[发明专利]低相位噪声射频频率合成电路

说明书

本发明公开了低相位噪声射频频率合成电路，包括低相噪晶振，低相噪晶振与一级信号放大器的输入端连接，一级信号放大器的输出端与一级SBD三倍频器的输入端连接，一级SBD三倍频器的输出端与二级信号放大器的输入端连接，二级信号放大器的输出端与调制器的第一输入端连接，调制器的第二输入端接入三角波，调制器的输出端与二级SBD三倍频器的输入端连接，二级SBD三倍频器的输出端与三级信号放大器的输入端连接。具有相位噪声低、谐杂波特性优良、易于调试等优点。利用这种电路可显著改善铷频标微波探寻信号的相位噪声，降低交调效应对铷频标频率稳定度的限制。

技术领域

本发明涉及铷原子频标频率综合技术领域，具体涉及低相位噪声射频频率合成电路，实现9次倍频和方波调频，利用此电路的低相位噪声特性，提高铷原子频标频率稳定度指标。

背景技术

铷原子频标是一个以物理系统为鉴频器的锁频环，将10MHz晶体振荡器频率锁定在铷原子跃迁频率上，使晶振频率具有与原子跃迁频率同样的高稳定度特性。铷原子频标采用频率综合技术将10MHz晶振信号转换为受调制的6.834GHz的微波探寻信号，馈入物理系统，激励原子体系发生共振跃迁，利用光检测、同步检波等技术对鉴频信号进行处理，得到控制10MHz晶振频率的纠偏信号，如图1所示。

频率稳定度是铷原子频标的核心指标。通常，铷频标频率稳定度由物理系统信噪比和频率综合系统相位噪声共同决定。频率综合系统相噪水平是制约频率稳定度的重要因素。频率综合系统相位噪声经物理系统转化为叠加在鉴频信号上的白频率噪声，称为交调噪声。交调噪声对频率稳定度的限制可用Allan偏差表示为：

其中v₀为载波信号的频率，f_M为调制频率，L(2nf_M)为v₀在2nf_M处相位噪声谱。

一种常见的实现方案中，铷原子频标的频率综合系统由10MHz晶振、调制器、9次倍频器、阶跃恢复二极管(SRD)76次倍频器和综合器组成。一般可忽略SRD倍频器和综合器对微波探寻信号相噪的影响。因此，频率综合系统的相噪受限于10MHz晶振、调制器和9次倍频器，将以上三部件合称为射频频率合成电路，如图1所示。传统射频频率合成方案是对10MHz晶振信号进行三角波调相(方波调频)，再利用三极管组成的差分对管电路进行两级3倍频，得到受调制的90MHz信号。该方案电路输出信号相位噪声较大，其中调制器和第一级3倍频是相噪恶化的主要部件。调制器位于10MHz晶振后级，会恶化倍频输入信号的相噪水平；第一级3倍频采用差分对管结构，若晶体管噪声系数大，会引入附加相位噪声。除此之外，该方案还有谐杂波大，调试复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供低相位噪声射频频率合成电路，具备低相位噪声、谐杂波抑制度高、易于调试等优点。利用这种电路可显著改善铷频标微波探寻信号的相位噪声，降低交调效应对铷频标频率稳定度的限制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

低相位噪声射频频率合成电路，包括低相噪晶振，低相噪晶振与一级信号放大器的输入端连接，一级信号放大器的输出端与一级SBD三倍频器的输入端连接，一级SBD三倍频器的输出端与二级信号放大器的输入端连接，二级信号放大器的输出端与调制器的第一输入端连接，调制器的第二输入端接入三角波，调制器的输出端与二级SBD三倍频器的输入端连接，二级SBD三倍频器的输出端与三级信号放大器的输入端连接。

如上所述的一级SBD三倍频器和二级SBD三倍频器均包括电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、全波桥式整流器、电容C1、电容C2和电容C3，电感L1的一端作为输入端，另一端通过电容C1接电气地并且还通过全波桥式整流器与电感L2一端连接，电感L2另一端通过电感L3接电气地，电感L2两端并联有电容C2，电感L3两端并联有电容C3。