[实用新型]一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及铷原子频标，具体涉及一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，利用此电路的超低相位噪声特性，可进一步提高铷原子频标频率稳定度指标。

背景技术

原子频标是以原子跃迁谱线为参考得到的精密时间信号输出系统，广泛应用于社会生活的诸多领域，如导航定位、守时授时、精密测量、通信技术、现代武器高精度同步等。铷原子频标因其具有体积小、重量轻、功耗低等特点，成为应用最广泛的原子频标。铷原子频标可以简单分为量子系统和电路系统，电路系统包括频率合成电路、光检测电路、同步检波器和积分滤波器。频率合成电路将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。

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υ₀为载波信号的频率，f_M为调制频率，L(2nf_M)为υ₀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。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。

另一种方案是选用10MHz低相噪压控晶体振荡器，先对其进行信号放大处理，再利用肖特基二极管(SBD)三倍频器、选频放大器得到30MHz信号，采用一种由双电调变容二极管和并联谐振网络构成的可控移相器作为调制电路，对30MHz信号进行三角波调相(方波调频)，最后再经SBD三倍频和选频放大得到受调制的90MHz输出信号。该方案利用SBD低噪声特性，并采用抬高调制载波的方式，将10MHz调制改为30MHz调制，相位噪声有了明显改善。同时，该方案的输出信号频谱谐杂波特性优良，90MHz输出频谱基本只包含90MHz的各次谐波，而10MHz信号的各次谐波均很小。此时90MHz输出频谱的相位噪声不再受限于所设计的倍频、调制和放大电路环节，而是受限于10MHz低相噪压控晶振。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递方案，具有低相位噪声、谐杂波抑制度高、易于调试等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于铷频标的超低噪声频率合成和频率传递电路，包括第一功分器，还包括频率传递模拟锁相环电路和射频频率合成电路，

频率传递模拟锁相环电包括第二信号放大器、模拟鉴相器、滤波放大器、10MHz晶振、第二功分器、SBD九次倍频器和第三信号放大器，

第二信号放大器输出端与模拟鉴相器参考输入端连接，第三信号放大器输出端与模拟鉴相器射频输入端连接，模拟鉴相器的输出端与滤波放大器输入端连接，滤波放大器的输出端与10MHz晶振的压控输入端连接，10MHz晶振的输出端与第二功分器输入端连接，第二功分器其中一路输出端与SBD九次倍频器输入端连接，第二功分器另一路输出端输出10MHz频率信号，SBD九次倍频器输出端与第三信号放大器输入端连接，

射频频率合成电路包括90MHz低相噪晶振、调制器和第一信号放大器，

90MHz低相噪晶振与第一功分器的输入端连接，第一功分器其中一路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136Hz三角波，调制器的输出端与第一信号放大器的输入端连接，第一功分器另一路输出端与第二信号放大器的输入端连接。