振动对频率标准和时钟的影响

在近代通信、导航和识别系统中,频率标准和时钟对加速度的敏感性愈加显得重要。本文就加速度、特别是振动如何影响近代频率标准(晶体振荡器)中对加速度最敏感元件的频率作了指导性论述,介绍了一简单的数学模型,来描述谐和运动对振荡器输出的影啊,证明了加速度灵敏度系数γ具有矢量的特性,提出了加速度灵敏度矢量(?),介绍了振荡器输出的时域、频域特性。这个简单的模型得到了推广,其中包括由于倍频而导致的载波损耗和随机振动。计算了由给定的振动谱引起的相位噪声。指出了一种测量振动灵敏度系数的方法。在以下两个方面评述了现代技术的发展水平:(1把对振动的灵敏度降到最小,2)加速度补偿。     

用伺服控制系统改善无源原子频率标准的振动性能

把尺寸小、予热快和功耗低的铷气泡频率标准用作现时和近期战术频率标准看来是最好的选择,但它在振动环境下的性能尚有待改进。在铷频率标准中可以观察到振动引起的频率不稳定现象。本文要说明的是把压控晶体振荡器(VCXO)的频率紧密地伺服控制在原子谐振基准频率上的方法,来改善铷频率标准的振动性能。对有关机械化的技术问题作了简短的讨论,给出了伺服系统带宽约为100Hz的铷频率标准的实测相位谱密度     

加速度对晶体振荡器的影响及补偿技术研究

晶体振荡器作为基准频率源,在电子设备中发挥着重要作用。晶体振荡器对加速度具有敏感性,振动、冲击、离心力等作用均会导致其输出频率失稳。讨论了加速度影响晶体振荡器频率及相噪的机理,介绍了目前降低加速度效应的常用措施,并提出一种基于数字补偿系统的新方法。     

导航星全球定位系统(GPS)时钟计划:现在和将来

全球卫星定位系统(GPS)计划的成功首先取决于铯和铷原子频率标准和晶体振荡器的可靠性和工作特性。GPS 可以自豪地提供铷钟在轨道上运行两年的成功经验和铯钟在轨道上运行一年的成功经验。本文总结了最近六个月来计划局所开展的活动和铯钟、铷钟在轨道上的性能。在介绍 GPS 时钟计划时,我们着重介绍 GPS 用户部分情况和开展工作的打算。     

振荡器的计算机辅助设计与组装

本文综述了贝尔实验室在应用计算机方面的经验,包括模拟和设计、数据采集、数据分析、元件选择和其它各种各样的工作。过去,石英晶体振荡器可以很容易地应用线性电路模型来模拟。虽然存在非线性模型(例如,Spicc.Capitol等),但它们不能被用来对晶体振荡器进行闭环分析,因为其中包括有高Q参数。然而最近Waterloo大学研究的WATAND程序已变得很有效并可适用于石英晶体振荡器的闭环非线性分析。在贝尔实验室,线性和非线性两种分析程序正用于评价新设计,同时特别注意元件变化对工艺的影响。计算机完成原始数据采集任务的方法是对温度补偿晶体振荡器进行频率温度测量。附加的应用是对振荡器进行最后的室温检验,以便确定波形特征、功率损耗、电源灵敏性和频率牵引范围(对于压控晶体振荡器)。应用实时元件选择的方法有助于把电阻组合选择来与根据温度试验数据的分析所确定的数值相适应。在压控晶体振荡器和温度补偿压控晶体振荡器中,用实时元件选择的方法来调整变容二极管的工作点,使频率一电压牵引特性最佳。其他应用包括:对性能数据进行统计分析,以便于计划产量;使用模-数和数-模变换器模拟数字补偿流程图来与以微处理器为基础的计算机相对接,以及模拟双转角晶体切型的温度特性。     

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。     

晶体谐振器—振荡器测试设备及测试结果

一、引言美国陆军电子技术及器件实验室(ETDL)的频率控制与计时分部的主要任务是要提高晶体谐振器与振荡器工艺水平,以满足军队用户的要求。第二个任务是向计划管理人员、系统设计人员提供谘询并维持晶体谐振器与振荡器的军用技术指标(也就是MIL-C-3098和MIL-0-55310)。这些任务要求对晶体谐振器和振荡器的工艺水平有详细而实际的了解。本文的目的是概述本实验室的技术力量,介绍一些研究结果,并在需要时向国防部所属用户提供晶体振荡器的测试、选择、技术指标和研制方面的帮助。     

小型抗振时钟晶体振荡器

文中叙述了小型抗振石英晶体振荡器,它的输出频率为２０４.８ｋＨｚ,在－４０℃～８５℃的温度范围内总频率误差小于２０×１０－６。为适应弹上的工作条件,在设计中采用了３．２７６８ＭＨｚ高频晶体和ＣＭＯＳ集成电路做为振荡和频率部分,并在结构设计和安装中做了一些改进。简化了晶体振荡器的技术程序和提高了它的可靠性。分析了晶振的工作情况,介绍了它的电路参数和设计原理及实验中出现的主要问题。结果表明：小型抗振石英晶体振荡器满足了设计和工作要求。     

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。     

石英谐振器技术条件和特性在理论和实际上对精密石英晶体振荡器的设计和性能的影响

由于振荡器的性能总是比它所用的石英谐振器的性能要差,所以,谐振器是晶体振荡器的心脏。设计优良振荡器的重要目标是尽量减小振荡器和谐振器之间的这种性能差异。为了实现这个目标,充分地了解谐振器的性能是十分必要的。这就要了解谐振器的技术条件,以石英谐振器和振荡器的技术条件为基础的计算和振荡器的电路参数。本文对现有谐振器的技术条件作了阐明,并补充了一些有关振荡器和谐振器性能和电路的概念。文章内容特別适合于采用五次泛音低C_1的SC切精密晶体振荡器。     

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.      

SC切晶体谐振器工艺的改进

以前,我们已经讨论了 SC 切晶体的制作,从石英材料切割双转角晶片的技巧和确定 g 灵敏度的试验方法。本文将论述下列几个问题:1)一种采用旋转 X 切法的简化 X 射线定向;2)改变Ψ角时,频率随加速度的变化;3)介绍一个 SC 切成品晶体振荡器的试验结果。     

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。     

体波谐振晶片加速度灵敏度的测定

本文叙述了测定直接工作在微波频率的高次泛音钇铝石榴石(YAG)体波谐振晶片的加速度灵敏度的近似理论。高次泛音声体波谐振器比用其它方法更容易实现低相位噪声倍频微波源,所需硬件也少得多。在参考文献[1]中详细介绍了振荡器的设计及测试。本文通过分析及实验对振动灵敏度作了论述。在静态和振动状两种状态下,对钇铝石榴石(YAG)体波谐振器件进行了电测量。将约为4×10~(-11)/G的加速度灵敏度的计算值(K)与约为1.28×10~(-11)/G的测试值进行了比较。体波谐振的实测值约比典型的三类AT切石英晶体对运动的灵敏度要低两个数级量。     

石英挠性加速度计时域动态建模及补偿技术的研究

介绍了用电激励测试方法测试石英挠性加速度计时的电路，并从时域角度建立了加速度传感器的动态模型，在此基础上对加速度计动态特性做了补偿。     

用传递法检定频率测量装置

一前言随着科学技术的不断发展,铯、铷、氢原子频标与高稳定晶体振荡器指标不断提高,各种频率测量装置(有称频差倍增器,频率比对器、测频器等等)相继问世并不断提高,频率测量装置从频差倍增次数较少增加到10~5倍,至目前发展到由低倍增(或不倍增)测多周期或时间间隔来达到很高的测量精度。对频率测量装置的测量精度的判断一般都采用自相关法自校来进行,但在测量比对中发现一些问题。如一台按4110锁相分频原理研制的10~6倍误差     

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。     

新型无电极晶体振荡器的性能

无电极(BVA)石英晶体振荡器已在法国的Besancon研制成功并由瑞士的Neuchat-el oscilloquartz S.A.进行工业化生产。这种谐振器使石英晶体振荡器的长期性能得到改善。由于允许较高的激励电平,所以也保证了较好的短期稳定度[5][6]。已经用三种不同的振荡器获得了实验结     

96MHz耐振石英谐振器的研制

为了使在高速飞行器上所用石英谐振器具有能承受高强度振动和冲击的能力,把石英谐振器常用的磷铜丝支架改为特殊形状的镍片支架,研制出了96MHz 高频石英谐振器。给出了设计、制作方法和在正弦机械振动频率为10～2000Hz 扫描振动下的静态实验测试数据.测试数据表明,经过3小时以上的振动,这种高频石英谐振器承受住了300m/s~2的振动加速度.还简要地叙述了锁相环路中所用高频石英谐振器对振动加速度的要求.     

一种新型的微机补偿晶体振荡器及开发系统

提出了一种新型的以微处理器为核心的AT切温度补偿晶体振荡器 (MCXO)的设计思想 ,说明了其开发系统的原理 ,给出了最后的实验结果。使用该开发系统得到的这种振荡器可以工作在 - 40℃～ 85℃的环境内 ,频率—温度稳定性≤± 5× 10 - 7。