專利名稱：一種長短穩兼優的被動型原子頻標的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種被動型原子頻率標準，具體地說，涉及一種長短穩兼優的被動型原子頻標；可廣泛應用于導航定位、多普勒測速、合成孔徑成像、動態跟蹤等領域的被動型氫原子頻標、被動型銣原子頻標、被動型銫束原子頻標。
背景技術：
與高穩晶振相比，被動型原子頻標具有良好的長期穩定度，尤其是被動型銣原子頻標由于其體積小、重量輕、功耗低，在工程上具有十分重要的應用價值。但是由于物理機理的限制，被動型原子頻標的短穩指標不夠好，限制了它們在諸如多普勒測速、動態定位和跟蹤等工程領域的應用。
氫原子激射器雖然長、短穩均優，但是由于其體積、功耗、重量過大，限制了它在工程領域中的應用。為了獲得長、短穩兼優的原子頻標，滿足工程的實際需要，人們提出了用兩臺原子頻標組合成一臺頻標，達到長、短穩兼優目標的方法。在此方法中有把Rb激射器和被動型銣原子頻標組合成一臺頻標的方案；有把激光抽運銣原子頻標和譜燈抽運銣原子頻標組合成一臺頻標的方案。從原則上講，上述方案均可以達到長、短穩兼優的目的，但畢竟兩臺頻標組合成一臺頻標，大大增加了整機的體積、重量、功耗，限制了這些方案在工程上的應用。
發明內容
本實用新型的目的就在于克服現有技術存在的上述缺點和不足，而提供一種長短穩兼優的被動型原子頻標；在保持被動型原子頻標體積、重量、功耗、長穩優良特性的基礎上，提高整機的短穩指標，滿足工程任務對被動型原子頻標長、短穩兼優的要求。
本實用新型的目的是這樣實現的在被動型原子頻標中，量子系統本身提供一個頻率穩定、線寬較窄的原子共振吸收線。壓控石英晶體振蕩器本身短穩良好，并且隨著壓控石英晶體振蕩器研究的深入發展，它的短穩越來越好，目前商品壓控石英晶體振蕩器的秒級穩定度已達1×10-13/s，而實驗室里壓控石英晶體振蕩器的秒級穩定度已達7×0-14/s。本實用新型的技術要點在于在本裝置伺服系統中，采用了大尺度改變環路響應時間的新方案。
由圖1可知，本實用新型由射頻倍頻器1、微波倍頻器2、伺服系統3、綜合器4、控溫器5、C場恒流源6、物理系統7、壓控晶體振蕩器8、隔離放大器9、走時計數器14組成；各部件之間的連接關系是物理系統7分別與控溫器5、C場恒流源6、微波倍頻器2、伺服系統3連接；其中控溫器5為物理系統7光譜燈及吸收泡提供控溫；C場恒流源6為物理系統7提供原子共振躍遷所需的磁場；物理系統7的量子鑒頻信號送至伺服系統3，用作同步鑒相。
伺服系統3分別與綜合器4、壓控晶體振蕩器8連接；其中物理系統7的79Hz量子鑒頻信號及綜合器4的79Hz同步參考信號分別送至伺服系統3，用作同步鑒相；伺服系統3中的數模轉換器16將糾偏電壓信號送至壓控晶體振蕩器8。
隔離放大器9分別與壓控晶體振蕩器8、綜合器4、射頻倍頻器1、走時計數器14連接；其中壓控晶體振蕩器8將5MHz信號送至隔離放大器9，隔離放大器9將5MHz信號分別送至綜合器4、走時計數器14、射頻倍頻器1。
綜合器4將隔離放大器9送來的5MHz信號綜合為中心頻率5.3125MHz的79Hz調頻信號，并送至射頻倍頻器1，經微波倍頻器2得到中心頻率6.8346875GHz的79Hz調頻信號，并送至物理系統7。
微波倍頻器2分別與控溫器5、射頻倍頻器1連接。
由圖2可知，伺服系統3由79Hz選頻放大10、方波整形器11、第1鎖存驅動電路12a、第2鎖存驅動電路12b、第1鎖存器13a、第2鎖存器13b、走時計數器14、單片機15、數模轉換器16組成；各部件之間的連接關系是79Hz選頻放大10、方波整形器11、第1鎖存驅動電路12a、第1鎖存器13a、走時計數器14依次連接；79Hz選頻放大10經方波整形器11整形后送至第一鎖存驅動電路12a，驅動第1鎖存器13a記錄來自走時計數器14的時刻值。
第2鎖存驅動電路12b、第2鎖存器13b、走時計數器14依次連接；同步鑒相參考送至第2鎖存驅動電路12b，驅動第2鎖存器13b記錄來自走時計數器14的時刻值。
單片機15分別與第1鎖存驅動電路12a、第2鎖存驅動電路12b、第1鎖存器13a、第2鎖存器13b、數模轉換器16連接。其中第1鎖存驅動電路12a與第2鎖存驅動電路12b分別向單片機15發鎖存中斷信號，單片機15從第1鎖存器13a、第2鎖存器13b獲得數據，經單片機15處理后輸出給數模轉換器16。
由圖3可知，第1鎖存驅動電路12a由D觸發器19、第1鎖存器13a組成，并相互連接；具體地說，D觸發器19，其信號端與整形后79Hz鑒頻信號連接，其時鐘端與5MHz時鐘連接，其輸出端與第1鎖存器13a連接。
由圖4可知，第2鎖存驅動電路12b由D觸發器19、第2鎖存器13b組成，并相互連接；具體地說，D觸發器19，其信號端與79Hz同步參考信號連接，其時鐘端與5MHz時鐘連接，其輸出端與第2鎖存器13b連接。
由圖5可知，經物理系統7鑒頻作用，解調出的整形后79Hz量子鑒頻信號與79Hz同步鑒相信號存在相差，經伺服系統3，在單片機15中將得到帶符號的相差值，經單片機15處理后將會得到一個糾偏電壓，通過數模轉換器16傳遞給壓控晶體振蕩器8。
由此可見，本伺服系統3采用響應時間大尺度可調的新方案在獨有伺服方案中設有一在5MHz時鐘頻率驅動下的走時計數器14。來自物理系統7的79Hz量子鑒頻信號經選頻放大10和方形整波器11整形成一方波，此方波的上升沿經第1鎖存驅動電路12a驅動第1鎖存器13a，記錄此時刻對應的走時計數器14的時間值。另一路79Hz同步鑒相參考信號的上升沿經第2鎖存驅動電路12b驅動第2鎖存器13b，也記錄下與該沿時刻對應的走時計數器14的時間值。兩個鎖存驅動電路12a、12b在驅動鎖存器的同時，分別向單片機15發出中斷申請；單片機15從第1鎖存器13a與第2鎖存器13b中讀出兩個79Hz信號上升沿對應的時間值，求出二者時間差，即可得到兩個79Hz信號的相位差，運算符號表示兩信號相位超前、滯后，同相、反相的關系。依據運算得到的相位差結果和運算符號，通過數模轉換器16對壓控晶體振蕩器8作糾偏。將N次求得的兩個79Hz信號的相差值做求和算術平均，再控制壓控晶體振蕩器8，即可大尺度的調整伺服環路的響應時間，控制求和的次數N，即可控制環路響應時間的長短。
本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、在被動型原子頻率標準中，通過大尺度改變伺服的響應時間，實現了系統長、短穩兼優的目的。
2、由于是在一臺被動型原子頻率標準系統中實現長、短穩兼優的目的，所以具有重量輕、體積、功耗小的優點。
3、獨有的伺服單元可以方便地大尺度改變環路響應時間，且通過直接測量兩信號相位的方法，降低幅度噪聲及失調電壓的貢獻。
圖1為本裝置組成框圖；圖2為伺服系統3組成框圖；圖3為第1鎖存驅動電路原理圖；圖4為第2鎖存驅動電路原理圖；圖5為同步鑒相信號圖；圖6為被動型原子頻率標準長、短穩兼優實驗結果。
其中1-射頻倍頻器； 2-微波倍頻器；3-伺服系統；4-綜合器；5-控溫器； 6-C場恒流源；7-物理系統；8-壓控晶體振蕩器；9-隔離放大器； 10-79Hz選頻放大；11-方波整形器；12a-第1鎖存驅動電路； 12b-第2鎖存驅動電路；13a-第1鎖存器； 13b-第2鎖存器；14-走時計數器； 15-單片機；16-數模轉換器； 19-D觸發器；
具體實施方式
1、部件選取*79Hz選頻放大10選用OP07。
*第1鎖存器13a、第2鎖存器13b選用SN74F374*走時計數器14選用SN74F161A。
*單片機15選用AT89C52。
*數模轉換器16選用AD8122。
*D觸發器19選用SN74F74。
*方波整形器11選用MAX913。
2、實驗結果由圖6可知，在現有被動型原子頻標技術的基礎上，根據圖2所示伺服系統原理，在伺服系統3中，發明方案實驗結果實現了在被劫型原子頻標中長、短穩兼優的目標。
權利要求1.一種長短穩兼優的被動型原子頻標，由射頻倍頻器(1)、微波倍頻器(2)、伺服系統(3)、綜合器(4)、控溫器(5)、C場恒流源(6)、物理系統(7)、壓控晶體振蕩器(8)、隔離放大器(9)、走時計數器(14)組成；其特征在于伺服系統(3)由79Hz選頻放大(10)、方波整形器(11)、第1鎖存驅動電路(12a)、第2鎖存驅動電路(12b)、第1鎖存器(13a)、第2鎖存器(13b)、走時計數器(14)、單片機(15)、數模轉換器(16)組成；各部件之間的連接關系是
79Hz選頻放大(10)、方波整形器(11)、第1鎖存驅動電路(12a)、第1鎖存器(13a)、走時計數器(14)依次連接；第2鎖存驅動電路(12b)、第2鎖存器(13b)、走時計數器(14)依次連接；單片機(15)分別與第1鎖存驅動電路(12a)、第2鎖存驅動電路(12b)、第1鎖存器(13a)、第2鎖存器(13b)、數模轉換器(16)連接；所述的第1鎖存驅動電路(12a)由D觸發器(19)、第1鎖存器(13a)組成，并相互連接；即D觸發器(19)，其信號端與整形后79Hz鑒頻信號連接，其時鐘端與5MHz時鐘連接，其輸出端與第1鎖存器(13a)連接；所述的第2鎖存驅動電路(12b)由D觸發器(19)、第2鎖存器(13b)組成，并相互連接；即D觸發器(19)，其信號端與79Hz同步參考信號連接，其時鐘端與5MHz時鐘連接，其輸出端與第2鎖存器(13b)連接。
2.按權利要求1所述的一種長短穩兼優的被動型原子頻標，其特征在于79Hz選頻放大(10)選用OP07。
3.按權利要求1所述的一種長短穩兼優的被動型原子頻標，其特征在于第1鎖存器(13a)、第2鎖存器(13b)選用SN74F374。
4.按權利要求1所述的一種長短穩兼優的被動型原子頻標，其特征在于走時計數器(14)選用SN74F161A。
5.按權利要求1所述的一種長短穩兼優的被動型原子頻標，其特征在于單片機(15)選用AT89C52。
6.按權利要求1所述的一種長短穩兼優的被動型原子頻標，其特征在于數模轉換器(16)選用AD8122。
7.按權利要求1所述的一種長短穩兼優的被動型原子頻標，其特征在于D觸發器(19)選用SN74F74。
8.按權利要求1所述的一種長短穩兼優的被動型原子頻標，其特征在于方波整形器(11)選用MAX913。
專利摘要本實用新型公開了一種長短穩兼優的被動型原子頻標，涉及一種被動型原子頻率標準；由射頻倍頻器1、微波倍頻器2、伺服系統3、綜合器4、控溫器5、C場恒流源6、物理系統7、壓控晶體振蕩器8、隔離放大器9、走時計數器14組成；其中的伺服系統3由79Hz選頻放大10、方波整形器11、第1鎖存驅動電路12a、第2鎖存驅動電路12b、第1鎖存器13a、第2鎖存器13b、走時計數器14、單片機15、數模轉換器16組成。本實用新型由于是在一臺被動型原子頻率標準系統中實現長、短穩兼優的目的，所以具有重量輕、體積、功耗小的優點。可廣泛應用于導航定位、多普勒測速、合成孔徑成像、動態跟蹤等領域的被動型氫原子頻標、被動型銣原子頻標、被動型銫束原子頻標。
文檔編號H03L7/26GK2762439SQ200420111698
公開日2006年3月1日 申請日期2004年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者雷海東, 王艷, 李超, 余鈁, 金鑫, 管妮娜, 陳云啟, 左毅力, 朱熙文, 胡昌泉, 盛榮武 申請人:中國科學院武漢物理與數學研究所