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)。     

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。     

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。     

小型氢原子钟吸气剂泵的研制实验

叙述了小型氢原子钟用吸气剂泵研制实验的原理和方法，分析了实验的结果。采用装有ＹＧＤ吸气剂的吸气泵来维持氢钟正常工作时所需的１０－４￣１０－５Ｐａ量级的超高真空度，可以显著地减小氢钟真空系统的体积，有效地提高整钟的系统可靠性。     

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。     

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。     

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。     

极高真空技术的发展

总结了极高真空(XHV低于10-9Pa的压力范围)获得和测量方法以及获得和测量极高真空的限制因素,描述了降低XHV系统器壁和元件(包括真空规或残余气体分析器)出气率采用的技术。     

航天遥感器用泵驱两相流体回路热真空试验研究

针对航天遥感器核心组件的高精度与高稳定度的控温需求,设计并搭建了一套泵驱两相流体回路(MPTL)试验装置,该装置使用了一套具有被动冷却能力的两相控温型储液器。为验证MPTL系统在高真空、极低温与变化外热流条件下的工作能力,在真空罐内对MPTL系统在不同工况点下的散热与控温能力进行了测试,并通过温度和压力等数据研究了主回路的运行特性、储液器内热力学变化特性及两者之间的传热传质过程。结果表明：MPTL系统的控温点可通过储液器进行快速调整,蒸发器温度的变化受外热流与热源开关影响较小;进入毛细管中的过冷液与储液器中的液相形成的温差保证了储液器冷量的供应;主回路发生相态转变时,储液器与主回路工质交换特性引起了系统压力降脉动。     

频率标准在中国的发展

简单介绍了原子钟研究在中国的发展历史,着重叙述了近年来所取得的成就。包括在中国计量院开发与保存的国家时间频率基准:铯原子束基准和冷原子喷泉基准,后者的频率准确度达到了3.10-15。叙述了氢原子钟,包括主动激射器频标和被动型氢钟两种类型的研究工作进展;说明了光抽运铷原子钟的研制与生产情况以及性能指标。强调了中国光抽运铯原子束频标经过长期连续工作所取得的优秀成果。简述了中国在微波与光频离子储存原子钟以及在光频测量和光钟上所取得的进展。     

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。     

新型氢激射器的环境性能分析

本文描述了为国内VLBI网络而建立的新型、可搬运氢激射器的环境性能测试,给出了磁场、压力、热性能的测试结果。测试表明,在0～3.33×10~3Pa压力变化范围内无明显压力效应,而磁场与热灵敏度分别为1.1×10~(-12)/G与3×10~(-14)/℃(时间常数为32小时或更长),后者还包含了快作用与慢作用两个过程。     

真空系统的设计

清洁、大抽速真空系统是现代空间环模设备中必不可少的组成部分之一。文章详细的介绍了中国大型空间环模器KM6真空系统的组成及各个组成部分的设计思路、方法。内容涉及真空获得、真空测量、检漏、选泵、配泵、流导计算等。为大型真空设备的研制提供一个有益的思路和便捷的方法。     

轻便型氢脉泽研制计划的试验结果

在美国空军支持下西格玛-托标准公司承担的定名为“轻便型氢脉泽的研究和发展计划”已经完成。从小型腔脉泽的新概念开始,通过对试验电路板脉泽的测试,该项工作已经从试验性泡和腔的最佳选择进展到对称之为“小型氢脉泽”第一台工作样机的设计、制造和测试。为了达到计划的目的,在过去的实践基础上提出一些新的试制和改进的要求。这些要求是:改进氢源,改善射束光学设备,新的选态器、新的腔频控制技术和Q的提高以及更小型的高效电子系统。本文介绍“小型氢脉泽”最近的试验结果,同时也将讨论氢脉泽进一步小型化和在改善大泡氢脉泽方面改进加工工艺的意义。     

真空与磁场热处理改善FeCo合金的软磁性能

针对发电机中转子用FeCo合金(国产牌号1J22)进行了组织结构与磁性能的研究.通过对该合金进行真空处理以及磁场热处理,研究了组织结构对软磁性能的影响规律;研究了附加磁场强度以及热处理温度对磁场处理效果的影响,并结合该合金的磁致伸缩伸缩系数的变化规律,分析了磁场热处理效果的微观机制.当合金组织为轧制态时,磁场热处理效果不明显;在合金的再结晶温度以上进行磁场热处理时,获得了显著的磁场热处理效果,矫顽力下降至72A/m(0~9Oe)以下.     

中国星载微波辐射计地面定标技术的研究进展

综述了中国微波辐射计地面定标技术的发展历程和研究成果。详细介绍了中国风云三号气象卫星热真空定标总体技术方案,以及近期在微波波段宽带定标源优化设计和研制、发射率测量技术、实验室定标与热真空定标方法及亮温传递系统不确定度分析方面取得的研究成果。对未来需要开展研究的定标技术做了初步分析。     

空间合成孔径雷达发展简况

合成孔径雷达(SAR)的研究始于50年代,作为产生高空间分辨率表面图象的专用主动微波系统,于60年代投入使用。合成孔径雷达在海洋观测方面的用途已被“海洋卫星”所证明,航天飞机成象雷达(SIR)在合成孔径雷达的研究方面也取得了较好的成果。海洋卫星合成孔径雷达是第一台用于海洋观测的SAR。海洋卫星于1978年发射,星上雷达系统由平面阵列天线、发射和接收遥感器、模拟数据线路、数据格式编排器、     

德尔它4H未能将有效载荷送入轨道

波音一次性运载系统公司的德尔它4H／4050H重型运载火箭2004年12月21日在卡纳维拉尔角空军基地进行了首次鉴定飞行。但由于火箭第一级推进系统过旱关机，重5993千克的“验证星”模拟有效载荷(又称“重型运载器实用发射业务验证有效载荷”，即HLVOLSDP)以及由新墨西哥州立大学、亚利桑那纠1立大学和科罗拉多大学博尔德分校共同研制的各重15千克的技术试验卫星“三角星”(3CSat)1和2都未能进入轨道。