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。     

超导腔稳频红宝石激射器振荡器

本文介绍一种新型全致冷频率源——超导腔稳频激射器振荡器(SCSMD)的稳定度分析、性能及设计。文中还将介绍该振荡器的各个部件的实验研究结果。它将充分证明采用这一技术方案有可能使频率稳定度达到优于△f/f=10~(-17)的水平。以前设计超导腔稳频振荡器,采用低温下的铌腔与室温下的微波电子器件相结合的方案。但据报道这种方案所能达到的最佳频率稳定度仅为△f/f=3×10~(-16)。这主要是因电子系统与腔体互连的部分不稳定影响了长期性能。但全致冷的方案却不存在这一问题,因为热膨胀系数被冻结(freezing-out)以及完全没有热梯度。红宝石激射器在目前所有微波放大器中噪声温度最低(1.5k),看来它是用于全致冷振荡器的较理想的器件。它的有效输出功率(～10~(-7)W/cm~3在4.2k)足以用来进行时间长于一秒的测量。另外,它具有相当高的增益(Q_m=-100)使得仅需振荡器与稳定腔之间保持很弱的耦合即可。此外,它本身的功耗也很小,即使在低至1k时也能与腔体工作在同一温度环境条件下。但激射器的工作和调谐却需外加磁场,这就产生了一个很重要的技术问题,即需要对超导腔加以磁屏蔽,同时磁场的变化还将产生频率的牵引。为此,文中介绍了采用多腔方案来解决这一问题。该方案将红宝石部件与超导腔隔开一段距离。我们还将谈到具有较大频率牵引效应的低Q腔稳定的激射器振荡器的频率稳定度。最后,本文将介绍有关研制结构最坚固的超导腔的结果。兰宝石的热膨胀系数仅为铌的百分之一,其微波损耗在1.5k时,目前已达的最低值为7×10~(-10)。在兰宝石上镀超导体的谐振腔可达(按设计要求值)Q=10~8。     

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。     

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。     

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。     

氢激射器EFOS、NP、NX性能的最新测试结果

一、引言受国家航空和航天管理局(NASA)哥达德空间飞行中心(GSFC)的委托,本底克斯野外工程公司(BFEC)在一九八三年初测试了奥赛罗库兹(Oscilloquartz)的EFOS-2以及NASA的NX-3和NP-2氢激射器的性能,本文叙述了那次测试的结果。应国家射电天文台(NRAO)买主的请求,Oscilloquartz厂的技术人员把氢激射器EFOS-2运到马里兰州哥仑比亚城BFEC的氢激射器实验室,图1为EFOS-2氢激射器到达实验室不久的照片(图1略,请见原文)。     

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   

利用金属氢化物处理氢激射器中的气体

氢与某些金属和合金之间相互作用的可逆性,在满足氢激射器的氢源供应、氢气流量调节以及保持真空度等方面,得到了十分有效的应用。此外,氢化物在减小激射器的体积、重量和功耗以及改进系统的可靠性等方面都有重要作用。可供振荡式小型化氢激射器运行七年的氢源,可以存储在50克LaNi_5或50克LaNi_(4.7)Al_(0.3)中。包括一个电控钯银合金稳流器在内,氢源所占的容积小于50毫升。为氢激射器配套的吸气剂——离子真空泵组合装置中,用锆石墨作吸气剂。工作经验表明,为确保激射器运行可靠,需要具备洁净的、可烘烤的真空系统。这种真空系统的设计要求是十分严格的。     

史密森天文物理观测台研制的冷氢激射器及有关装置

低温冷却激射器为测量频率偏移和存储壁涂敷材料的弛豫特性创造了有利条件。这种涂敷材料是从常态变为气态物质而被冻结在存储壁上的。我们对FEP—120聚四氟乙烯在77K至48K之间的原始测试结果作了报道,并把这些测量结果和法国de Saintfuscien在372K至77K之间的测试数据进行了比较。对激射器的某些设计性能作了说明。低溫激射器的氢分离器,完全密封在真空环境中,其温度77k。本文还介绍了在真空中工作的分离器和其它一些装置。这些装置已在常温激射器中被采用并进行了测试。它们既适合于太空环境又适合于在地面使用。     

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。     

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。     

多普勒测速与短期频率稳定度

引言频率稳定度是一个重要问题,特别是近十几年来,雷达、空间技术等尖端技术科学的发展,广泛利用多普勒原理来对空间飞行器(卫星、飞船、导弹等)进行精密测速。多普勒测速的关键问题之一是要有一个频率短期稳定度很高,频谱很纯的振荡信号源。本文从多普勒测速对频率短期稳定度的要求出发,分析多普勒测速对参考频率源短期稳定度的要求,探讨用什么定义和术语来描述频标源的频率短期稳定度比较合理。因为在这方面存在着混乱现象。如有的工程用户提出用“相关方差”来描述,有的用“平均频率短期稳定度”来描述,也有的仍然用“标准方差”来描述等等。合理统一工程用户和计量测试部门的术语,对这一问题做进一步的分析是有必     

两种方差在铷原子频标长稳测量中的比较分析

人们通常用阿仑方差 (AllanVariance)来表征原子频标的频率稳定度。在国外 ,测量铷原子频标长期频率稳定度时 ,除采用阿仑方差外 ,也通常运用哈达玛方差 (HadamardVariance)进行表征。本文简要介绍了哈达玛方差和阿仑方差 ,以及两种方差在铷原子频标日频率稳定度测试中的具体应用 ,并对测量结果进行了比较分析。     

氢脉泽谐振腔频率-温度效应分析

进一步改进氢钟的频率稳定度,要求了解影响频率稳定度的各个过程及其影响的相对大小。讨论影响氢钟谐振腔频率的各种热动力学过程。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因此加以选择以便改进频率稳定度。     

一种针对氢原子频标长稳测量的修正阿伦方差算法研究

频率稳定度是氢原子频标内部噪声随机起伏程度的定量描述。文章阐述了阿伦方差作为频率稳定度时域表征的原因,分析了频率漂移对氢原子频标长期稳定度测量的影响,针对此问题,介绍了一种修正的阿伦方差算法。基于最小二乘法估计频率漂移率,定量反映输出频率的漂移规律,并在阿伦方差理论公式的基础上扣除频率漂移引入的系统差。以守时实验室实测时差数据对修正算法进行验证,分析结果表明,修正算法能有效地扣除频率漂移的影响,可应用于氢原子频标的长期稳定度测量中。     

100兆赫低噪声倍频器

一、引言无线电工程上离不开各种源。晶振、频率综合器、原子频标就是不同类型的源。随着通信、雷达、卫星、空间技术的飞速发展,对无线电信号极其重要的频率特性一短期频率稳定度(毫秒及秒级频率稳定度)提出了愈来愈高的要求。因而,对短稳比对测试设备的要求则更高了。在通常采用的时域测量方法,即用“误差倍增技术”扩大信号的相位起伏<噪声功率>的“多周期测量法”做成的短稳比对测试设备里,倍频器是关键部件之一。换     

星载SAR天线指向稳定度对成像质量的影响

从星载合成孔径雷达(SAR)天线指向不稳定对成像质量影响的角度研究天线指向稳定度.对均匀加权天线,详细推导了天线指向不稳定引起的成对回波的位置和幅度,分析了成对回波对点目标冲激响应的峰值旁瓣比、积分旁瓣比的影响.研究了天线指向不稳定造成的多普勒中心频率误差,根据多普勒中心频率误差与图像位置偏移的关系,给出了图像质量对天线指向稳定度的要求.最后进行了计算机仿真,验证了分析结果.     

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.