JPS6156514A - 原子発振器用電圧制御発振器 - Google Patents
原子発振器用電圧制御発振器Info
- Publication number
- JPS6156514A JPS6156514A JP15662984A JP15662984A JPS6156514A JP S6156514 A JPS6156514 A JP S6156514A JP 15662984 A JP15662984 A JP 15662984A JP 15662984 A JP15662984 A JP 15662984A JP S6156514 A JPS6156514 A JP S6156514A
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- Japan
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- frequency
- oscillator
- voltage
- atomic
- crystal
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は通イ８機器や計測機器等の周波数標準に使用さ
れる原子発振器用の電圧制御発振器の改良に関する。
れる原子発振器用の電圧制御発振器の改良に関する。
原子共鳴周波数を基準として電圧制御水晶発振器を１ｕ
制御させてなる原子発振器は周波数安定度が晶＜、各種
機器の周波数標準に使用されている。
制御させてなる原子発振器は周波数安定度が晶＜、各種
機器の周波数標準に使用されている。
以下、ルビジウム原子発振器を例にとり当該原子発振器
について説明をする。
について説明をする。
第２図は原子発振器の構成を示すブロック図である。図
中、１は原子共鳴器、２はラングセル。
中、１は原子共鳴器、２はラングセル。
３は共鳴セル、４はキャビティ、５は検出器、６はラン
プ励振器、７はサーボ回路、８は低周波発振器、９は逓
倍合成回路、１０は電圧制御水晶発振器（以下ｖＣＯと
称す）、１１は水晶振動子（以下水晶と称す）を示す。
プ励振器、７はサーボ回路、８は低周波発振器、９は逓
倍合成回路、１０は電圧制御水晶発振器（以下ｖＣＯと
称す）、１１は水晶振動子（以下水晶と称す）を示す。
第３図は原子共鳴器の出力特性図である。図で縦軸は原
子共鳴器の直流出力電圧、横軸は前記電圧制御水晶発振
器出力を逓倍合成回路９により逓倍合成して得られるマ
イクロ波信号周波数、７ａは原子共鳴周波数を示す。
子共鳴器の直流出力電圧、横軸は前記電圧制御水晶発振
器出力を逓倍合成回路９により逓倍合成して得られるマ
イクロ波信号周波数、７ａは原子共鳴周波数を示す。
第２図において、ｖＣＯｌｏの出力は逓倍合成回路９に
て逓倍され、更に低周波発振器８０周波数ｆｍで位相変
調され、マイクマ波信号としてキャビティ４に入力され
る。
て逓倍され、更に低周波発振器８０周波数ｆｍで位相変
調され、マイクマ波信号としてキャビティ４に入力され
る。
一方、ランプセル２のルビジウムはランプ励振器６の励
振により発光し、その光は共鳴セル３に照射される。こ
れによシ共鳴セル３のルビジウムはランプ光によりボン
ピングされる一方、入力マイクα波により誘導放出（原
子共、鳴）を起こし再びランプ光を吸収する。
振により発光し、その光は共鳴セル３に照射される。こ
れによシ共鳴セル３のルビジウムはランプ光によりボン
ピングされる一方、入力マイクα波により誘導放出（原
子共、鳴）を起こし再びランプ光を吸収する。
即ち、マイクロ波信号周波数ｆ０が原子共鳴周波数に一
致した時、共鳴セル３内のルビジウムが最も強くランプ
光を吸収するため検出器の直流出力は第３図に示す如き
極小値をとる。
致した時、共鳴セル３内のルビジウムが最も強くランプ
光を吸収するため検出器の直流出力は第３図に示す如き
極小値をとる。
従って、マイクロ波周波数が原子共鳴周波数に一致した
ときの原子共鳴器の交流出力は第３図の■（周波数２ｆ
ｍ）とがる。
ときの原子共鳴器の交流出力は第３図の■（周波数２ｆ
ｍ）とがる。
また、マイクロ波周波数がＩｏよシ高い場合、或いは低
い場合に検出される交流成分は夫々第３図■及び■に示
す波形となる。この場合波形■と■とは位相が１８０°
異なっている。
い場合に検出される交流成分は夫々第３図■及び■に示
す波形となる。この場合波形■と■とは位相が１８０°
異なっている。
上記交流信号■〜■はサーボ回路７で、低周波発振器８
の周波数ｆｍと同期整流されｖＣＯの制御電圧に変換さ
れ、ＶＣＯｌｏを制御する。この場合、サーボ回路７に
て、周波数２ｆｍの成分を検出することによりＶＣＯｘ
Ｏの周波数はＪ子共鳴周波数と一致していることが判る
。
の周波数ｆｍと同期整流されｖＣＯの制御電圧に変換さ
れ、ＶＣＯｌｏを制御する。この場合、サーボ回路７に
て、周波数２ｆｍの成分を検出することによりＶＣＯｘ
Ｏの周波数はＪ子共鳴周波数と一致していることが判る
。
上記のＶＣ０１０４逓倍合成回路９→キャビティ４→共
鳴セル→検出器５→サ一ボ回路７０制御ループを構成す
ることＫよシ、ＶＣＯｌｏをルビジウムの原子共鳴周波
数に引込み、ｖＣＯｌｏの周波数を非常に安定度の高い
ルビジウムの原子共鳴周波数の安定度まで安定化するこ
とができる。
鳴セル→検出器５→サ一ボ回路７０制御ループを構成す
ることＫよシ、ＶＣＯｌｏをルビジウムの原子共鳴周波
数に引込み、ｖＣＯｌｏの周波数を非常に安定度の高い
ルビジウムの原子共鳴周波数の安定度まで安定化するこ
とができる。
このような構成をもつ原子発振器において被制御電圧制
御水晶発振器の所要性能は原子共鳴によるランプ光の吸
収特性（第３図参照）に依り決まるＯ すなわち、原子発振器ではこの吸収特性を利用ブ してサーボ回−をよシ、被制御水晶発振Ａ制御電圧をつ
くっているため、原子発振器を正常に動作させるために
はいかなる条件においても入力マイクロ波周波数がこの
吸収特性の範囲内（第３図のＦ）に常に入りている必要
がある。この吸収特性の周波数幅は約８００Ｈｚでちシ
、これをマイクロ波周波数の発生源である水晶発振器の
周波数安定度に換算すると約ｌＸｌ０’程度に相当する
。
御水晶発振器の所要性能は原子共鳴によるランプ光の吸
収特性（第３図参照）に依り決まるＯ すなわち、原子発振器ではこの吸収特性を利用ブ してサーボ回−をよシ、被制御水晶発振Ａ制御電圧をつ
くっているため、原子発振器を正常に動作させるために
はいかなる条件においても入力マイクロ波周波数がこの
吸収特性の範囲内（第３図のＦ）に常に入りている必要
がある。この吸収特性の周波数幅は約８００Ｈｚでちシ
、これをマイクロ波周波数の発生源である水晶発振器の
周波数安定度に換算すると約ｌＸｌ０’程度に相当する
。
このため従来は高安定電圧制御水晶発振器を用いていた
。
。
しかるに原子発振器の小型化を口る場合、従来の如き比
較的容積の大きい高安定水晶発振器の原子発振器全体に
占めるスペースが無視出来なくなり、したがって役も重
要な重子である水晶振動子も含め、被制御発振器自体を
小型化する必要が生じる。一般に水晶振動子は小ｒｌ化
すればする程周波数安定度が劣化する傾向にちるから線
制御水晶発振器としての周波数安定度も劣化する。この
ような小型化水晶発振器の特性のうち、温度特性、再現
性等はそれなシの工夫により改善できるが、周波数経時
変化いわゆるエージング特性はどうしようもない。この
ためループの自動制御をいつも完全に維持するためには
、ループ制御が可能な範囲内に常に水晶発振２羽の周波
数が入るよう水晶発振器の周波数絶対値を定期的Ｋ ？
Ａｇする手段が増々不可欠となる。またこの調整は外部
から簡単に行なえる場所に配置する必要がある。
較的容積の大きい高安定水晶発振器の原子発振器全体に
占めるスペースが無視出来なくなり、したがって役も重
要な重子である水晶振動子も含め、被制御発振器自体を
小型化する必要が生じる。一般に水晶振動子は小ｒｌ化
すればする程周波数安定度が劣化する傾向にちるから線
制御水晶発振器としての周波数安定度も劣化する。この
ような小型化水晶発振器の特性のうち、温度特性、再現
性等はそれなシの工夫により改善できるが、周波数経時
変化いわゆるエージング特性はどうしようもない。この
ためループの自動制御をいつも完全に維持するためには
、ループ制御が可能な範囲内に常に水晶発振２羽の周波
数が入るよう水晶発振器の周波数絶対値を定期的Ｋ ？
Ａｇする手段が増々不可欠となる。またこの調整は外部
から簡単に行なえる場所に配置する必要がある。
従来、上記ＶＣＯの発温周波数のＡＪＩはトリマコンデ
ンサによシ行なっている。
ンサによシ行なっている。
第４図は従来例の原子発振器の構成を示すブロック図で
ある。なお全図を通じ同一符号は同一物を示し、図中、
１２はトリマコンデンサ、１３は可変容量素子（以下、
可変容量ダイオードと称す）を示す。
ある。なお全図を通じ同一符号は同一物を示し、図中、
１２はトリマコンデンサ、１３は可変容量素子（以下、
可変容量ダイオードと称す）を示す。
ｗｃ４図において、原子共鳴器の出力信号はサーボ回路
７で処理されＶＣＯＩＧを制御するための直流電圧に変
換される。正常動作時（閉ループ時）変化し、この変化
によυ■ＣＯ出力周出力周波数子発振器出力周波数が常
に一定になるように制御される。
７で処理されＶＣＯＩＧを制御するための直流電圧に変
換される。正常動作時（閉ループ時）変化し、この変化
によυ■ＣＯ出力周出力周波数子発振器出力周波数が常
に一定になるように制御される。
したがって、■００１０が原子共鳴に引き込まれるため
には、ＶＣＯＩＯ周波数を逓倍合成した周波数の電圧に
よる周波数可変幅が第４図のＦよシ広このためｖＣＯ周
波数を逓倍合成した周波数の電圧による周波数可変幅が
常ＫＦを含む範囲となるようｖＣＯ周波数をトリマコン
デンサによって調整している。そしてこの周波Ｉ！調整
用トリマコンデンサ１２は、水晶１１の近傍に配置され
、調整用ドライく（等が挿入出来る構造になっている。
には、ＶＣＯＩＯ周波数を逓倍合成した周波数の電圧に
よる周波数可変幅が第４図のＦよシ広このためｖＣＯ周
波数を逓倍合成した周波数の電圧による周波数可変幅が
常ＫＦを含む範囲となるようｖＣＯ周波数をトリマコン
デンサによって調整している。そしてこの周波Ｉ！調整
用トリマコンデンサ１２は、水晶１１の近傍に配置され
、調整用ドライく（等が挿入出来る構造になっている。
しかし乍ら、以上説明した如く、ＶＣＯの水晶のエージ
ング特性を補償する周波数調整用のトリマコンデンサは
水晶の近くに配置せねば洩らず、かつ人間が外部よシ調
整用ドライバ等で調整可能でなければならない。従って
トリマコンデンサの取付場所が制限される問題点が生ず
る。
ング特性を補償する周波数調整用のトリマコンデンサは
水晶の近くに配置せねば洩らず、かつ人間が外部よシ調
整用ドライバ等で調整可能でなければならない。従って
トリマコンデンサの取付場所が制限される問題点が生ず
る。
上記問題点は原子発振器用電圧制御発振器において、原
子共鳴周波数に対応した周波数と電圧制御発振器の出力
周波数との周波数差に相当する誤差電圧が印加される第
１の可変量素子と、該電圧制御発振器周波数を調整する
ために別途周波数調整用直流電圧の印加される第２の可
変容量素子を備えた本発明の原子発振器用電圧制御発振
器によって解決される。
子共鳴周波数に対応した周波数と電圧制御発振器の出力
周波数との周波数差に相当する誤差電圧が印加される第
１の可変量素子と、該電圧制御発振器周波数を調整する
ために別途周波数調整用直流電圧の印加される第２の可
変容量素子を備えた本発明の原子発振器用電圧制御発振
器によって解決される。
本発明によれば、ＶＣＯの周波数を水晶及び第１−ドの
印加電圧を変えることによりて調整することが出来るの
で、取付場所の制限は著しく軽減される。
印加電圧を変えることによりて調整することが出来るの
で、取付場所の制限は著しく軽減される。
以下図に従りて本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の原子発振器の構成を示すブロック図で
ある。図中、１４は周波数調整用の可変容量ダイオード
、１５はＶＣｏ、１６はリード線。
ある。図中、１４は周波数調整用の可変容量ダイオード
、１５はＶＣｏ、１６はリード線。
几Ｌｎ２Ｒ４Ｒ４は高抵抗、ＣＩ、Ｃ２は可変容量ダイ
オード１ａ１４の容量、Ｃ３１Ｃ４はバイパスコンデン
サ、ＢＹは可変抵抗、Ｍｌは可変抵抗Ｒ，Ｖによって作
られる電圧を示す。
オード１ａ１４の容量、Ｃ３１Ｃ４はバイパスコンデン
サ、ＢＹは可変抵抗、Ｍｌは可変抵抗Ｒ，Ｖによって作
られる電圧を示す。
第１図の原子発振器の基本的動作は従来の場合と同じで
ある。
ある。
上記の構成において、ｖＣＯ１５の水晶ｔ１と可変容量
ダイオード１３に直列に可変容量ダイオード１４を接続
し、この可変容量ダイオード１４の容量を制御する直流
印加電圧は、任意の場所に設置した可変抵抗比■の電圧
ｖ１をリード線１６を介して供給される。
ダイオード１３に直列に可変容量ダイオード１４を接続
し、この可変容量ダイオード１４の容量を制御する直流
印加電圧は、任意の場所に設置した可変抵抗比■の電圧
ｖ１をリード線１６を介して供給される。
いま、水晶１１の周波数がエージング特性によシ変化し
、ｖ００１５の周波数が第３図のＨになったとき、可変
抵抗Ｒｖを可変して可変容量ダイオード１４にかかる直
流電圧を変化させ容量Ｃ２を０２’に変化し一’ｃｖｃ
ｏｔｓの周波ａｔ”、ｖＣＯ周波数を逓倍合成したマイ
クロ波周波数が笥３図のＧとなるよう移動させる〇 かくして、ＶＣＯ１５は再び原子共鳴周波数を引込まれ
安定な周波数を出力する。
、ｖ００１５の周波数が第３図のＨになったとき、可変
抵抗Ｒｖを可変して可変容量ダイオード１４にかかる直
流電圧を変化させ容量Ｃ２を０２’に変化し一’ｃｖｃ
ｏｔｓの周波ａｔ”、ｖＣＯ周波数を逓倍合成したマイ
クロ波周波数が笥３図のＧとなるよう移動させる〇 かくして、ＶＣＯ１５は再び原子共鳴周波数を引込まれ
安定な周波数を出力する。
この場合、周波数ｖＩＩ整用の可変容借ダイオード１４
は水晶１１の近くに配置しなければならないが、この可
変答全ダイオード１４の容量をｍｌＪ御するためには印
加直流電圧を可変することで可能であり、この直流電圧
を伝導するリード線は長くなってもＶＣ０１５に影響を
及ぼすことがないので可変抵抗比Ｖの取付位置は任意の
場所でよく、可変容量ダイオード１４の取付場所の制限
は著しく軽減される。
は水晶１１の近くに配置しなければならないが、この可
変答全ダイオード１４の容量をｍｌＪ御するためには印
加直流電圧を可変することで可能であり、この直流電圧
を伝導するリード線は長くなってもＶＣ０１５に影響を
及ぼすことがないので可変抵抗比Ｖの取付位置は任意の
場所でよく、可変容量ダイオード１４の取付場所の制限
は著しく軽減される。
以上詳細に説明した如く、本発明によれば水晶のエージ
ング特性を補償する調整手段の取付場所の制限を著しく
軽減出来る効果がある。
ング特性を補償する調整手段の取付場所の制限を著しく
軽減出来る効果がある。
第１図は本発明を適用した原子発振器の一実施例の構成
を示すプ四ツク図、第２図は原子発振器の概要図、第３
図は原子共鳴器の出力特性図、第４図は従来の原子発振
器の構成を示すブロック図である。 図において、１は原子共鳴器、２はランプセル。 ３は共鳴上ル、４はキャビティ、５は検出器、６は乏ン
プ励振器、７はサーボ回路１８は低周波発振器、９は逓
信合成回路、１０は電圧制御発振器ｍＷ（ＶＣＯ）、１
０’は発振回路、１１は水晶、１２ハトリマコンデンサ
、１３．１４は可変容量ダイオード、１５はｖＣＯを示
す。 嘉３打
を示すプ四ツク図、第２図は原子発振器の概要図、第３
図は原子共鳴器の出力特性図、第４図は従来の原子発振
器の構成を示すブロック図である。 図において、１は原子共鳴器、２はランプセル。 ３は共鳴上ル、４はキャビティ、５は検出器、６は乏ン
プ励振器、７はサーボ回路１８は低周波発振器、９は逓
信合成回路、１０は電圧制御発振器ｍＷ（ＶＣＯ）、１
０’は発振回路、１１は水晶、１２ハトリマコンデンサ
、１３．１４は可変容量ダイオード、１５はｖＣＯを示
す。 嘉３打
Claims (1)
- 原子発振器用電圧制御発振器において、原子共鳴周波数
に対応した局波数と電圧制御発振器の出力周波数との周
波数差に相当する誤差電圧が印加される第１の可変容量
素子と、該電圧制御発振器周波数を調整するために別途
周波数調整用直流電圧の印加される第２の可変容量素子
を備えたことを特徴とする原子発振器用電圧制御発振器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15662984A JPS6156514A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 原子発振器用電圧制御発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15662984A JPS6156514A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 原子発振器用電圧制御発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6156514A true JPS6156514A (ja) | 1986-03-22 |
Family
ID=15631868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15662984A Pending JPS6156514A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 原子発振器用電圧制御発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6156514A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6428577A (en) * | 1987-04-30 | 1989-01-31 | Texas Instruments Inc | Helium magnetic force meter |
| US5138380A (en) * | 1988-03-22 | 1992-08-11 | Hitachi Ltd. | Electrostatic recording apparatus, method of controlling the apparatus, and method of evaluating life of photoconductive member of electrostatic recording apparatus |
| US6172576B1 (en) | 1998-04-02 | 2001-01-09 | Seiko Epson Corporation | Capacitor array unit connected to oscillation circuit with a piezoelectric reasonator, capacitor array unit controller oscillation frequency adjusting system and oscillation frequency adjusting method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613833A (en) * | 1979-07-13 | 1981-02-10 | Seiko Epson Corp | Atom frequency standard device |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP15662984A patent/JPS6156514A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5613833A (en) * | 1979-07-13 | 1981-02-10 | Seiko Epson Corp | Atom frequency standard device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5138380A (en) * | 1988-03-22 | 1992-08-11 | Hitachi Ltd. | Electrostatic recording apparatus, method of controlling the apparatus, and method of evaluating life of photoconductive member of electrostatic recording apparatus |
| EP0590691A2 (en) | 1988-03-22 | 1994-04-06 | Hitachi, Ltd. | Diagnosis system for an electrostatic recording apparatus |
| US6172576B1 (en) | 1998-04-02 | 2001-01-09 | Seiko Epson Corporation | Capacitor array unit connected to oscillation circuit with a piezoelectric reasonator, capacitor array unit controller oscillation frequency adjusting system and oscillation frequency adjusting method |
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