一种宇航通信用低噪声高频晶振的系统设计

最好的石英谐振器的固有噪声确实比用该谐振器做成的晶振的低得多。本文对使用无源石英谐振器作基准通过锁相环,锁定高功率低噪声5兆赫压控晶振来改善秒级以上频率稳定度,并对5兆赫频率的稳定度向100兆赫VHF压控品振传递的环路设计问题进行了分析、计算。预计系统对于秒以上的短期频率稳定度最终可提高1000倍以上。     

铷原子频率标准的计算机仿真与实验研究

针对被动型铷气泡频标的特点,分块建立了包括量子物理系统、压控晶振、倍频链路以及伺服环路在内的仿真模型,再将这些模型首尾相接起来,构建了铷气泡频标整个系统的闭环仿真模型。最后再利用模数混合仿真工具PSpice,分开环和闭环两种情况对铷气泡频标进行了仿真分析和实验验证。     

时频系统数字锁相技术研究

为了利用外部1PPS信号或10MHz频率信号驯服铷钟或晶振,本文推导建立了数字二阶/三阶锁相环频标模块的仿真模型,对模型中的锁相环、鉴相器量化、DA位数、定点运算、环路更新频率对相位噪声性能的影响等关键问题进行了分析,给出了参数设置依据及仿真结果,完成了频标模块的硬件设计,验证了模型的正确性。     

时频系统数字锁相技术研究

为了利用外部1PPS信号或10MHz频率信号驯服铷钟或晶振，本文推导建立了数字二阶/三阶锁相环频标模块的仿真模型，对模型中的锁相环、鉴相器量化、DA位数、定点运算、环路更新频率对相位噪声性能的影响等关键问题进行了分析，给出了参数设置依据及仿真结果，完成了频标模块的硬件设计，验证了模型的正确性。     

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.      

基于Kalman滤波的GPS跟踪环路晶振闪烁噪声建模方法

由于晶振频率漂移对GPS接收机的载波相位和频率跟踪带来了误差,在载波跟踪系统中需要对晶振误差进行建模。传统基于Kalman滤波的跟踪方法无法对非白的闪烁晶振误差进行准确建模,导致跟踪环路建模产生一定的误差。针对上述问题,文章重点分析了晶振的频域模型建模过程和噪声协方差求解问题,提出了Kalman滤波中晶振闪烁噪声的近似建模方法,并用实际卫星数据验证了建模的正确性。     

关于数字温补晶体振荡器频率短期稳定度的研究

一、前言我们首先提出了具有温度补偿控制数据采集功能的数字式温补晶振(D-TCXO)并对控制数据的采集数与频率变化率的关系进行了研究。数字式温补晶振较比从前的模拟式温补晶振,在更宽的温度范围内,有希望获得更高的稳定度。然而,数字式温补晶振是用数字控制压控晶振(VCXO)来稳定振荡频率的,因此,其频率短稳将受到影响。本文着眼于这一问题,对数字式温补晶振的控制间隔和控制量同频率短期稳定度的关系进行了测试和研究。     

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(标准)组合选择器

本文介绍Bendix Field工程公司和应用物理研究所联合为总部设在戈达德空间飞行中心的NASA空间跟踪数据网研制的频率标准组合选择器。频标组合选择器的用途是为备用定时系统提供备用高性能频率源。设计频标组合选择器是为了最限度地利用站内的一组频率标准,其方法是: 1.将频标的频率输出自动地组合成单一的信号输出,其性能为整组频标的平均性能。 2.自动排除整组频标中有故障的部份。 3.自动地使频标组合选择器的输出保持在相对于UTC的时间和频率上而与整组频标的长期性能无关。 4.由于防止了单点故障,所以频标组合选择器本身的单点故障将不影响工作。本文详细讨论频标组合选择器的设计和如何用不同的分系统来实现其功能。频标组合选择器的心藏是以多次混频相位比较系统为基础的数字式锁相环、数字控制的压控晶体振荡器和微处理器。即使各标准工作在不同频率上。即使有意地使压控振荡器的输出频率偏离该组标准的平均频率,数字式锁相环也能将压控晶体振荡器的相位锁在该组标准的平均相位上。这种偏移特性使频率组合选择器能够利用时间常数很长(一星期)的第二个锁相环来调节偏移频率,使定时系统的输出保持在相对于某一合适定时接收机所提供的1ppm协调世界时标准时间和频率上。第二锁相环还使微处理器能够测定各输入标准相对于协调世界时的频率。这就使频标组合选择器能够在某一输入标准有故障时重新调整压控晶体振荡器的偏移频率,使频标组合选择器的输出保持在相对于协调世界时的频率和时间上。本文介绍频标组合选择器中所使用的数字式锁相环的理论和试验性能以及如何具体实现频标组合选择器的原理。还讨论被称为频率(标准)选择的频标组合选择器分系统,这一分系统只在输入标准有故障时,才转换各输入标准之间的备用输出。     

数字锁相环

本文论述了全数字锁相环的工作原理,提出了如何正确选取环路参数,使其性能稳定,静态误差小(<0.008％),动态特性好。数字锁相环的捕捉范围宽(最高频率是最低频率的三倍),在捕捉范围内锁定时间短(一般平均小于40秒),输入信号的虚假脉冲和漏失脉冲概率小于10~(-3)。与模拟锁相比,本锁相环的最突出的特点是实现了理想的比例加积分滤波器,消除了压控振荡器放大器等元器件参数不稳定等缺点,获得了良好的动态静志特性。电源50周干扰和元器件内部噪声使VCO所产生的寄生调频也得到了消除,达到了模拟锁相所达不到的精度。     

一种低压低功耗的环形压控振荡器设计

设计了一种低压低功耗的环形压控振荡器,它由电压电流转换（V to I）电路及5级延迟单元（delay cell）组成。单位延迟单元采用改进型差分结构,提高了上升及下降速度。同时总的延迟环路采用电容滤波技术,进一步改善了相位噪声性能。分析了环形VCO的相位噪声。电路采用SMIC13V33 1P6MLOGIC工艺,电源电压为1.2 V,仿真结果显示：VCO中心频率为350 MHz,调谐范围为（200-500）MHz,谐振在350 MHz时相位噪声位为-89.5 dBc/Hz@10 kHz,输出波形峰值为0.7 V,功耗为1.2 mW。该VCO可以应用于系统时钟锁相环中。     

改善高频宽压控晶振频率温度稳定性方法

高频宽压控晶体振荡器广泛应用于各种接收机和应答机中,工作温度范围通常为-40℃～+85℃。对于该类晶振,极易出现频率温度稳定性相对于其内部石英谐振器明显恶化的现象。对此,从理论上分析了引起恶化的原因,并提出通过合理控制振荡电路的压控范围和石英谐振器的激励功率,可以改善高频宽压控晶振的温频特性。最后,研制并测试了4只102.3MHz压控晶振,结果优于指标要求,充分验证了方法的有效性。     

《宇航计测技术》2002年总目次(总第127期～132期)

第 1期铷原子频率标准的小型化研究周忠石　王　亮　郭鹏翔 (1)…………………………………………………用大失配功率座法测量稳幅环路的等效源反射系数陈云梅　杨春涛 (7)……………………………………时间频率的高准确度测量方法秦运柏 (13)………………………………………………………………………动态相位噪声测试系统罗　健　张湘晶 (17)……………………………………………………………………5 0ＭＨｚ低噪声压控温补晶振的研制亓　贞 (2 1)…………………………………………………………………数字示波器检定方法研究申其祥　舒　艳…     

50 MHz低噪声压控温补晶振的研制

介绍50 MHz低噪声压控温补晶振的研制,它采用基频25 MHz AT切基频石英谐振器,二次倍频实现50 MHz双路隔离输出;压控范围达±11?0-6;桥式温补网络,在-40℃～70℃范围内可达到±1.4?0-6的频率稳定性;静态相位噪声可达到(1 kHz)-145 dBc,σy(0.1 s)的频率稳定性优于3?0-11;50 mm?0 mm?0 mm的小型结构,双路输出隔离良好;只有12 mA功耗;年老化可达1.2?0-6;在总均方根加速度6 g随机振动下,频率稳定性可达σy(0.1 s)5?0-10。并给出晶振电气性能测试数据。     

GPS锁定晶振的数据处理方法研究

针对GPS锁定晶振频率标准,提出了一种滑动平均值法滤波方法,通过这种算法建立新的取样值与历史取样值相关性,适当选取取样点数形成滑动滤波窗口,改变的滑动滤波窗口大小,能有效克服GPS接收机输出的1×10-6的波动影响,可以在很短的时间间隔内解算出被控晶振与GPS的偏差值,应用于控制算法,不断修正压控晶振的频率,使压控晶振锁定在GPS上。     

620千赫低频压控石英晶体的设计

本文介绍了620千赫低频压控石英晶体的设计与制造。对不同形状石英晶体片的压控灵敏度进行了测试比较。给出了频率温度特性、等效参数和耐振耐冲击耐辐射等特性的测试结果。     

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。     

GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现

为了检测GPS(Global Positioning System)信号,设计了码环及载波环捕获与跟踪数字系统.序贯搜索与窄间隔超前-滞后型数字延迟锁相环的采用,保证了码相位的可靠捕获与精确跟踪,四相鉴频器、叉积自动频率跟踪算法及科思塔环载波相位跟踪算法的结合,既保证了载波频率(多普勒频移)的捕获速度,又使环路能有效地跟踪频率/相位变化,获得较好的动态性能与噪声性能.控制算法及参数确定的软化实现使系统具有较好的灵活性.基于扩频相关器与数字信号处理器的数字系统验证了上述方案的正确性及有效性.      

锁相环在频分制遥测中的应用

本文从理论上分析了锁相环的调频解调器的性能,利用测试信号进行环路参数的最佳设计,并估计了输出滤波器的阶次对解调器性能的影响。推导了一些有用的公式(43),(46)及(53)。根据理论分析制作了一个锁相解调器的实验模型并进行了测试。结果表明锁相解调器可以作为高性能、低门限的解调器在实际中应用。     

铷频标伺服环路对频标稳定度和漂移的影响

本文详细地分析了被动型原子频标伺服环路各部件自身噪声和漂移,以及它们对原子频标输出标频的稳定度和漂移的影响。