频率源的短期频率稳定度及相位噪声测量

叙述了频率源的重要特性—频率稳定度及相位噪声的表征和测量；比较了各种测量方法的优缺点；分析了测量中存在的问题，影响测量结果的因素及其引入的误差；给出了避免这些影响和修正误差的方法；最后介绍了国内外频率稳定度和相位噪声测量的最新进展。     

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。     

高稳晶振短期频率稳定度的仿真分析

基于频率源信号时域稳定度的定义,建立了高稳晶振短期频率稳定度的仿真分析模型,能够对频率源输出频率做前处理、不同方差分析、识别噪声类型、并给出置信区间.在此基础上,引入了晶体振荡器老化特性与温度特性的数学模型.通过构建不同老化特性与温度特性下晶体振荡器输岀频率,在仿真分析模型中定量分析老化特性与温度特性对短期频率稳定度的...     

短期频率稳定度测量时测量带宽和间隙时间的确定

在短期频率稳定度测量中,如何选择测量带宽和间隙时间非常重要。通过对阿仑方差传递函数的仿真计算结果,确定了测量带宽的选择范围,间隙时间选择应满足的关系。此结论对短期频率稳定度的测试工作,国内拥有的HP5390A短期频率稳定度测量系统的改造工作以及频率稳定度分析仪的研制工作具有非常重要的实际意义。     

国内外频率标准发展现状

时间频率在国家经济建设、科学研究、国家安全具有十分重要的意义。本文介绍了国内外高稳晶振、铷原子频率标准、守时型氢原子频率标准和铯原子频率标准、微型相干布局囚禁原子钟、低温蓝宝石微波源和超稳激光微波源以及铯原子喷泉钟的国内外发展情况、技术指标等。铷原子频率标准打破国外垄断,为北斗导航系统提供高精度的时间基准,守时型氢原子频率标准和铯原子频率标准已实现工程化,但日频率稳定度和日频率漂移率指标有待进一步提高,铯喷泉基准方面已接近国际先进水平,新型原子频标发展方兴未艾。     

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。     

频率稳定度与守时钟组配置关系研究CSCD

通过对中小型守时实验室对时间尺度稳定度的需求分析,以目前主流守时钟5071A为例,利用国际权度局公布的原子钟数据,研究不同钟组配置与时间尺度稳定度的关系,为中小时间实验室守时钟组的优化配置提供参考依据;权重确定是原子时算法的关键之一,通过对不同数量、不同取权规则的原子时计算结果进行统计分析与比较,提出中小时间实验室原子时尺度算法中的取权原则。     

调相白噪声对频率传递短期稳定度的影响分析

详细分析了调相白噪声对频率稳定度的影响。经过理论分析,得出了频率传递系统信噪比的开方与稳定度成正比,调制信号频率与稳定度成正比。经过分析得到,在一定范围内,提高激光器光功率可以提高频标传递的稳定度;调制频率和传递系统信噪比是影响短期稳定度的两个重要因素;通过增加EDFA的方法不能提高传递系统短期稳定度,反而每增加4到5个EDFA,稳定度下降1个数量级。     

频率稳定度测量方法的对比分析

作为衡量频率标准工作性能的重要指标,频率稳定度对评估产品的稳定性和可靠性起到重要作用。利用传统的阿仑方差测量频标的长期稳定度时,通常需要很长的时间,测量周期较长。本文首先研究了阿仑总方差、Thêo1和ThêoH几种相比阿仑方差可缩短测量周期的频率稳定度时域分析方法,然后基于一组实测的铷钟时间偏差数据,对这几种方差进行了对比和分析。     

用DDS芯片AD9852设计高精度非标准频率源

DDS技术具有输出相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨力高且输出相位连续,可产生宽带正交信号,易集成等优点,在通信、雷达、遥控、遥测、电子对抗、电子扩频以及现代化的仪器仪表等许多电子领域显示出广泛的应用前景.介绍了DDS芯片AD9852的工作原理、性能和在频率测量领域中利用AD9852设计出高稳定度的非标准频率源,其频率稳定度可以达到10-10～10-11/s.     

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。     

正弦振动条件下原子钟的频率稳定度分析

振动对原子钟(原子频标)的影响可分为对原子谐振的影响、对伺服环路的影响和对晶体振荡器(晶振)的影响.在振动频率范围内,晶振的输出相位噪声只与晶振的加速度灵敏度、峰值加速度和振动频率有关,与静态相位噪声没有关系,但在振动频率范围之外,晶振的输出相位噪声就是其静态相位噪声. 由原子钟的稳定性传递到输出晶振的频率稳定度公式,就可通过伺服环路把晶振的振动分析融入到原子钟的振动分析之中.利用相位噪声转换为阿仑方差的积分公式,根据留数定理推导出直接计算阿仑方差的解析表达式, 得到增加伺服环路带宽可以有效抑制振动对原子钟频率稳定度影响的结论;分析了通过减振和选择加速度灵敏度较小的晶振这2种方法改善原子钟振动性能的问题.      

影响氢原子钟长期稳定度的系统效应分析

进一步改进氢钟的频率稳定度，需要了解影响频率稳定度的各个过程及其影响的相对大小。讨论影响氢钟频率稳定度的各种系统过程。这种分析能够使钟的研制者和用户去识别稳定度的限制因素并加以选择以便改进。     

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。     

利用小波方差进行原子钟频率稳定度的估计

离散小波变换可以在不同尺度上分解时间序列,而不同尺度的波动性可用小波方差来表征。从小波方差的定义入手,系统地归纳了基于极大重叠离散小波变换(MODWT)的小波方差估计方法,及其等效自由度(EDF)的实用计算方法。最后利用一个实测算例进行计算分析,并与相应的重叠阿伦方差、重叠哈达玛方差进行比较,通过实验分析可以看出小波方差可有效消除原子钟信号非线性和非平稳性的影响,通过选择适当的小波基函数,如D4、D6小波,其方差可以像哈达玛方差一样,减少调频闪变噪声和调频随机游走噪声的泄露,适用于原子钟频率稳定度的表征。     

频率稳定度时域测量带宽的若干问题

讨论了频率稳定度时域测量带宽如何选择的问题。事实上,阿仑方差对白相和闪相噪声是发散的。其测量结果与系统的高截止频率有关。概括地介绍这类问题,并提出了一些测量中值得考虑的看法。     

无间隙采样计数器及频率稳定度测量

为了实现时域阿伦方差的无间隙采样,我们设计了一种新型的计数器,在此基础上研制了频率稳定度测试装置,并实现了利用最大熵谱谱估计法对近载频相位噪声性能进行测量,取得了令人满意的结果。     

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。     

一个新的频率源短期稳定度的表征式—沃尔什正弦方差

通过村频率源稳定度的时域测量来进行极低频频谱分析是一种有效的方法。哈达玛方差的传递函数由于具有选频特性,被人们用来进行频率源相对频率噪声谱S_y(f)的分析。本文从最佳“频窗”传递函数出发,结合微型计算机控制的计算计数器的特点,利用沃尔什函数的性质,经理论推导,获得了一个频率源稳定度的新表征式——沃尔什正弦方差。理论分析与计算机验证结果表明,该式充分发挥了微型计算机优良的数值计算和系统控制功能,能灵活而方便地获得频率源短期稳定度的各种表征量。特别是在用于S_y(f)测试时。它基本克服了哈达玛方差传递函数的谐波及其旁瓣所带来的误差,并通过测试数据的复用,使得此时测试时间大为缩短。文中给出了沃尔什正弦方差和阿仑方差与啥达玛方差的关系,指出沃尔什正弦方差在表征频率源短期稳定度方面有其内在含义。     

采用铯束管荧光稳频技术的小型光抽运铯原子频率标准

对于小型光抽运铯原子频率标准来说,激光稳频参考源的稳定性决定了激光系统的频率稳定性,进而决定了整机的频率稳定度指标。激光稳频可以采用饱和吸收稳频和铯束管荧光稳频两种方案。经对比了采用这两种激光稳频方式的整机指标,取得了初步的结果:与采用饱和吸收稳频相比,采用铯束管荧光稳频后,整机的短期稳定度指标没有明显恶化,长期稳定度指标有了明显提升,3. 21E-14/100 000s,1. 13E-14/400 000s,未出现闪变平台,仍在继续测试中。结果显示,铯束管荧光稳频技术应用光抽运小型铯原子频率标准,具有提高整机长期稳定度指标和增强环境适应性的潜力。