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   

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。     

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。     

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。     

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)。     

用于精密时间、频率测量和分配的低噪声隔离放大器和隔离相位比较器

为美国国家宇航局(NASA)哥达德空间飞行中心(GSFC)的氢原子标准的发展计划,已经研制出一种噪声非常低的、高性能宽带隔离放大器和隔离相位比较器。设计这些隔离放大器是为了能够分配来自氢激射器30KHz 至45MHz 的标准频率,而不降低氢激射器的性能。设计的这种隔离相位比较器是用来进行现代水平的氢激射器的互比,而不增加测量系统的噪声。这些装置的相位稳定度的本底是27fs(10~(-15)秒),而长期稳定度优于1PS。它们的温度系数为摄氏每度1PS 量级。实际上它们没有电压系数。当它们用于分配放大器和相位比较器系统时,这些装置的隔离度大于90dB。     

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。     

低功率超导谐振腔的设计和仿真

针对目前超导稳频振荡器（scso）具有高短期稳定度这一特点,详细介绍了超导谐振腔的设计,并对同轴线激励该超导微波腔内TE011模的输入输出耦合方式进行了仿真分析。仿真实验数据表明了设计的有效性。     

温度补偿晶体振荡器的调查和试验结果

为了评定中精密和高精密温度补偿晶体振荡器的使用价值和质量,购买了各种类型的振荡器并进行了试验。试验包括频率一温度稳定度和老化。我们发现,在稳定度为1—5×10~(-6)范围内的振荡器符合技术条件,只是老化特性的差别很大。在0.5×10~(-6)和1×10~(-6)之间的振荡器却不太顺利,有相当百分比的数量不满足技术条件要求。这些振荡器的老化比较好,但在很多情况下仍使人失望。没有发现价格和性能之间的相关性。用户已知道,在计划将振荡器用于系统之前,要对备用的振荡器仔细地加以测定和试验。     

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。     

GaAlAs单模半导体激光器的光谱特性

单模半导体激光器与单模气体激光器相比较,具有自由振荡噪声的特性而显示出(1/f)~(1/2)的相关性。自由振荡激光二极管发射复盖的频率范围为几兆赫,并具有明显的频率不稳定性。当观测到的谱线窄到大约100千赫而使频率稳定度有显著提高时,10~(-7)到10~(-5)量级的弱反馈可提高激光的发射。较强的反馈会引起发射特性的迅速恶化。     

~(201)Hg~+离子贮存式频率标准

本文讨论利用在潘宁离子收集器中贮存~201Hg~+离子实现微波频率(和时间)标准以及光频标性能的潜力与存在的问题。有许多讨论一般都适用于离子贮存式频标。激光致冷、光抽运、以及微波或光时钟跃迁的光检测,可利用在194.2nm6P~2P_(1/2)←6~2S_(1/2)跃迁的窄带幅射,而有选择地将基态超精细能级与适当的微波幅射加以混频来完成。特别适用于采用潘宁(冷阴极)离子收集器的一阶独立场微波时钟跃迁是在1.534T 磁场的25.9GHz(F,M_F)=(2,1)←→(1,1)超精细跃迁。在563nm(毫微米)的双量子无多普勒5d~96S~(22)D_(5/2)←→5d~(10)6S~2S_(1/2)迁可能是光频标所要选用的。两种频标的绝对准确度具有达到好于1×10~(-15)而频率稳定度低于10~(-16)的潜力。     

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%。     

振荡式小型氢脉泽的特性

本文对CHYMNS-Ⅰ型和CHYMNS-Ⅱ振荡式小型氢脉泽和它们的稳定度性能作了说明。两种脉泽的工作原理完全相同,但体积和重量相差很大。它们可以采用小型化腔体结构。由稳定性数据能够判断,当脉泽体积减小时,性能有所下降。CHYMNS-Ⅰ型的腔体尺寸是15厘米(外径)×15厘米(长),τ=100秒时,测出的根值阿仑方差σ_y(τ)=6.6×10~(-14)。CHYMNS-Ⅱ型的体积较小,相应的数据是11厘米(外径)×15厘米(长),τ=100秒时,σ_y(τ)=1.3×10~(-13)。从使用观点看,优先考虑的是它的长期稳定性。两个小型脉泽直接比对测出的数据是:τ=10~5秒时,σ_y(τ)=4×10~(-15)。这一测试结果说明,用电子的方法稳定腔体,对克服环境扰动的影响是卓有成效的,从而保证脉泽的频率输出长期稳定。     

用高Q微波腔校准测微器的刻度

一、基本原理从微波理论可知,充空气的TE_(01)。圆柱腔的Q因子可表示为式中l是谐振腔的长度,β_0是腔中为空气时的相位系数,k是波数,λ_g是谐振腔波长,f、λ分别是激发频率和波长,q=p/p_r是相同输     

SC切石英晶体谐振器在甚高频低噪声振荡器中的应用

晶体控制的甚高频振荡器广泛应用于具有优良短期频率稳定度和低相位噪声的信号发生器中。这种振荡器均采用工作在泛音模的 AT 切晶体。由于 AT 切晶体谐振器的幅频效应,使相位噪声难以进一步减小。双旋转切晶体(例如 SC 切晶体)的幅频效应较 AT 切的小得多。因此,可使 SC 切晶体工作在较 AT 切晶体所允许的更大的激励电流上。如果能使振荡器固有的相位起伏不随晶体电流的增大而显著增大,则采用 SC 切晶体元件可以改善晶体控制甚高频信号发生器的短期频率稳定度和噪声。曾用三次泛音 SC 切晶体(而不是用五次泛音 AT 切晶体)进行过100MHz 低噪声振荡器的实际可行性试验。对 SC 切和 AT 切晶体元件的相频特性进行了测量。测量结果表明,晶体元件的功耗能够比使用 AT 切晶体增加6-10dB。对用双极结型晶体管振荡器的噪声源的检查表明,二次及三次失真是造成实际振荡器呈现显著相位闪变的原因。从解凡得堡(微分)方程中出现的频率校正项可了解到减小频率闪变的要求。桥式 T 形振荡器适合于作 SC 切甚高频晶体振荡维持电路。曾研究过这种电路的噪声源(包括调幅闪变噪声的幅相变换),并得到了对上述振荡器所预期的 L(f)的估算值。对相同的一对振荡器进行了测量,预计的 L(f)和所测得的 L(f)很一致。结果表明,和 AT 切甚高频晶体控制振荡器相比较,SC 切晶体控制的甚高频振荡器的L(f)得到了显著改善。     

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。     

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。     

AlGaAs激光器的频率稳定

本文主要报道AlGaAs激光器谱线宽度的测定及频率稳定方面现已完成的工作,并相应说明其有关的应用。实验证明,谱线宽度可以减窄至1MHz。曾采用法布里一珀罗(Fabry-Perot)干涉仪,水及铷~(85)吸收谱线作为参考标准,以改善长期(τ≥ls)频率稳定度,相应所达到的阿仑方差σ~2方根值的最小值分别为:2.0×10~(-11),1.1×10~(11)和1.4×10~(-12)(在τ=100s时)。采用外光栅的激光器,最佳σ为3.2×10~(-12)(在τ=100s时)。经多项试验已完成了改进短期频率稳定度(τ相似文献   

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。