石英晶体振子的频率与加速度特性的测量技术

本文介绍一种能够快速测量在随机振动下晶体振子的加速度灵敏度的测量仪器。这种测量仪器比用HP台式计算机构成的频谱分析仪来计算加速度灵敏度与加速度频率的关系并记录下结果要快一些。这种测量仪器能够测出使用仪器的噪声水底,而这种使用仪器能够在频率为500～15000Hz、加速度为10~(-4)g~2/Hz到10~(-3)g~2/Hz时,对低于10~(-10)/g的VHF晶体振子的加速度灵敏度进行测量。本文将讨论用频谱分析仪测量电压和所要求的加速度灵敏度之间的关系,还给出了AC、FC、IT和SC切晶体的加速度灵敏度的计算机取样曲线,用以说明谐振频率与安装系统的关系。     

一种专用的晶体振荡器电路M101及其应用

传统的晶体振荡器大都是采用以三极管为主的分立元件搭起来的,这种晶体振荡器的准确度可达到1×10-9/d以上的老化指标和10-10/τ以上的频率稳定性,应用也很广泛,但是它的线路比较复杂,不便于小型化,对于准确要求在1×10-8/d或低于1×10-8/d的晶体振荡器,可以采用一种新型的集成电路M101来实现.它的线路实现起来简单,可靠性高,开机特性(用AT切晶体,在稳定的室温下不加温控线路)可达到1×10-7/d专用集成电路主要介绍M101的使用情况.     

3GHz低噪声倍频器的结构设计

一、引言 3GHz低噪声倍频器主要用于三座标雷达发射和接收系统捷变频率合成器中。它具有极好的短期频率稳定度及频谱纯度。文中着重介绍了倍频器结构的设计方案。在设计中采用了微带技术,封闭式隔离屏蔽及三板线传输带型式,经测试获得了较好效果。实验结果达到;短期频率稳定度σ_y(τ)优于1.7×10~(-10)/ms;5.5×10~(-11)/10ms;￡(f):—105dB/Hz(1kHz);-115dBc/Hz(10kHz)。杂波抑制度大于60dB。上述指标相当于或超过美国HP8672频率综合器中倍频器的技术水平。     

一种小型高频恒温晶体振荡器设计

恒温晶体振荡器因其频率稳定度高、相位噪声低,在军用电子设备和民用通信领域得到广泛的应用。本文介绍了一种100MHz小型恒温晶振,该产品外形尺寸为25.4mm×25.4mm×12.7mm,采用SC切晶体。振荡电路使用改进的Colpitts电路,控温电路则为双运放直流放大连续控温结构。测试结果表明,产品相位噪声达到-140dBc/Hz@100Hz、-160dBc/Hz@1kHz、-172dBc/Hz@100kHz;短期稳定度达2.11E-12/1s;在-40℃～70℃的工作温度范围内,频率温度稳定性达到±3.0E-8。     

Seektalk铷振荡器的振动补偿

过去,都未曾设计过在剧烈振动条件下工作的原子振荡器。近年来,已设计出一些振荡器能够经受一定的振动,但是,现在要求它们能适应峰值为14g的正弦振动和频谱为0.5g~2/Hz或更高的随机振动。在几年前,也许只要求原子振荡器在这些条件下不被损坏,而现在却是它正常工作的环境条件。改善铷振荡器的加速度敏感性的努力已在铷的部分取得成功,但是,当把晶体振荡器的频率倍增到6.8GHz对铷询问时,石英晶体振荡器中振动产生的边带,就带来了很大的困难。当然,晶体振荡器输出的频率对用户也是有用的,但用户在倍增到超高频或微波时也有类似的困难。减少这种困难的途径有:(1)“非晶体”振荡器,(2)比较不灵敏的石英晶体,(3)加速度计补偿电路,(4)上述几种方法的结合。本文致力于研究振动的加速度计补偿和晶体的加速度灵敏度。R.L Filler博士和V.R.Rosati完成的研究工作中应用了大量的參考资料。我们的计划是把政府机构的研究成果与Efratom的研制能力结合起来,生产一种小型化的铷振荡器,这种振荡器是一种适合于在恶劣的Seektalk振动环境下工作的精密原子振荡器。     

单片机数字温度补偿晶体振荡器的研究

讨论应用单片微型计算机对晶体振荡器进行数字温度补偿的原理,给出系统方框图和单片微机程序流程图,也对校准值的插值运算作了介绍,在-20～+50℃温度范围内,获得了小于±1×10~(-7)频率稳定度的温补晶体振荡器。     

高精度星载SAR多普勒参数估算方法

提出了一种基于空间坐标转换,利用卫星位置、速度参数精确估算星载SAR(Synthetic Aperture Radar)全观测带多普勒参数的方法.利用卫星速度、位置,通过星载SAR空间几何模型和坐标转换关系,建立SAR图像中斜距同卫星下视角之间的四次方程,解出下视角并进一步计算出该斜距处的多普勒参数值.仿真结果表明,该方法在无卫星位置、速度误差情况下估算精度达到0.02Hz(多普勒中心频率)和2×10-4Hz/s(多普勒调频率);存在卫星位置测量误差(300m)以及速度测量误差(0.3m/s)的情况下,估算精度达到0.8Hz(多普勒中心频率)和0.07Hz/s(多普勒调频率).该方法适用于单星SAR以及分布式SAR高精度多普勒参数的估算.      

怎样减小振动对SC切石英晶体振荡器的影响

要给现代化通讯、导航及雷达系统提供必要的频谱纯度,就必须减小石英谐振器的加速灵敏度(γ),例如从γ=10~(-10)/g 减小到γ=10~(-12)/g。为了实现这一目的,当前正在研究几种(仅与谐振器有关的)无源法。专门设计的单谐振器和双谐振器是无源法应用的两个实例。应用电子线路的有源法已经进行了研究,它能进一步使振动影响减到1/50。然而,用来实现这种方法的变容二极管的非线性限制了可能达到的最终减小量。本文介绍一种可供使用的有源法。这种方法的原理是应用 SC 切晶体的线性电压～频率特性,而要点在于把相位适当的振动模拟信号电压直接加在晶体电极上。用几块不同的SC 切晶体所做的一系列试验都确认了这种有源法的效果。把晶体振荡器略加修改,是为了加入补偿电压,而不会改变振荡器的电路原理。补偿测试范围:加速度1至14g,振动频率50至500Hz;补偿电压大小取决于γ的初值,可从-20至+20V(峰-峰值)。初步实验结果表明,在不连续的频率上γ值几乎能降低三个数量级,在50到500Hz 连续频率范围能降低一个数量级。     

50MHz温度补偿晶体振荡器的研制

本文简要地讨论了采用50MHz三次泛音晶体的温度补偿晶体振荡器,分析了振荡电路,介绍了热敏电阻网络的计算方法。为改进计算而采用了比较简便直观的逐次渐近法。最后,给出了实验电路及测量结果。结果表明补偿后的50MHz晶振在宽温度范围内(-40℃～+60℃)具有±1×10~(-6)的频率稳定度。     

一种新型微机补偿晶体振荡器

提出了一种以微处理器 +单一A/D、D/A数据处理芯片的新型微机补偿晶体振荡器。该温补晶振的频率稳定度≤± 2× 10 -7(- 4 5℃～ +85℃ ) ,体积 35× 2 4× 10mm3 ,平均功耗≤ 30mW。     

AT+SC切石英晶体谐振器热滞的自动测量方法和结果

本文的目的是要说明传统的HC—27/U玻璃壳封装的精密石英晶体谐振器温度补偿的极限。为了对限制补偿精度的谐振器的热滞(返回)进行测量,建立了计算机控制的滞后测量台,该测量台曾用来测量由3个德国厂家制造的多种晶体。与AT切晶体相比较,SC切晶体没有显示出实际优点。用数字温度补偿石英晶体振荡器可获得的频率稳定度,单仅晶体谐振器的热滞一项,就限制在△f/f=±1×10~(-7)左右。如果把用做补偿的温度传感器的不精确度和数字化的分辨误差加在一起,则对于连续生产而废品率不高的情况可以把可达到的频率稳定度假定为△f/f=±2×10~(-7)。这个数值实际上与工作温度范围无关。     

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.     

抗振晶体振荡器的仿真设计CSCD

本文介绍了利用仿真软件进行抗振晶体振荡器设计的方法,通过建立晶体振荡器结构仿真模型,对其力学特性进行深入细致的分析,并在此基础上对比分析减振材料的剪切模量和被减振物质量对晶体振荡器抗振性能的影响,优化晶体振荡器减振结构。然后,根据仿真设计制做了抗振晶体振荡器,并进行了随机振动试验。结果表明,试验现象与仿真结果基本一致,验证了仿真分析的有效性,且振动下晶体振荡器相位噪声达到-145d Bc/Hz@1k Hz,极大地提高了晶体振荡器的抗振性能。     

巨磁阻抗微型磁强计技术研究

针对未来微卫星、纳卫星及皮卫星平台的应用需求,介绍了一种基于巨磁阻抗（GMI）效应的微型化三轴磁强计。微型化三轴磁强计采用非线性非对角化巨磁阻抗效应原理制备敏感元件;采用相敏检波方式设计信号处理电路,并对磁强计电路进行了集成化芯片工艺的设计研发。研制的样机在±500mGs磁场下的输出为0~5V。0.1~10 Hz频率范围内的噪声小于RMS 200 pT;频谱密度噪声小于20pT/√("Hz" )@1Hz。     

短期频率稳定度自动测量装置

本文介绍了授率稳定度的表征,研制的一台频率短期稳定度测量装置和一个测时精度为0.1ns的时间间隔计数器,它可实现短稳时域阿伦方差无间隙采样。通过IEEE—488接口总线实现了对频综的多点连续和对振荡器的跟踪自动测量。本装置频率稳定度测量范围为0.2～500MHz,(并可扩展到10GHZ)。自校准σ_y(τ)=5E一6/τ.S_φ(0.1Hz)=-135dB/Hz,S_φ(1Hz)=—138dB/Hz,S_φ(10Hz)=-140dB/Hz,S_φ(100Hz)=-150dB/Hz。本装置经多次实测实验,性能可靠,测量数据可信。     

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%。     

用激光致冷的精确的~9Be+原子钟

在原子频标中采用激光致冷储存离子,因其大大地抑制了多普勒效应,将有可能达到非常高的准确度。利用~(201)Hg~+基态超精细跃迁的原子钟,其准确度与稳定度都可能超过1×10~(-15)量级。但用激光致冷的~9Be~+离子更易于用实验方法获得。所以,研究~9Be~+频标是为了研究离子储存频标中激光致冷的一般性问题。实验中约有300个~9Be~+离子储存在一彭宁陷阱(PenningTrap)中,用激光对其致冷。在～0.82T磁场时,观测到频率为303MHz的基态(MI,MJ)=(-3/2,1/2)→(-1/2,1/2)核自旋翻转超精细跃迁,其跃迁频率与一阶磁场无关。用时域Ramsey询问法测得线宽为25MHz。被锁定到该跃迁频率上的振荡器的稳定度达:采样时间间隔为400s<τ<3200s时(τ)≌2×10~(-11)。用测量离子速度分布的方法测定二阶多普勒频移约在5×10~(-14)量级。在本实验中,磁场不稳定性影响约在3×10~(-14)量级。所有其它系统误差估计皆小于3×10~(-14)。     

基于虚拟仪器技术的MCXO开发系统

介绍一种主要用于AT切微机补偿晶体振荡器(MCXO)的开发系统。该开发系统由温控柜、多路开关组、PC机、高分辨力频率计、频率标准、控制系统和基于虚拟仪器的人机界面组成。使用该开发系统生产的微机补偿晶体振荡器在-40℃-85℃的温度范围内,可以获得±1-3×10-7的温度-频率稳定度。     

长短稳兼优高稳定度晶振的研制

本文介绍具有老化率修正电路锁相双晶振荡器的设计思想。采用这种技术使原来晶体振荡器的老化率从3×10~(-9)/d提高到1×10~(-11)/d,长稳短稳兼优,并且能锁定于外部参考频标。本文给出了部分测试结果。     

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。