[实用新型]一种应用于CPT原子钟的微波电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及原子钟技术领域，尤其涉及一种应用于CPT原子钟的微波电路。

背景技术

原子钟用于精密的时间与频率控制，在卫星导航、定位与制导等尖端技术中有广泛的用途。传统原子钟的应用受限于体积大、功耗高，无法运用在需求小体积、低功耗的场合。发展小型化、低功耗的微型原子钟事关国家战略利益。我国正在发展二代卫星导航技术，对芯片尺度的微型原子钟将会有巨大需求。相干布局囚禁（CPT）原子钟因为其原理避免了厘米尺度的微波腔，使之微型化成为可能。近年来也成为国际科学界的研究热点。在军事用途方面，CPT原子钟以其低功耗、小体积、低造价的优势可以大面积用于车船乃至单兵定位、通讯，也可以用于低端武器系统的导航，以及在军用高性能仪器系统中替代晶振和传统小型原子钟。在民用方面，可以在某些使用传统小型原子钟和高端晶振的领域大显身手，还有望以其独有的优势开辟新的应用领域，带动相关领域的技术进步。

微波源是CPT原子钟的核心模块，是低功耗、小体积与高稳定度的决定因素。微型化CPT原子钟对微波源要求比较苛刻，主要有三个要求：频率稳定度、功耗和调谐性。可以通过将微波频率锁定在原子基态的超精细能级上以提高微型化CPT原子钟的长期稳定度，但是微型化CPT原子钟的短期稳定度主要取决于微波源的自由稳定度。现有的CPT原子钟的微波源采用恒温晶振（OCXO）或介质振荡器（DRO）作为关键部件，然而采用DRO的微波源的短期稳定度只能达到10^-9量级；而采用OCXO的微波源的功耗达到数瓦，体积也较大，不符合CPT原子钟的要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种应用于CPT原子钟的微波电路，以达到高稳定度、小体积和低功耗。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种应用于相干布局囚禁CPT原子钟的微波电路，包括：

用于接收来自CPT原子钟的物理系统的光电信号并提取该光电信号中的误差信号的控制单元；

用于根据该误差信号而生成微波信号的温度补偿晶体振荡器TCXO，与所述控制单元的误差信号输出端连接；

以及用于将该微波信号的频率调整为CPT共振频率的微波信号处理模块，与该TCXO的微波信号输出端连接。

实施时，所述控制单元为现场可编程门阵列FPGA主控芯片。

实施时，所述FPGA主控芯片，光电信号输入端通过模数转换电路与所述CPT原子钟的物理系统的光电信号输出端连接，误差信号输出端与所述TCXO的控制端连接；

所述微波信号处理模块包括：

用于对所述TCXO生成的微波信号进行合成，而生成合成频率的微波信号的直接数字合成DDS芯片，分别与所述TCXO的微波信号输出端和所述FPGA主控芯片的第一配置信号输出端连接；

以及用于对该合成频率的微波信号进行倍频，而生成所述CPT共振频率的微波信号倍频芯片，分别与所述DDS芯片的微波信号输出端和所述FPGA主控芯片的第二配置信号输出端连接。

实施时，本实用新型所述的微波电路还包括用于将来自所述FPGA主控芯片的数字误差信号转换为模拟误差信号，并将该模拟误差信号传输至所述TCXO的控制端的数模转换模块，连接于所述FPGA主控芯片与所述TCXO之间。

与现有技术相比，本实用新型所述的应用于CPT原子钟的微波电路，通过采用短期稳定度在10^-10量级、体积小并能耗低的TCXO产生微波信号，以符合稳定度高、小型化和低功耗的需求。

附图说明

图1是本实用新型所述的应用于CPT原子钟的微波电路的一实施例的结构框图；

图2是本实用新型所述的微波电路应用于的CPT原子钟的电路系统的一实施例的结构框图；

图3是本实用新型所述的应用于CPT原子钟的微波电路的另一实施例的结构框图；

图4是本实用新型所述的微波电路应用于的CPT原子钟的一实施例的结构框图；

图5是本实用新型所述的微波电路应用于的CPT原子钟的另一实施例的结构框图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种微波电路，应用于CPT原子钟，采用温度补偿性晶体振荡器（TCXO）产生微波信号，TCXO的短期稳定度一般在10^-10量级，并且TCXO的功耗比OCXO的功耗低，TCXO占用的体积也较小，因此采用了TCXO的微波电路可以使得CPT原子钟符合稳定度高、小型化和低功耗的需求。

如图1所示，本实用新型实施例所述的应用于CPT原子钟的微波电路，包括：