[发明专利]一种用于被动型氢钟的控制方法及控制电路

权利要求书

1.一种用于被动型氢钟的控制方法，晶振环路和腔体环路的微波探测信号是分时馈入到微波谐振腔内的；该方法包括如下步骤：

在晶振环路中，将10MHz晶振的频率锁定在氢脉泽的谱线上；

在腔体环路中，将微波谐振腔的频率锁定在10MHz的晶振上；

把两个高准确度、对称分布在氢原子跃迁谱线中心频率两侧不同频率的微波信号，交替地馈入到微波谐振腔中，在微波场与氢原子相互作用下给出了两个相邻半周期的检测信号，通过直接比较这两个信号强度，其差异量作为晶振误差信号用以改变晶振的控制量来锁定晶振的频率；

把两个高准确度、对称分布在微波谐振腔响应曲线中心频率两侧不同频率的微波信号，交替地馈入到微波谐振腔中，在微波场与微波谐振腔响应曲线相互作用下给出了两个相邻半周期的检测信号，通过直接比较这两个信号强度，其差异量作为腔体误差信号用来改变坐落在微波谐振腔内的变容二极管上的电压控制量使微波谐振腔频率锁定在10MHz晶振上。

2.如权利要求1所述的一种用于被动型氢钟的控制方法，其特征在于，将所述晶振误差信号和腔体误差信号经过控制算法计算得到晶振和微波谐振腔变容二极管的控制电压，最终输出锁定晶振和微波谐振腔的频率；在整个过程中，腔体环路周期内一直是按照控制算法来锁定微波谐振腔的频率的，而晶振环路周期是要先经过一个预锁定过程后再按照控制算法来锁定的，在腔体环路周期和晶振环路周期的每次转换处，将前几次的晶振误差信号和腔体误差信号舍弃，不对晶振和变容二极管作修正。

3.一种实现如权利要求1或2所述方法的控制电路，其特征在于，包括探测信号产生电路和信号处理电路；

所述探测信号产生电路包括：

时序信号发生器，接收一时钟信号并生成比率信号、调制信号和消隐信号；

跳频信号发生器，接收所述时钟信号以及来自时序信号发生器的调制信号；

开关，接收来自时序信号发生器的比率信号以及来自跳频信号发生器的输出信号；

频率倍频器，接收所述时钟信号；

所述开关的输出信号以及频率倍频器的输出信号经混频后得到探测信号，周期性地送至微波谐振腔；

所述信号处理电路包括：

本地振荡器；

包络检波器，接收经放大的探测信号和来自本地振荡器的信号混和放大成的中频信号；

分离电路，接收来自包络检波器的输出信号以及所述比率信号，提取出误差检测信号；

数字伺服电路，接收所述消隐信号、比率信号以及来自分离电路的误差检测信号，将计算得到的实际电压控制量发送到10MHz晶振和坐落在微波谐振腔上的变容二极管压控端上。

4.如权利要求3所述的一种用于被动型氢钟的控制电路，其特征在于，所述时钟信号由一个10MHz晶振产生，该10MHz晶振接收所述实际电压控制量。

5.如权利要求4所述的一种用于被动型氢钟的控制电路，其特征在于，所述跳频信号发生器是两个开关综合器，该两个开关综合器均交替输出频率为20.405751MHz+f_m和20.405751MHz-f_m的信号，其中f_m为系统的调频幅度，在晶振环路和腔体环路中f_m为不同的值，其大小取决于氢原子跃迁谱线和微波谐振腔响应曲线的带宽。

6.如权利要求5所述的一种用于被动型氢钟的控制电路，其特征在于，所述开关综合器包括数字鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；数字鉴相器对压控振荡器输出的20.405751MHz±f_m信号分频到2.5MHz之后和原子钟的10MHz信号分频到2.5MHz的频率进行鉴相；所述开关综合器在方波调制信号的控制下周期地改变分频系数，从而交替输出频率为20.405751MHz+f_m和20.405751MHz-f_m的信号。

7.如权利要求4所述的一种用于被动型氢钟的控制电路，其特征在于，所述跳频信号发生器包括一个直接数字频率合成器和一个单片机；所述单片机在比率信号的控制下，对直接数字频率合成器芯片内的寄存器分时地置入控制数，而将调制信号接到直接数字频率合成器芯片的FSK输入端。

8.如权利要求7所述的一种用于被动型氢钟的控制电路，其特征在于，所述单片机为89C52型单片机，所述直接数字频率合成器为AD9852型直接数字频率合成器。