面向Rb87芯片级CPT原子钟微波信号源的设计

摘要

本论文的重点是采用锁相倍频技术研究应用于Rb87芯片级CPT原子钟的微波信号源。近年来伴随着科技的发展，某些应用领域对原子频标的性能提出了新的要求，如在不牺牲原子频标稳定度的前提下，减小原子频标的体积、重量，降低其功耗等。基于CPT原理的芯片级原子钟，由于其功耗低、体积小和启动快等优点近年来受到了各国科学家的重视，并且取得了快速发展。
　　在CPT原子钟的设计中，用以激励原子基态跃迁需要特定的微波频率，所以微波信号源在CPT原子频标中占有重要的地位。除此之外，原子频标的噪声主要来自微波信号源，在小型化原子频标系统中更为突出。因此，基于芯片级原子频标的高性能微波信号源的输出信号必须具有以下特点：1、频谱纯度高；2、相位噪声低；3、杂散波得到抑制。
　　本文首先综述了原子频率标准的发展历史和研究现状，并且聚焦于Rb87CPT原子钟的发展以及面向Rb87芯片级CPT原子钟微波信号源的设计。我们采用锁相倍频技术设计了所需的特定频率，并且选择恒温补偿压控振荡器作为参考信号源，这对提高微波信号源的频率精度，降低相位噪声以及抑制杂波有极大的促进作用。在此基础上展开对锁相倍频技术的分析，重点分析了低噪声、高性能设计的要点和方法。最后进行器件的选择、电路板的设计、仿真、修改、再设计、调试，最终实现了中心频率为3.417340GHz，变化范围为654KHz，功率变化范围为-25dBm到12dBm，相位噪声在1kHz时为-65dBC/Hz，10kHz时为-88dBC/Hz，100kHz时为-119dBC/Hz，1MHz时为-140dBC/Hz的低相噪微波信号源，经过分析该微波信号源可以满足Rb87芯片级CPT原子钟的研制，这为芯片级CPT原子钟的实现奠定了坚实的基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 原子频标的发展历史和研究现状

1.2 芯片级CPT原子频标的研究现状

1.3 芯片级CPT原子钟微波信号源的研究现状[19]

1.4 本论文研究内容

第二章 CPT原子钟样机及微波信号源的设计方案

2.1 CPT原子钟样机方案[23]

2.2 CPT原理及对微波信号源的频率要求

2.3 微波信号源的设计方案

2.4 本章小结

第三章 微波信号源的仿真

3.1 基于EasyPLL软件的信号源仿真

3.2 锁相环的系统搭建

3.3 本章小结

第四章 微波信号源的设计

4.1 固定频率微波信号源的设计

4.2 可调频率微波信号源的设计

4.3 本章小结

第五章 微波信号源的测试结果及分析

5.1 锁相环的诊断

5.2 固定频率微波信号源的测试

5.3 可调频率微波信号源的测试

5.4 CPT原理实验

5.5 基于微波信号源的双边带调试

5.6 本章小结

第六章 结论及展望

附图

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢