CPT銣原子頻標(biāo)頻率變換電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、CPT原子頻標(biāo)是新一代原子頻標(biāo)，與傳統(tǒng)原子頻標(biāo)相比，具有體積小、重量輕和功耗低的特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于時(shí)間校準(zhǔn)、測(cè)量、通信和導(dǎo)航引導(dǎo)、導(dǎo)彈控制、天文觀測(cè)和電網(wǎng)調(diào)節(jié)等諸多領(lǐng)域。被動(dòng)式CPT原子頻標(biāo)是利用原子間的能級(jí)躍遷后產(chǎn)生電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)鎖定高精度與高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻率。
　　本文研究工作主要是優(yōu)化與改進(jìn)了被動(dòng)型CPT銣原子頻標(biāo)的伺服電路，與其它原子頻標(biāo)相比最大特點(diǎn)是采用非整數(shù)晶體振蕩器代替了常用的整數(shù)晶體振蕩器（5MHZ或1

2、0MHz），在減少環(huán)路內(nèi)部器件的使用情況下，將不便于實(shí)用的微波頻率信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低整數(shù)標(biāo)準(zhǔn)頻率輸出，降低了噪聲與其它外部干擾，優(yōu)化精簡(jiǎn)了電路硬件結(jié)構(gòu)易于小型化。
　　論文首先回顧了傳統(tǒng)原子頻標(biāo)的發(fā)展歷史與研究進(jìn)展，以及論述了新型CPT原子頻標(biāo)在國(guó)內(nèi)外的研究概況與發(fā)展成果。通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型對(duì)CPT共振現(xiàn)象進(jìn)行定量分析，并討論了被動(dòng)式CPT原子頻標(biāo)的物理組成結(jié)構(gòu)和工作原理，研究分析了主要參數(shù)指標(biāo)，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體方案，在此基礎(chǔ)上引入伺

3、服環(huán)路方程并對(duì)環(huán)路中的各個(gè)相關(guān)元器件的相位噪聲進(jìn)行分析，重點(diǎn)討論了原子頻標(biāo)伺服環(huán)路中影響頻率穩(wěn)定度的因素，得出了環(huán)路中影響被動(dòng)式CPT銣原子頻標(biāo)短期穩(wěn)定度因素的是壓控振蕩器，長(zhǎng)期穩(wěn)定度主要由量子系統(tǒng)、倍頻器和伺服放大器決定。然后重點(diǎn)分析與設(shè)計(jì)了倍頻器與DDS頻率合成電路，倍頻電路采用的是低倍頻與高倍頻相結(jié)合的鏈路，這種設(shè)計(jì)方法能夠極大降低倍頻電路中的噪聲，提升了整個(gè)系統(tǒng)的工作性能；同時(shí)利用ADS軟件仿真設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了倍頻電路中的帶通濾波器并

4、優(yōu)化了參數(shù)指標(biāo)。在鏈路當(dāng)中，其中一路經(jīng)過倍頻后送入階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生3417MHz的微波信號(hào)，另一路倍頻輸出信號(hào)作為參考時(shí)鐘源，輸入到基于CPLD設(shè)計(jì)的DDS合成電路中，經(jīng)過窄帶濾波降噪處理后輸出固定10MHz標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，設(shè)計(jì)的鏈路相關(guān)指標(biāo)達(dá)到了期望要求。
　　最后本文在研究設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，總結(jié)一些經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合這次研究工作提出了一些改進(jìn)與優(yōu)化的方法，本文提出的設(shè)計(jì)方案減少了環(huán)路部件使用，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)頻標(biāo)信號(hào)的輸出，通過后