CN105515583A - 一种原子钟频率与相位调整装置、频率和相位检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原子钟频率与相位调整装置，该装置包括第一隔离分配放大器、倍频器、频率综合模块、分频器、混频单元环路滤波器和高稳晶体振荡器。本发明进一步公开了一种高分辨力频率检测装置和高分辨力相位检测装置。本发明利用同源比较的方法分别对本发明所述频率与相位调整装置与HROG-5型频率和相位调整装置进行频率和相位调整后的比对，完成了高分辨力的频率和相位的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种频率和相位检测装置，特别是涉及一种原子钟频率与相位调整装置以及包含上述装置的频率和相位检测装置。
背景技术
守时***的基本设备是原子钟，虽然原子钟提供的时频基准具有非常高的频率准确度和频率稳定度，但是由于原子钟存在元件老化、环境温度变化等原因，都有长期漂移率的特性，而且守时用的原子钟一旦工作就不允许再进行调整，这样就出现了虽然守时原子钟具有优良的频率特性，但随着长时间连续运行，守时累计误差会不断增大的问题。
高精度频率与相位调整装置是守时***不可或缺的重要设备，对守时***的高精度频率与相位调整装置的频率精度与相位精度的检测是相当必要的。
由于精密频率与相位调整装置的频率偏移分辨率和相位偏移分辨力量级很小，直接测量分辨力是不可实现的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种原子钟频率与相位调整装置以及包含上述装置的频率和相位检测装置，以解决由于精密频率与相位调整装置的频率偏移分辨率和相位偏移分辨力量级很小，无法单独测量分辨力的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种原子钟频率与相位调整装置，该装置包括：
参考信号输入端；
第一隔离分配放大器，将输入的5MHz参考信号分为三路5MHz信号；
10倍倍频器，对第一路5MHz信号进行10倍倍频；
频率综合模块，基于外部的频率和相位控制信息，以10倍倍频后的第一路5MHz作为时钟，输出10MHz信号；
1/1000分频器，对频率综合模块输出的10MHz信号进行1/1000分频处理；
1/500分频器，对第三路5MHz信号进行1/500分频处理；
混频单元，将第二路5MHz信号依次与1/500分频后的第三路5MHz信号、5MHz信号和经1/1000分频后的频率综合器输出的10MHz信号混频，输出10kHz的混频信号；
环路滤波器，用于对所述10kHz的混频信号进行环路滤波处理；
高稳晶体振荡器，基于环路滤波处理后的10kHz混频信号，输出5MHz信号。
优选的，所述频率综合模块采用频率分辨力为2-48，相位分辨力为2-14的频率综合器。
优选的，所述混批单元包括：
第一混频器，用于将第二路5MHz信号与1/500分频后的第三路5MHz信号混频，输出5MHz+10kHz信号；
第二混频器，用于将5MHz+10kHz信号和外部5MHz信号混频，输出10kHz信号；
第三混频器，用于将第二混频器输出的10kHz信号与经1/1000分频后的频率综合器输出的10MHz信号混频，输出10kHz的混频信号。
优选的，该装置包括第二隔离分配放大器，用于将高稳晶体振荡器输出的5MHz信号分为三路5MHz信号输出；其中，第一路5MHz信号输入第二混频器，第二路5MHz信号输出至外部设备。
优选的，该装置包括同步模块，基于第二隔离分配放大器发出的第三路5MHz信号和1pps信号，输出可精密微调的1pps信号。
一种包含如上述原子钟频率与相位调整装置的频率检测装置，该频率检测装置包括氢原子钟、第一调整装置、第二调整装置和多通道频率测量仪；
氢原子钟分别与第一调整装置的输入端、第二调整装置的输入端和多通道频率测量仪的第一输入端连接；
第一调整装置的输出端和第二调整装置的输出端分别与多通道频率测量仪的第二输入端和第三输入端连接；
所述第一调整装置为如权利要求1所述原子钟频率与相位调整装置。
优选的，所述第二调整装置为HROG-5型频率与相位调整装置。
一种包含如上所述原子钟频率与相位调整装置的相位检测装置，该相位检测装置包括：
共视接收机，基于外部信号，发出同步的第一路1pps信号、第二路1pps信号和第三路1pps信号；
氢原子钟，基于第一路1pps信号，发出第四路1pps信号和第五路1pps信号与第四路5MHz信号和第五路5MHz信号；
第一调整装置，基于第二路1pps信号和第四路5MHz信号，输出第一路相位调整信号；
第二调整装置，基于第三路1pps信号和第五路5MHz信号，输出第二路相位调整信号；
第一时间间隔测量计数器，基于第一路相位调整信号和第四路1pps信号，获得第一时差测量值；
第二时间间隔测量计数器，基于第二路相位调整信号和第五路1pps信号，获得第二时间测量值；
所述第一调整装置为如权利要求1所述原子钟频率与相位调整装置。
优选的，所述第二调整装置为HROG-5型频率与相位调整装置。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案由于精密频率与相位调整装置的频率偏移分辨率和相位偏移分辨力量级很小，如果单独测量分辨力是不可实现的，因此采用同源比较的方法分别检测频率与相位的准确度；本方案在保证高精确度的同时，可对分辨力量级很小的频率与相位进行检测。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出本发明所述一种原子钟频率与相位调整装置的示意图；
图2示出本发明所述频率检测装置的示意图；
图3示出本发明所述相位检测装置的示意图。
附图标号
1、氢原子钟，2、第一调整装置，3、第二调整装置，4、多通道频率测量仪，5、共视接收机，6、第一时间间隔测量计数器，7、第二时间间隔测量计数器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明公开了如图1所示，本发明公开了一种原子钟频率与相位调整装置，该装置包括：用于输入5MHz信号的参考信号输入端、用于将输入的5MHz参考信号分为三路5MHz信号的第一隔离分配放大器、基于外部的频率和相位控制信息，以10倍倍频后的第一路5MHz作为时钟，输出10MHz信号的频率综合模块、将第二路5MHz信号依次与1/500分频后的第三路5MHz信号、5MHz信号和经1/1000分频后的频率综合器输出的10MHz信号混频，输出10kHz的混频信号的混频单元和基于所述10kHz混频信号，输出5MHz信号的高稳晶体振荡器。本方案中，所述频率综合模块采用频率分辨力为2-48，相位分辨力为2-14的频率综合器。所述混批单元包括：用于将第二路5MHz信号与1/500分频后的第三路5MHz信号混频，输出5MHz+10kHz信号的第一混频器、用于将5MHz+10kHz信号和外部5MHz信号混频，输出10kHz信号的第二混频器和用于将第二混频器输出的10kHz信号与经1/1000分频后的频率综合器输出的10MHz信号混频，输出10kHz的混频信号的第三混频器。本方案所述的原子钟频率与相位调整装置进一步包括：设置在第一隔离分配放大器和频率综合模块之间的10倍倍频器；设置在频率综合器和第三混频器之间的1/1000分频器；设置在第一隔离分配放大器和第一混频器之间的1/500分频器；设置在第三混频器和高稳晶体振荡器之间的环路滤波器。该装置进一步包括第二隔离分配放大器，用于将高稳晶体振荡器输出的5MHz信号分为三路5MHz信号输出；其中，第一路5MHz信号输入第二混频器，第二路5MHz信号输出至外部设备。该装置进一步包括同步模块，基于第二隔离分配放大器发出的第三路5MHz信号和1pps(1PulsePerSecond)信号，输出可精密微调的1pps信号。
第一隔离分配放大器的输入端与参考信号输入端连接，所述第一隔离分配放大器的第一输出端通过10倍倍频器与频率综合器的输入端连接，频率综合器通过控制信号输入端接收外部设备发出的频率和相位控制信息，所述频率综合器的输出端通过1/1000分频器与第三混频器的第一输入端连接；所述第一隔离分配放大器的第二输出端与第二混频器的第一输入端连接，所述第一隔离分配放大器的第三输出端通过1/500分频器与第一混频器的第二输入端连接，第一混频器的输出端与第二混频器的第一输入端连接，第二混频器的输出端与第三混频器的第二输入端连接；第三混频器的输出端通过环路滤波器与高稳晶体振荡器的压控端连接，高温晶体振荡器的输出端与第二隔离分配放大器的输入端连接，第二隔离分配放大器的第一输出端与第二混频器的第二输入端连接，第二隔离分配放大器的第二输出端输出5MHz信号，第二隔离分配放大器的第三输出端与同步模块连接，同步模块基于1pps参考信号和第二隔离分配放大器的第三路5MHz信号输出高精度可调的1pps信号。
外部5MHz参考信号通过参考信号输入端输入装置，该参考信号经过第一隔离分配放大器后输出第一路5MHz信号、第二路5MHz信号和第三路5MHz信号。第一路5MHz信号经低噪声10倍频后输出50MHz信号，用此信号作为频率综合器的时钟。通过程序控制频率综合器输出10MHz信号，该信号再经过1/1000分频后输出信号。其中，频率综合器的频率分辨力为2-48，相位分辨力为2-14。第三路5MHz信号经1/500分频后输出10kHz信号，与第二路5MHz信号混频得到5MHz+10kHz信号，该5MHz+10kHz信号与第二隔离分配放大器输出的一路5MHz信号混频得到10kHz信号，得到的这个10kHz信号与经1/1000分频的频率综合器输出的10MHz信号混频，获得10kHz混频信号，这个10kHz混频信号经环路滤波器后输出至高稳晶振的压控端。5MHz高稳晶体振荡器输出的信号经第二隔离分配放大器分配放大后输出第一路5MHz信号、第二路5MHz信号和第三路5MHz信号，其中一路信号作为第二混频器的混频信号，用于锁相环路，另两路信号作为最终的输出信号和用于产生1PPS信号。基于上述方案，通过改变频率综合器的频率控制字实现了原子钟输出信号的精密微调，通过1/1000分频有效地完成了1000倍的频差倍增，提高了***的分辨力。
如图2所示，本发明进一步公开了一种包含上述原子钟频率与相位调整装置的频率检测装置，该检测装置包括原子钟1、第一调整装置2、第二调整装置3和多通道频率测量仪4；氢原子钟1分别与第一调整装置2的输入端、第二调整装置3的输入端和多通道频率测量仪4的第一输入端连接；第一调整装置2的输出端和第二调整装置3的输出端分别与多通道频率测量仪4的第二输入端和第三输入端连接；所述第一调整装置2为如上所述原子钟频率与相位调整装置。所述第二调整装置3为美国SDI公司的HROG-5型精密频率与相位调整装置。本方案中，氢原子钟1作为***的频率基准，用来产生5MHz的基准频率信号；如上所述的原子钟频率与相位调整装置和美国SDI公司的HROG-5型精密频率与相位调整装置分别用来对基准频率信号进行相应的调整；多通道频率检测仪用来对调整后的两路信号与基准信号，进行两两的比对。
如图3所示，本发明进一步公开了一种包含上述原子钟频率与相位调整装置的相位检测装置，该相位检测装置包括：共视接收机5、氢原子钟1、第一调整装置2、第二调整装置3、第一时间间隔测量计数器6和第二时间间隔测量计数器7；共视接收机5基于外部信号，发出同步的第一路1pps信号、第二路1pps信号和第三路1pps信号；氢原子钟1基于第一路1pps信号，发出第四路1pps信号和第五路1pps信号与第四路5MHz信号和第五路5MHz信号；第一调整装置2基于第二路1pps信号和第四路5MHz信号，输出第一路相位调整信号；第二调整装置3基于第三路1pps信号和第五路5MHz信号，输出第二路相位调整信号；第一时间间隔测量计数器6基于第一路相位调整信号和第四路1pps信号，获得第一时差测量值；第二时间间隔测量计数器7基于第二路相位调整信号和第五路1pps信号，获得第二时间测量值。所述第一调整装置2为如上所述原子钟频率与相位调整装置；所述第二调整装置3为美国SDI公司的HROG-5型精密频率与相位调整装置。本方案中，氢原子钟产生的5MHz分别给HROG-5和精密频率与相位调整装置作为时钟信号，使其各自产生1PPS；共视接收机用来产生参考的1PPS信号；自研精密频率与相位调整装置和美国SDI公司的HROG-5型精密频率与相位调整装置分别将共视接收产生的参考1PPS信号作为参考输入，并进行相应的相位调整后输出；时间间隔测量计数器用来对调整后的两路1PPS，分别单独的与经过氢原子钟同步后的1PPS信号进行时差测量。
下面通过一组实例对本发明作进一步说明。
如图2所示。采用同源比较的方法测量准确度：首先将守时氢钟作为频率基准，其5MHz频率信号作为HROG-5的输入，其按照国际比对结果正常调整(调整量已知)；另一路5MHz信号作为精密频率与相位调整装置的输入信号，同样将国际比对结果的调整量对精密频率与相位装置进行调整，第三路是未经调整的氢钟5MHz信号。上述三路信号同时进入多通道频率比对仪Timetech公司多通道频率测量仪10265进行测试，通过长时间比对，可以验证精密频率与相位调整装置的频率调整量与进口设备HROG-5是否一致，以及与未调整的5MHz信号的关系是否正确。
如图3所示。相位调整的验证方法与频率调整类似，氢钟的5MHz分别给HROG-5和精密频率与相位调整装置作为时钟信号，各产生1PPS，将国际时间比对结果调整量输入HROG-5，调整后的1PPS与时间传递接收机的1PPS使用时间间隔计数器测量时差；精密频率与相位调整装置的1PPS首先粗同步于时间传递接收机，然后同样将调整结果输入精密频率与相位调整装置，调整后的1PPS与时间传递接收机的1PPS使用时间间隔计数器测量时差，观察两个时差测量结果是否变化的方向与量级一致，可以判断相位调整量是否正确。同样，在测量前，需要将线缆等进行校准，以便在最后测量结果中将测量引入的误差扣除。
通过上述两种验证方法，可以评价精密频率与相位调整装置的指标。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种原子钟频率与相位调整装置，其特征在于，该装置包括：
参考信号输入端；
第一隔离分配放大器，将输入的5MHz参考信号分为三路5MHz信号；
10倍倍频器，对第一路5MHz信号进行10倍倍频；
频率综合模块，基于外部的频率和相位控制信息，以10倍倍频后的第一路5MHz作为时钟，输出10MHz信号；
1/1000分频器，对频率综合模块输出的10MHz信号进行1/1000分频处理；
1/500分频器，对第三路5MHz信号进行1/500分频处理；
混频单元，将第二路5MHz信号依次与1/500分频后的第三路5MHz信号、5MHz信号和经1/1000分频后的频率综合器输出的10MHz信号混频，输出10kHz的混频信号；
环路滤波器，用于对所述10kHz的混频信号进行环路滤波处理；
高稳晶体振荡器，基于环路滤波处理后的10kHz混频信号，输出5MHz信号。
2.根据权利要求1所述的原子钟频率与相位调整装置，其特征在于，所述频率综合模块采用频率分辨力为2-48，相位分辨力为2-14的频率综合器。
3.根据权利要求1所述的原子钟频率与相位调整装置，其特征在于，所述混批单元包括：
第一混频器，用于将第二路5MHz信号与1/500分频后的第三路5MHz信号混频，输出5MHz+10kHz信号；
第二混频器，用于将5MHz+10kHz信号和外部5MHz信号混频，输出10kHz信号；
第三混频器，用于将第二混频器输出的10kHz信号与经1/1000分频后的频率综合器输出的10MHz信号混频，输出10kHz的混频信号。
4.根据权利要求3所述的原子钟频率与相位调整装置，其特征在于，该装置包括第二隔离分配放大器，用于将高稳晶体振荡器输出的5MHz信号分为三路5MHz信号输出；其中，第一路5MHz信号输入第二混频器，第二路5MHz信号输出至外部设备。
5.根据权利要求4所述的原子钟频率与相位调整装置，其特征在于，该装置包括同步模块，基于第二隔离分配放大器发出的第三路5MHz信号和1pps信号，输出可精密微调的1pps信号。
6.一种包含如权利要求1所述原子钟频率与相位调整装置的频率检测装置，其特征在于，该频率检测装置包括氢原子钟、第一调整装置、第二调整装置和多通道频率测量仪；
氢原子钟分别与第一调整装置的输入端、第二调整装置的输入端和多通道频率测量仪的第一输入端连接；
第一调整装置的输出端和第二调整装置的输出端分别与多通道频率测量仪的第二输入端和第三输入端连接；
所述第一调整装置为如权利要求1所述原子钟频率与相位调整装置。
7.根据权利要求6所述的频率检测装置，其特征在于，所述第二调整装置为HROG-5型频率与相位调整装置。
8.一种包含如权利要求1所述原子钟频率与相位调整装置的相位检测装置，其特征在于，该相位检测装置包括：
共视接收机，基于外部信号，发出同步的第一路1pps信号、第二路1pps信号和第三路1pps信号；
氢原子钟，基于第一路1pps信号，发出第四路1pps信号和第五路1pps信号与第四路5MHz信号和第五路5MHz信号；
第一调整装置，基于第二路1pps信号和第四路5MHz信号，输出第一路相位调整信号；
第二调整装置，基于第三路1pps信号和第五路5MHz信号，输出第二路相位调整信号；
第一时间间隔测量计数器，基于第一路相位调整信号和第四路1pps信号，获得第一时差测量值；
第二时间间隔测量计数器，基于第二路相位调整信号和第五路1pps信号，获得第二时间测量值；
所述第一调整装置为如权利要求1所述原子钟频率与相位调整装置。
9.根据权利要求8所述的频率检测装置，其特征在于，所述第二调整装置为HROG-5型频率与相位调整装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160420 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |