[发明专利]一种铷频标的射频链

说明书

技术领域

本发明涉及微波，原子频标领域，更具体涉及一种铷频标的射频链，可广泛适用于雷达、小型化铷原子频标、可变频率源等领域。

背景技术

铷原子频标是通过光、微波与原子的双共振及锁频环路将⁸⁷Rb原子的0-0跃迁谱线的稳定性和准确性传递给本振而构成的一种被动型原子频标。

它具有较小体积，较低功耗，较好的抗恶劣环境能力，同时具有较好的指标，能满足绝大多数军用和民用工程的需要。是目前应用最为广泛的一种原子频标，占有目前原子频标市场份额的95%。它可用于预警机、战机、飞航式导弹、电子对抗、战术移动通讯网、军用时同系统、蜂窝基站、3G/4G网络、电力监控等工程领域。

铷原子频标根据单元功能可以分为量子系统和电路系统两部分。电路系统一般由射频链和伺服系统组成。被动型铷原子频标中用作量子参考的跃迁频率为6834.687…MHz（…表示尾数频率），为了实现⁸⁷Rb原子与微波场的共振，须在射频链中通过倍频、综合、混频等手段将晶体振荡器产生的本振信号转换成一个与量子参考频率相近的微波信号。与此同时为了实现微波探询功能，此微波信号上还须加一个小调频。

传统射频链一般是先将压控晶体振荡器的输出先射频倍频至90MHz或180MHz，再利用非线性器件，如晶体管、整流器、阶跃二极管，使输入信号的波形发生非线性变换，再接入带通滤波器或具有选择性的调谐放大器选出所需要的谐波（如6840MHz）实现倍频。再在末级与直接数字综合出的带方波调制的小数频率（如5.3125…MHz）进行混频，取带方波调制的下变频信号6834.687…MHz参与微波共振。传统方法基本为模拟方式实现频率变换，引入的附加相噪相对比较小，但结构复杂，且末级混频引入的频率较多，且功率损耗大，对前级射频放大的要求比较高。

目前，随着大规模集成电路的发展，锁相环（PLL）合成技术占有越来越重要的地位。通过锁相环技术可以在一个高稳定度晶振的基础上产生一些相同性能要求的频率，频率在一定范围内可调。锁相环频率合成器通过锁相环完成频率的加减乘除运算，是一种建立在相位负反馈基础上的闭环控制系统，对相位噪声和杂散有比较好的抑制作用。但是锁相环自身所固有的特性使得锁相频率合成器分辨率和转换速度之间成反比关系。

而随着信息技术的发展，频率合成技术正朝着低相位噪声和杂散，同时兼具更宽的频带和分辨率方向发展，在这种情况下，直接数字频率合成（DDS）技术发展越来越迅速和成熟。直接数字频率合成可以看成是一种高分辨率的数字分频器，它具有2个特点，一是输出频率分辨率高，其频率分辨率主要取决于频率控制字的位数，现在比较高的频率控制字位数为48位；二是输出频率可精确而快速的变换，DDS工作在数字域，无任何反馈环节，其输出频率、相位和幅度均在数字处理器控制下变换，频率转换时间主要是数字处理延时。直接数字合成技术有效的克服了锁相频率合成技术的高分辨率和快速转换时间的矛盾。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种铷频标的射频链，其结构简单，集成化程度高，功率稳定性好，具有合适的相位噪声，易于调试，功耗低，成本低廉。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种铷频标的射频链，它包括压控晶体振荡器（VCXO）、直接数字综合器（DDS）、声表面波滤波器、射频放大器、阶跃二极管（SRD）、单片机、分频器。其特征在于：直接数字综合器分别与压控晶体振荡器、声表面波滤波器相连，射频放大器分别与声表面波滤波器、阶跃二极管相连，分频器与压控晶体振荡器相连，单片机与直接数字综合器相连。

60MHz压控晶体振荡器输出分为二路：一路经过分频器后输出10MHz信号作为铷频标的输出信号；另一路作为直接数字综合器的时钟与直接数字综合器的时钟端相连接。直接数字综合器输出端与声表面波滤波器的输入端相连接，声表面波滤波器的输出端与射频放大器的输入端连接，射频放大器的输出端与阶跃二极管的输入端相连接，阶跃二极管的输出端作为本射频链的输出端连接到铷原子频标微波谐振腔，激发出量子跃迁信号。单片机的SPI接口与直接数字综合器的SPI接口连接，对直接数字综合器进行配置。