管调制电路。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于变容二极管调制电路是温敏元件，当环境温度变化时，不可避免地将要造成输出的综合调制信号的幅度发生变化，造成幅值不稳，而幅值不稳的综合调制信号产生的微波探寻信号，在物理单元中鉴频将会导致纠偏电压不准确，进而拉偏原子频标整机的输出频率。

发明内容

为了解决现有技术中综合调制信号幅值不稳，进而拉偏原子频标整机的输出频率的问题，本发明实施例提供了一种原子频标及伺服锁定方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种原子频标，所述原子频标包括：

压控晶振；

综合模块，用于产生综合调制信号；

稳幅模块，用于将所述综合模块产生的所述综合调制信号的幅值转换到预定值，得到稳幅综合调制信号；

射频倍频模块，用于对所述压控晶振的输出信号进行倍频，得到倍频信号；

微波倍混频模块，用于将所述稳幅模块产生的所述稳幅综合调制信号与所述射频倍频模块产生的所述倍频信号倍混频，产生微波探寻信号；

物理单元，用于对所述微波倍混频模块产生的所述微波探寻信号进行量子鉴频，产生量子鉴频信号；

伺服模块，用于对所述物理单元产生的所述量子鉴频信号进行同步鉴相，产生纠偏电压作用于所述压控晶振。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述稳幅模块包括：

第一处理单元，用于采样所述综合调制信号的电压值，并根据采样到的电压值计算实际幅值，根据预定值与所述实际幅值计算放大倍数，所述实际幅值是指采样的电压值在一个周期内峰值与谷值之间的差值；

补偿单元，用于采用所述第一处理单元计算出的所述放大倍数，对所述综合调制信号的电压进行放大，得到所述稳幅综合调制信号；

所述补偿单元分别与所述综合模块、所述第一处理单元以及所述微波倍混频模块电连接，所述第一处理单元与所述综合模块电连接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述补偿单元包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻和数字电位计，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第一电阻接地，所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第二电阻与所述综合模块的输出端电连接，所述数字电位计连接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述第一运算放大器的输出端与所述微波倍混频模块电连接，所述数字电位计与所述第一处理单元电连接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述综合模块包括：直接数字式频率合成器，所述直接数字式频率合成器的主时钟引脚接所述压控晶振，所述直接数字式频率合成器的控制位引脚接所述伺服模块。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述伺服模块包括:

选放单元，用于对所述量子鉴频信号进行选频放大；

第二处理单元，用于对选频放大后的所述量子鉴频信号和参考信号进行同步鉴相，产生电压差，根据所述电压差和频率稳定度范围计算程控增益值；

程控增益单元，用于采用所述程控增益值对所述第二处理单元产生的所述电压差进行程控放大，得到所述纠偏电压；

数模转换器，用于将所述纠偏电压作用于所述压控晶振。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第二处理单元根据以下公式计算所述程控增益值:

A≤（2+b）V1/[（2-b）U]，