本论文重点是研究被动型铷原子频标中的调制电路、频率合成电路和倍频电路。 由于铷原子频标具有优良的频率和时间准确度及稳定度,被广泛应用于导航、通信、守时授时和各种科研领域。伴随着科技发展,某些应用领域对铷原子频标的性能提出一个新的要求:减小铷原子频标的体积、重量、功耗等,即希望能够有性能优良的同时,使铷原子频标系统小型化。本文在实验室已有的小型化物理系统的基础上,对相关电路部分进行研究和设计并使其小型化。 首先本文在综述了原子频率标准的发展历史、大致分类和研究现状的基础上,阐述了铷原子频标的基本原理和整个环路的控制过程,然后对铷原子频标的控制环路特性进行了定量分析。 铷原子频标中,调制电路的频率稳定度、调制深度以及调制所引入的相移对频标的频率稳定度和准确度都有较大的影响,本文首先从理论上分析了调制信号对原子跃迁谱线的影响,得到物理系统鉴频曲线与调制信号频率和幅度的关系。在此基础上,我们设计了一种间接调频电路,对136Hz调制信号积分后调相实现了间接调频。通过此方案实现了低噪声低失真高稳定的调频波,并通过测试得到本电路系统的最佳调制深度。 激励铷原子基态跃迁需要特定的微波频率。频率合成电路的功能是:合成激励铷原子基态跃迁所需的特定频率。频率合成器的输入频率来自于对系统中已存在的压控晶体振荡器输出频率的分频,无需另外设置频率源,对于简化整体结构和降低成本很有帮助。 倍频电路是铷原子频标一个重要的部件,其噪声是系统噪声的主要来源之一,在小型化设计中问题更为突出。本文首先分析了倍频器在铷原子频标中的作用,其性能对铷原子频标的性能有很大的影响,重点分析了低噪声、高性能设计的要点和方法。我们设计的低噪声倍频电路采用晶体三极管低噪声差动倍频链方案,经实验测试,该倍频器输出信号的功率可达+18dBm,谐杂波抑制大于38dBc,均满足设计要求。