CPT銣原子頻標頻率變換電路的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、CPT原子頻標是新一代原子頻標，與傳統(tǒng)原子頻標相比，具有體積小、重量輕和功耗低的特點，因而被廣泛應(yīng)用于時間校準、測量、通信和導航引導、導彈控制、天文觀測和電網(wǎng)調(diào)節(jié)等諸多領(lǐng)域。被動式CPT原子頻標是利用原子間的能級躍遷后產(chǎn)生電磁誘導透明現(xiàn)象來實現(xiàn)鎖定高精度與高穩(wěn)定度的標準頻率。
　　本文研究工作主要是優(yōu)化與改進了被動型CPT銣原子頻標的伺服電路，與其它原子頻標相比最大特點是采用非整數(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，將不便于實用的微波頻率信號轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低整數(shù)標準頻率輸出，降低了噪聲與其它外部干擾，優(yōu)化精簡了電路硬件結(jié)構(gòu)易于小型化。
　　論文首先回顧了傳統(tǒng)原子頻標的發(fā)展歷史與研究進展，以及論述了新型CPT原子頻標在國內(nèi)外的研究概況與發(fā)展成果。通過構(gòu)建數(shù)學模型對CPT共振現(xiàn)象進行定量分析，并討論了被動式CPT原子頻標的物理組成結(jié)構(gòu)和工作原理，研究分析了主要參數(shù)指標，并設(shè)計了系統(tǒng)的整體方案，在此基礎(chǔ)上引入伺

3、服環(huán)路方程并對環(huán)路中的各個相關(guān)元器件的相位噪聲進行分析，重點討論了原子頻標伺服環(huán)路中影響頻率穩(wěn)定度的因素，得出了環(huán)路中影響被動式CPT銣原子頻標短期穩(wěn)定度因素的是壓控振蕩器，長期穩(wěn)定度主要由量子系統(tǒng)、倍頻器和伺服放大器決定。然后重點分析與設(shè)計了倍頻器與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)計方法能夠極大降低倍頻電路中的噪聲，提升了整個系統(tǒng)的工作性能；同時利用ADS軟件仿真設(shè)計實現(xiàn)了倍頻電路中的帶通濾波器并

4、優(yōu)化了參數(shù)指標。在鏈路當中，其中一路經(jīng)過倍頻后送入階躍恢復二極管產(chǎn)生3417MHz的微波信號，另一路倍頻輸出信號作為參考時鐘源，輸入到基于CPLD設(shè)計的DDS合成電路中，經(jīng)過窄帶濾波降噪處理后輸出固定10MHz標準頻率信號。經(jīng)過實際測試，設(shè)計的鏈路相關(guān)指標達到了期望要求。
　　最后本文在研究設(shè)計的基礎(chǔ)上，總結(jié)一些經(jīng)驗并結(jié)合這次研究工作提出了一些改進與優(yōu)化的方法，本文提出的設(shè)計方案減少了環(huán)路部件使用，實現(xiàn)了高穩(wěn)頻標信號的輸出，通過后