高性能隔离分配放大器的研制

论述了现代精密时频系统对隔离分配放大器的技术要求及其重要作用.介绍了为改进我台守时系统标准频率分配子系统而研制的一个高性能隔离分配放大器.对于5 MHz信号,该分配放大器的反向隔离度和路间隔离度均优于115 dB(5 MHz);相位噪声在1 Hz达到-135 dBc/Hz;噪声本底为150 dBc/Hz;插入秒稳损失达到10-13量级.在13 dBm输出情况下,谐波小于-40 dBc.对该分配放大器主要性能测试涉及的测量方法也作了介绍.     

实用型氢激射器频标锁相接收系统

为了使上海天文台两台氢激射器频率标准更好地适应甚长基线干涉(VLBI)实验的要求,我们充分利用国内外新器件,采用新技术方案,研制出一种实用型氢激射器锁相接收系统。该系统具有接收灵敏度高(≤-120dBm)、噪音系数烛(≤1.8dB)、体积小、自动搜索人锁以及可靠性高等特点。本文主要以系统设计为实例,讨论了氢激射器频标锁相接收系统的总体设计原则、锁相环路的设计考虑和环路对系统的噪声抑制的定量估算等问题。最后,介绍了运用该系统后氢激射器频标的短期频率稳定度达到1.88×10-~(13)/S、3.7×~(-14)/10S、9.2/10~(-15)/100S9.5×10~(-15)/1000s,完全满足了甚长基线干涉实验的需要。     

Rb~(87)激射器的短期频率稳定度及系统效应

本文主要分析与估算铷(Rb)激射器可能达到的频率稳定度,并研究有关光抽运率、泡温、耦合系数及接收机噪声等因素的影响。对上述各系统效应对激射器频率的影响作了分析。实验证明它们主要对长于一秒的频率稳定度有影响。如何控制激射器的各主要参数使其产生的相对频移小于1×10~(-14)分别进行了估算。     

氢激射器锁相环的计算机辅助分析和设计

氢激射器本身可以提供频率极稳定的微波信号,但由于所提供的信号是非整数频率。而且频率较高,同时信号输出功率较小,往往不便于直接作为时间频率标准源使用。所以,一般采用锁相技术来锁定石英晶体振荡器的频率,而把锁定的频率作为标准频率使用。本文首先提出氢激射器锁相环的计算机线性分析模型,然后借助计算机软件分析锁定的石英振荡器的相对频率起伏的功率谱密度和时域频率稳定度。最后,论述氢激射器锁相环设计中对各部分的参数要求,为其实际研制提供一定的理论依据。当然,上述分析也同样适用于其它原子频标。     

利用金属氢化物处理氢激射器中的气体

氢与某些金属和合金之间相互作用的可逆性,在满足氢激射器的氢源供应、氢气流量调节以及保持真空度等方面,得到了十分有效的应用。此外,氢化物在减小激射器的体积、重量和功耗以及改进系统的可靠性等方面都有重要作用。可供振荡式小型化氢激射器运行七年的氢源,可以存储在50克LaNi_5或50克LaNi_(4.7)Al_(0.3)中。包括一个电控钯银合金稳流器在内,氢源所占的容积小于50毫升。为氢激射器配套的吸气剂——离子真空泵组合装置中,用锆石墨作吸气剂。工作经验表明,为确保激射器运行可靠,需要具备洁净的、可烘烤的真空系统。这种真空系统的设计要求是十分严格的。     

史密森天文物理观测台研制的冷氢激射器及有关装置

低温冷却激射器为测量频率偏移和存储壁涂敷材料的弛豫特性创造了有利条件。这种涂敷材料是从常态变为气态物质而被冻结在存储壁上的。我们对FEP—120聚四氟乙烯在77K至48K之间的原始测试结果作了报道,并把这些测量结果和法国de Saintfuscien在372K至77K之间的测试数据进行了比较。对激射器的某些设计性能作了说明。低溫激射器的氢分离器,完全密封在真空环境中,其温度77k。本文还介绍了在真空中工作的分离器和其它一些装置。这些装置已在常温激射器中被采用并进行了测试。它们既适合于太空环境又适合于在地面使用。     

用以提高表征振荡器性能的修正的“阿仑方差”

目前,“阿仑方差”σ_y~2(τ)已成为用时域法测量振荡器不稳定度的事实上的标准。振荡器的频率不稳定度往往可以用幂律谱适当模拟:Sy(f)～f~α,其中 y 为标准频率,f 为付里叶频率,而α在某一付里叶频率范围内为一个常数。已经证明,对于幂律谱σ_y~2(τ)～τ~μ,且在-3相似文献   

用于NR系列氢激射器频率标准的微处理机

NR系列氢激射器频标是NASA哥达德空间飞行中心提供资金和指导由应用物理实验室设计的,用于外壳的(Crustal)动态研究。为了提高氢激射器在延长几个星期后在现场实验的置信度,在NASA—NR型氢激射器内裝上了微处理机监控系统。这个系统提供了对腔体谐振频率的控制,对钟输出的同步和数据的传输。这一传输可把激射器关键的性能特性数据归档加到甚长基线干涉仪数据处理用的数据库中去。监测和遥控指令的特性为预防、维护和控制提供诊断信息,以调整激射器的工作参数。监测信息可以在本地观察,也可以通过电话或调制解调器在远处观察。微处理机提供的灵活性使激射器频率标准成为一种完全独立的时频仪器。     

小型氢激射器的性能

小型氢激射器虽已制成,然而研制工作仍在几个研究机构里继续进行。美国喷气推进实验室(JPL)设有专门实验室,致力于新型频率标准的检验、测定、改进和维修等工作。本文发表了两种不同类型的小型氢激射器的一系列测试结果。这些测试工作是由JPL的频率标准实验室完成的。在这些小型激射器中,有一台是样机,是加州Malibu的休斯(Hughes)研究实验室专为美国海军研究实验室研制的。这种激射器用增强Q的办法激起腔体振荡,并备有腔体调谐伺服系统;该伺服系统是由科罗拉多州波尔德的美国国家标准局研制的。本文给出了如下一些数据:输出频率与某些环境参数的关系、阿仑方差和漂移。休斯研究实验室所研制的激射器,是美国海军研究实验室(NRL)资助的。NBS研制的无源激射器。则由美国国家航空与宇宙航行局(NASA)及NRL共同资助。     

氢激射器EFOS、NP、NX性能的最新测试结果

一、引言受国家航空和航天管理局(NASA)哥达德空间飞行中心(GSFC)的委托,本底克斯野外工程公司(BFEC)在一九八三年初测试了奥赛罗库兹(Oscilloquartz)的EFOS-2以及NASA的NX-3和NP-2氢激射器的性能,本文叙述了那次测试的结果。应国家射电天文台(NRAO)买主的请求,Oscilloquartz厂的技术人员把氢激射器EFOS-2运到马里兰州哥仑比亚城BFEC的氢激射器实验室,图1为EFOS-2氢激射器到达实验室不久的照片(图1略,请见原文)。     

低噪声宽频带隔离放大器

本文介绍一种隔离放大器的设计方案。依据这一方案可进行实际安装和调试。测试结果表明,方案是可行的。工作于5MHz时,隔离度>100db,相位噪声S_φ≤-150db(f_(11)=10Hz—10KHz),半功率带宽≥70MHz,σ_y(τ)<1×10~(-12)/秒。此外,线路调整简单,工作稳定,通用性强。     

基于LabVIEW实现的隔离放大器非线性误差自动测试

隔离放大器是一种输入电路和输出电路之间电气隔离的器件,一般采用变压器或光耦合传递信号,非线性误差是其一项重要的技术指标。本文介绍了一种基于LabVIEW实现的隔离放大器的自动测试技术,系统以标准信号源、数字多用表为标准装置,通过GPIB和TCPIP通信来实现计算机对隔离放大器的自动测试,完成非线性误差的计算,并自动生成测试报告。文中介绍了系统的测量原理、组成、非线性误差的算法以及软件编制。系统在实际的工作中取得了良好效果,显著提高了工作效率,为实验室检测工作的自动化作了有意尝试。     

超导腔稳频红宝石激射器振荡器

本文介绍一种新型全致冷频率源——超导腔稳频激射器振荡器(SCSMD)的稳定度分析、性能及设计。文中还将介绍该振荡器的各个部件的实验研究结果。它将充分证明采用这一技术方案有可能使频率稳定度达到优于△f/f=10~(-17)的水平。以前设计超导腔稳频振荡器,采用低温下的铌腔与室温下的微波电子器件相结合的方案。但据报道这种方案所能达到的最佳频率稳定度仅为△f/f=3×10~(-16)。这主要是因电子系统与腔体互连的部分不稳定影响了长期性能。但全致冷的方案却不存在这一问题,因为热膨胀系数被冻结(freezing-out)以及完全没有热梯度。红宝石激射器在目前所有微波放大器中噪声温度最低(1.5k),看来它是用于全致冷振荡器的较理想的器件。它的有效输出功率(～10~(-7)W/cm~3在4.2k)足以用来进行时间长于一秒的测量。另外,它具有相当高的增益(Q_m=-100)使得仅需振荡器与稳定腔之间保持很弱的耦合即可。此外,它本身的功耗也很小,即使在低至1k时也能与腔体工作在同一温度环境条件下。但激射器的工作和调谐却需外加磁场,这就产生了一个很重要的技术问题,即需要对超导腔加以磁屏蔽,同时磁场的变化还将产生频率的牵引。为此,文中介绍了采用多腔方案来解决这一问题。该方案将红宝石部件与超导腔隔开一段距离。我们还将谈到具有较大频率牵引效应的低Q腔稳定的激射器振荡器的频率稳定度。最后,本文将介绍有关研制结构最坚固的超导腔的结果。兰宝石的热膨胀系数仅为铌的百分之一,其微波损耗在1.5k时,目前已达的最低值为7×10~(-10)。在兰宝石上镀超导体的谐振腔可达(按设计要求值)Q=10~8。     

卫星用精密L波段声表面波振荡器

本文介绍一种在卫星系统发射机中用作固定本机振荡器的740MHz SAW振荡器。该SAW振荡器装在一个2.4立方英寸的外壳内,其中装有一个加热丝、第二级缓冲放大器、功率调整和谐波抑制的滤波部份。该系统的优点是,由于取消了体波振荡器中所需要的倍频链而减小了尺寸和复杂性。100秒平均时间的短期稳定度为2×10~(-10),单边带噪声本底低,电压驻波比为1.1∶1。本文讨论SAW谐振器的短期稳定度和相位噪声这两个设计参数在理论和实际方面的最佳考虑,并介绍使长期稳定度和调谐点的控制均得到改善的制作过程。谐振频率因制造公差而产生的变化与等离子加工微调和静态、动态电容比的最佳设计或者与谐振器的牵引范围有关。半导体渗杂技术的采用减少了金属脱落和因激励电平而产生的附加不稳定性。文中讨论影响精密高频SAW振荡器设计的因素,重点在于晶体管型号和振荡器方案的选择。对场效应晶体管和双极晶体管进行比较,以得到改善短期稳定度的最佳功率电平、所需要的输入和输出阻抗特性以及最低的噪声系数。在这一研究中,对皮尔斯、科耳皮兹和克拉波振荡器方案进行了验证。在作出最后的设计选择时,重新审查了对上述方案的各元件有可能起分流作用的寄生电容和偏压要求的实际考虑。鉴于尺寸的限制,选用组件型恒温系统来稳定振荡器。对振荡器样机在相位噪声、相对频率变化的阿仑方差、功耗和温度稳定度的测试结果作了报道,介绍了邻近相位噪声、噪声本底和平均时间为1秒至100秒的阿仑方差。还介绍了测试考虑,其中包括参考振荡器的要求和电磁干扰-射频干扰效应。     

场效应晶体管在卫星上的应用

本文以西德广播卫星为例,利用最新发展起来的场效应晶体管技术,设计了某些卫星上的关键部件,并讨论它们的特性。一、在卫星转发器上的应用 (1)低噪声输入放大器低噪声输入放大器与接收天线增益共同决定了转发器的输入灵敏度。在过去,是利用隧道二极管放大器或后接低噪声放大器的低损耗变频器来保证放大器的功能。而在后来的卫星中,随着参量放大器和场效应晶体管放大器(FETA)的问世,便扩大了低噪声放大器的“家族”。     

太赫兹相位噪声测量技术研究

相位噪声是太赫兹波技术应用中的一项关键技术指标，如何精确测量太赫兹波的相位噪声是太赫兹技术的重要研究方向之一。采用太赫兹下变频技术实现相位噪声测量系统的频率扩展，搭建(110～500)GHz太赫兹相位噪声测量系统，实现对太赫兹频率源相位噪声的测量。实验结果表明，所研制的太赫兹相位噪声测量系统的底部噪声优越，可用于(110～500)GHz频段太赫兹频率源相位噪声的测试，在太赫兹相位噪声的计量测试、标准研制及相关产品转化等方面具有广泛的应用前景。     

调制函数对被动型氢原子频标频率稳定度影响分析

提高被动型原子频标的频率稳定度是原子频标设计中最重要的目标,文中分别详细推导了正弦波相位(频率)调制、方波相位(频率脉冲)调制、三角波相位(方波频率)调制时对频率稳定度有影响的Bn(m)值的计算公式;在此基础上分别计算为获得最佳频率稳定度时三种调制函数对应的调制指数,并得到正弦波调制时频率稳定度最好的结果,这对原子频标伺服电路的设计提供了理论依据。     

一种精密的微波群时延校准装置

精密的微波群时延校准装置采用双通道混频技术,以宽带微波放大器作为隔离器,低频数字相位计作为测量标准器。在２￣１８ＧＨｚ的频率范围内,测量不确定度为：（０．１￣０．２）ｎｓ＋０．２τｇ％。详细论述了装置的工作原理、技术特点、不确定度分析、技术指标的确定等。     

铷原子频率标准的小型化研究

为推动国产铷原子频标技术的深入发展,我们进行了小型铷原子频率标准装置的研制,目的是重点解决铷频标的小型化、长寿命、高稳定度、低相位噪声、低老化率等技术关键。详细介绍了小型铷原子频率标准装置的基本组成和工作原理,并对其重要组成部分(包括微波倍频链、误差放大链及同步检波、物理泵体、高稳压控晶振)在小型化前提下进行的技术指标改进作了深入的分析和说明,最后简要分析了小型铷原子频率标准装置的可靠性和实用性。     

压控晶振的噪声特性与锁相环的相位抖动

本文引述了晶振短期频率稳定度的定义、表征及时域、频域表征之间的换算给,出了压控晶振的噪声模型的表达式S_(φO)=S_(φA)[1+(v_o/2Q_ef)~2],同时指出了改善压控晶振噪声特性的途径:优选高品质因数、小频差的石英谐振器作为稳频元件;通常的主振级电路参数最佳化;高的有载品质因数Q_e的振荡系统和低的放大器相位噪声S_(φA)的良好折衷及优良辅助电路的配合。本文还建立了以压控晶振幂律谱噪声模型的参数和锁相环参数(ω、ω_n、B_L)表征的环路相位抖动,以及相位抖动和呵仑(Allan)方差之间的关系。本文为锁相环设计方案的论证和环路多数的选择提供了依据,亦为低噪声晶的研制提供了有益的启示和参考电路。