低噪声、高频谱纯度倍频器在铷频标中的设计与实现

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1、2008全同频率控制技术年会论文集低噪声、高频谱纯度倍频器在铷频标中的设计与实现杨同敏李春景(北京无线电计量测试研究所，北京100039)摘要铷原子频标以其优良的频率和时间准确度及稳定度，被广泛应用于导航、通信、守时、授时等各种领域。倍频电路是铷原子频标中的重要部件，其噪声是系统噪声的主要来源。简单介绍了push—push结构倍频器的基本原理，基于此结构提出采用尾数频率晶振直接倍频方式，并给出了具体的仿真实验电路。测试结果表明，该形式的倍频器能够有效提高信号频谱纯度，降低系统噪声，符合铷原子频标高性能、小型化的设计要求。关键词铷原子频标微波倍频器AnalysisandDesign

2、ofLowNoise、HighSpectralPurityFrequencyMultiplierforRubidiumAtomicFrequencyStandardYANGTong-minLIChunking(BeijingInstituteofRadioMetrology&Me踟ement，Beijing100039)AbstractBecauseofexcellenttimeandfrequencystability，theRuatomicfrequencystandards(RFS)havebeenusedinSOmanyrespectsasnavigation，commu

3、nication，time舰nsportandseveralfields．ThefrequencymultiplierisanimportantcomponentforRFS，whosenoiseisthemostlysourceofthewholesystem'snoise．Theprincipleofthepush-pushconfigurationisintroduced．Withmantissafrequencycrystaloscillator，themethodofdirectlymultiplyisused．Experimentalresultsshowthatpu

4、sh-pushconfigurationmultipliercanimprovespectralpurityandreducesystem'snoise，whichsatisfiestheneedsofhigh-poweredandminiaturerubidiumatomicfrequencystandard．KeywordRFSMicrowavemultiplier1引言随着现代科学技术的发展．许多科技领域中对时间频率的基准要求越来越高。除了时间频率计量外，原子频标还广泛应用于导航、通信、卫星和导弹的控制、天文观测、精密仪器校准等。而铷’原子频标本身具有低漂移、高稳定性、体积

5、小、重量轻、低功耗等特点，成为目前最广泛应用的原子频标之一。铷原子频标中倍频电路是比较关键的部件之一【121，倍频电路输出的微波信号用来激励铷原子跃迁，经量子部分鉴频得到误差信号．通过低噪放、同步检波、积分放大回控压控晶振。因此。倍频器性能优劣影响着整钟指标的好坏．直接影响到铷频标的长期稳定度。目前．国内外铷钟倍频电路主要有两种倍频方式．一种是采用IOMHz或5MHz晶振倍频至6．84GHz．然后与5．3125MHz下变频产生铷原子微波激励信号．其电路框图如图1所示。这也是目前国内铷钟倍频电路通常采用的倍频方式。另一种是采用尾数晶振直接倍频产生微波信号．该方式最大的特点就是采用尾

6、数频率晶振一铷原子跃迁频率的1／L(L为整数)可以方便简单的解决了分数频率的困扰。直接倍频方式可以提高微波频谱纯度，改善物理部分鉴频吸收线形状．因为2008全国频率控制技术年会论文集-181-铷钟所需微波信号6．8346875GHz由6．84GHz和5．3125MHz下变频得到．但混频后6．84GHz功率与其大致相等。容易引起铷钟鉴频线产生变形；另外．该倍频方式由于没有了混频，避免了由于5．3125MHz信号功率变化导致微波功率的变化。为了进一步降低倍频电路的噪声、提高频谱纯度。在倍频电路具体实现过程中我们采用push—push结构的倍频器。采用直接倍频方式，结合push—pus

7、h倍频结构设计铷原子频标倍频电路。测试结果表明：该结构的倍频电路可以有效地抑制奇次谐波．提高微波信号的频谱纯度，改善电路的相位噪声【堋。76倍顿，混频——下一．．．．．．．．．．．．．．1．．．．．一调制器9倍频5．3125MHz10MHz综合、调制信号产生’输出图1典型铷原子频标原理框图翦置放大——丁一．．．．．．．．．．．，E．．．．．．．一同步检波—4——r——一．．．．．．．．．．．．．】l：．．．．．．．一积分、相位校正网络____●-_。。。。。●●●--_--●__