铷频标物理系统的改进研究

物理系统是铷频标的核心部件,通过分析影响频率稳定度的因素,对物理系统内部结构进行了改进。改进后的物理系统采用分离滤光的三泡结构,增加了光学滤光技术,此外,物理系统还选用了磁控管微波腔。经测试,改进后的铷频标温度系数为9.7×10^-14/℃,频率稳定度约为1×10^-12/τ（1s≤τ≤10 000s）。     

一种小型化铷光谱灯的设计

光谱灯的小型化是谱灯抽运被动型铷原子频标小型化的关键之一。分别对光谱灯的机械结构、热结构、电磁结构和电路结构进行了分析、仿真和优化,并改进设计了一种小型化的铷光谱灯,经过测试取得了比较理想的结果,其主要性能指标如下：体积〈14mL,灯温〈115℃,激励电流〈80mA,光漂移〈1·10^-4／d,光温度系数〈1·10^-3／℃。此小型化的铷光应谱灯已应用于小型化铷原子频标中。     

铷频标温度系数影响因素分析与改进方法研究

高性能的被动型铷原子频率标准（以下简称铷频标）主要用于恶劣工作环境等特殊领域,铷频标的准确度和稳定度是卫星定位的两项关键技术,铷频标的稳定度包括短期稳定度和中长期稳定度,而中长期稳定度主要由温度系数决定。本文从改善铷频标温度系数的目的出发,全面梳理和分析了影响铷频标温度系数的主要因素,提出零温度系数等高线图优化法和零光频移灯激励电压优化法,并通过改进物理部分结构热设计等措施,优化了铷频标物理部分的温度系数。经试验验证,结果表明整机温度系数约为-2E-14/℃,铷频标的10⁵s稳定度5.52E-15,改善物理部分温度系数的方法和措施是有效的。     

铷原子钟物理部分的低剂量率辐射效应研究

铷原子钟物理部分是铷原子钟的原子鉴频器,决定铷原子钟的短期和长期稳定度（1s以上）,其中使用了金属铷、玻璃、镍铁合金等材料和一些双极性晶体管、运算放大器等器件,其核心部件铷泡是一个采用特殊真空工艺制造的器件,这些材料、器件和工艺的低剂量率辐射效应需要实验评价。本文提出并完成了铷原子钟物理部分的低剂量率辐射实验,采用Co60γ源,辐射剂量率0.01rad（Si）/s,总剂量50krad（Si）,对铷原子钟物理部分和铷泡的辐射效应分别进行了实验评估。这项研究更加真实地逼近了空间的电离辐射,实验数据对于星载铷原子钟的在轨运行监测和下一代星载铷原子钟的抗辐射设计具有重要的作用。     

铷频标温度系数影响因素分析与改进方法研究

高性能的被动型铷原子频率标准（以下简称铷频标）主要用于恶劣工作环境等特殊领域，铷频标的准确度和稳定度是卫星定位的两项关键技术，铷频标的稳定度包括短期稳定度和中长期稳定度，而中长期稳定度主要由温度系数决定。本文从改善铷频标温度系数的目的出发，全面梳理和分析了影响铷频标温度系数的主要因素，提出零温度系数等高线图优化法和零光频移灯激励电压优化法，并通过改进物理部分结构热设计等措施，优化了铷频标物理部分的温度系数。经试验验证，结果表明整机温度系数约为-2E-14/℃，铷频标的10⁵s稳定度5.52E-15，改善物理部分温度系数的方法和措施是有效的。     

铷原子钟温度补偿技术研究

利用直接数字频率合成器AD9852设计并制备了一种铷原子钟的温度补偿电路,该电路能够在不降低铷原子钟输出频率短期稳定度的基础上,有效地减小了`铷钟的温度系数。     

一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现

分析了倍频器对芯片原子钟稳定度指标的影响,并以此提出了对倍频器的设计要求。介绍了国内外几种典型的原子钟倍频器,提出了一种基于撞-D调制的芯片原子钟专用锁相倍频器方案,并采用分离器件对该方案进行了验证,实现了与传统铷钟物理系统的闭环锁定,铷原子频标稳定度指标达4.7E-12/s,能满足原子钟的研制需求。基于该方案开展了倍频器芯片的设计和流片,实现了3.4GHz的芯片原子钟专用芯片,与物理系统进行联调锁定后稳定度指标达5.5E-11/s,表明该芯片可满足芯片原子钟的设计要求。     

IIR滤波器在芯片原子钟中的应用

芯片原子钟是具有小体积,低功耗特点的原子钟。本文采用了IIR滤波器方案对芯片原子钟物理系统输出信号进行处理,该方案有利于减小芯片原子钟的体积、提高芯片原子钟短期频率稳定度。实验结果表明,与FIR滤波方案相比,IIR滤波器使用的FPGA资源减小了约58%;与现有模拟滤波方案相比,使用IIR滤波器方案的芯片原子钟频率稳定度提高了1.4×10~(-10)τ~(-1/2)(τ=1s-100s),电路面积减小了10%。     

一种小型化铷原子频标TE111微波腔研究

在理论分析的基础上,选择加载铷泡的TE。模式微波腔。设计一种小型化铷原子频标微波腔。容积24．5mL,重量120g。并初步实现一种腔内倍频的方案。通过与铷频标整机进行联调,能够实现闭环锁定并给出了整机的短期稳定度测试指标。为小型化铷原子频标研制创造了条件。     

原子钟频率稳定度测试中的噪声处理

原子钟的测量噪声会被引入到频率稳定度评估过程,尤其是对中短期频率稳定度的影响更大。重叠Allan方差可以克服调频闪变噪声和调频随机游走噪声随时间变化出现的非平稳问题,但由于受到测量噪声的影响,评估结果仍会出现误差。为此,本文通过对原子钟的数学模型和噪声特性进行分析,提出了原子钟频率稳定度评估的加窗平滑噪声处理方法,通过对时差观测序列合理的加窗设计和平滑处理,抑制测量噪声对评估结果的影响。实验结果表明,利用铷钟观测序列的100点平滑可以有效地提高短期频率稳定度结果（100~1 000）s的可信度。     

高稳定度低温蓝宝石微波频率源设计

利用蓝宝石晶体在低温下具有低损耗的特点，设计并研制了本征模式为WGH_12,0,0的蓝宝石微波腔。当温度稳定在6.4K时，其Q值能够达到4.0×10⁸。以此微波腔为基础，形成正反馈振荡回路，并根据POUND电路原理对环路中振荡信号的相位进行控制，提高整机稳定度指标。为满足频率互比测试的需求，采用共用一个低温装置的方案，构建了两台低温蓝宝石微波源，一路输出频率为9.204GHz，另一路输出频率为9.205GHz，两路信号混频，并用时间间隔计数器测量差频信号的频率。经计算，低温蓝宝石微波频率源的秒级频率稳定度达到了3.28×10^-15。     

直流2000A大电流标准装置及检定系统

介绍了一种新建立的直流大电流标准装置及检定系统,该系统主要由直流电源、电流比例标准、标准电阻和数字电压表组成,测量范围为1A～2 000 A,2 000 A大电流源的扩展不确定度（最佳测量能力）为1×10^-4;2 000 A大电流表的扩展不确定度为5×10^-5,并对整套装置的扩展不确定度进行了全面的分析。     

633nm激光波长标准装置

介绍了几种常见的激光稳频技术,分析了基于饱和蒸汽压的碘稳定633nm He-Ne激光系统。激光器的腔长为260 mm,输出功率为0.8 mW,激光调谐范围能够覆盖从a到n的14个吸收峰。通过实验,其频率的相对标准不确定度优于2.5×10-11,1 000 s的频率稳定度优于6×10-12。     

GPS锁定晶体振荡器的数据处理方法研究

针对GPS锁定晶振频率标准,提出了一种滑动平均值法滤波方法,通过这种算法建立新的取样值与历史取样值相关性,适当选取取样点数形成滑动滤波窗口,改变滑动滤波窗口大小,能有效克服GPS接收机输出的1×10^-6的波动影响,可以在很短的时间间隔内解算出被控晶振与GPS的偏差值。应用于控制算法,不断修正压控晶振的频率,使晶体振荡器锁定在GPS频率标准上。     

基于多参考源的铷原子钟校频方案的设计与实现

研究了铷钟校频系统的原理,并对校频误差进行了分析,提出了一种基于多参考源的铷原子钟校频方案,可用GNSS/北斗接收机的1PPS,IRIG-B(DC)码以及一级频标的10MHz频率三种方式校频,提供100s,1 000s,10 000s三种不同的校频时间,以满足用户对不同校频时间和校频准确度的综合需求。     

小孔流导法材料放气率测量装置的设计

介绍了小孔流导法测量真空材料放气率的原理和测量装置的设计方案。该装置由真空抽气系统、流导法测量系统、压力测量与质谱分析系统等三部分组成,设计的核心思想是采用对称的双测试室结构设计,可以精确测量测试室和分离规等带来的本底吸放气影响,并可实现实时、动态测量。装置的测量范围为(1×10-7~1×10-14)Pa.m3/(s.cm2),温度测试范围为45℃~500℃,极限真空度为5×10-8Pa。     

一种低温度敏感性铷频标物理部分研究

物理部分是原子频标的核心部件,对温度变化比较敏感。因此,温度敏感性是铷频标稳定度提高的一个重要限制因素。以一种改进型铷频标物理部分为研究对象,在分析温度波动对铷频标稳定度影响的基础上,提出了改进铷频标物理部分温度敏感性的措施。通过试验验证,这些措施能够有效地降低铷频标物理部分温度系数。