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。     

声表面波谐振器稳定的振荡器

本文将系统介绍一种用两端对声表面波谐振器(SAWR)作为基本频率控制单元的反馈射频振荡器的设计方法,讨论振荡器频率牵引范围和稳定性之间的折衷选择方法。已经研制出一批甚高频振荡器。这种振荡器的制造成本最低,性能又好。已有十万个以上这种振荡器投入实际使用一年多。效果很好,没出毛病。文中还提出了一些有关使用场效应晶体管(FET)和双极晶体管振荡器的老化特性数据。此外,对振荡器的频率牵引和温度稳定性之间的互相影响作了广泛的研究。     

SC切石英晶体谐振器在甚高频低噪声振荡器中的应用

晶体控制的甚高频振荡器广泛应用于具有优良短期频率稳定度和低相位噪声的信号发生器中。这种振荡器均采用工作在泛音模的 AT 切晶体。由于 AT 切晶体谐振器的幅频效应,使相位噪声难以进一步减小。双旋转切晶体(例如 SC 切晶体)的幅频效应较 AT 切的小得多。因此,可使 SC 切晶体工作在较 AT 切晶体所允许的更大的激励电流上。如果能使振荡器固有的相位起伏不随晶体电流的增大而显著增大,则采用 SC 切晶体元件可以改善晶体控制甚高频信号发生器的短期频率稳定度和噪声。曾用三次泛音 SC 切晶体(而不是用五次泛音 AT 切晶体)进行过100MHz 低噪声振荡器的实际可行性试验。对 SC 切和 AT 切晶体元件的相频特性进行了测量。测量结果表明,晶体元件的功耗能够比使用 AT 切晶体增加6-10dB。对用双极结型晶体管振荡器的噪声源的检查表明,二次及三次失真是造成实际振荡器呈现显著相位闪变的原因。从解凡得堡(微分)方程中出现的频率校正项可了解到减小频率闪变的要求。桥式 T 形振荡器适合于作 SC 切甚高频晶体振荡维持电路。曾研究过这种电路的噪声源(包括调幅闪变噪声的幅相变换),并得到了对上述振荡器所预期的 L(f)的估算值。对相同的一对振荡器进行了测量,预计的 L(f)和所测得的 L(f)很一致。结果表明,和 AT 切甚高频晶体控制振荡器相比较,SC 切晶体控制的甚高频振荡器的L(f)得到了显著改善。     

用互相关法和用三个或多个振荡器法表征频率起伏

一个振荡器自身的稳定度可以用两个辅助振荡器并在这三个振荡器中两两进行比较的方法来加以测定。如果不是同时进行三次比较,直接应用这种原理就会得出错误的结果。然而,这些结果是受了测试系统噪声的影响。为了对三个振荡器进行比较,提出了一些新的方法。这些方法应用方差和互相关的概念,能够单独地表征振荡器的特性,而在不相关时,则可减少杂散噪声源的影响。所以在频率和相位起伏测量中能够得到较好的分辨度。     

用于电子测量仪器设计的Wien电桥理论研究

深入分析了用于电子测量仪器设计的Ｗｉｅｎ电桥振荡器及其变型Ｍｅａｃｈａｍ桥振荡器,给出了提高振幅与频率稳定性、减少波形失真的技术措施。讨论了电压控制式Ｗｉｅｎ电桥振荡器的构成。此外,讨论了Ｍｅａｃｈａｍ型晶体振荡器,给出的电路可作为真空计测量低层大气的压强（７６０￣１０－１Ｔｏｒｒ）。并可用于宇航测量中,以监中能的物理效应。     

低相位噪声倍频微波源

使用高次泛音体声波谐振器(HBAR),可能研制出直接工作在微波频率的低相位噪声倍频微波源。最近,已研制出一个L波段的低噪声源,它能提供约以5MHz为间隔的信号,并能得到与低频石英晶体稳定和倍频的微波源相同的相位噪声抑制度,高次泛音体声波谐振器(HBAR)直接倍频到微波源需要少量硬件,以达到用任何其它方法得到倍频微波源所具有的相同的相位噪声抑制度。稳定的工作是通过利用钇铝石榴石(YAG)、蓝宝石、铌酸锂式铝酸锂等晶体的高次泛音谐振来达到的。它们的固有损耗表明,其潜在Q值近似为石英晶体的十倍。已制成的这种谐振器的频率高达10GHz。对1.5GHz频段的压缩模式,已在几个样品中得到50,000以上的有载Q值。这些谐振器由其晶片上渡漠换能器组成。单纯的反射被限制在换能器之下区域内。晶体牢牢地被装在外壳中,以尽量减小外部振动对频率稳定度的影响。测量振动灵敏度的情况在一篇参考文献中简述。此倍频微波源包括一个用自动频率控制(AFC)回路稳定的低噪声压控振荡器(VCO)。在自动频率控制(AFC)鉴频器中,高次泛音体声波谐振器是决定频率的元件。测量的相位噪声与估计的性能很一致。本文提供了噪声特性的详细情况。用附加的数字控制电路将压控振荡器予调到高次泛音体声波谐振器(HBAR)的任一次响应上,可以很容易地实现倍频。因此,用最少的硬件得到了低相位噪声用电子方法控制的倍频源。     

谐振器工作在两频率上的简接幅频效应

使用单个石英谐振器,能够在加上几种激励电压情况下,同时得到几种谐振频率。几个振荡器可以使用同一个谐振器。但在信号幅度增加时,不会出现线性效应。各种不同振动之间的耦合,主要由下列两方面引起:1)振荡器之间的电子耦合。2)振荡材料本身引起的耦合(通过非线性效应)。文中只考虑了两个谐振频率之间的耦合,其实验数据符合 B.V.A 谐振器。为了消除振荡器之间的电子耦合,可用两个隔离的频率综合器对谐振器进行无源测试。主振模的频率变化,是根据其它模的幅度进行测量的。为了明确起见,把这种效应称做间接幅频效应(或引入的幅频效应)。这里介绍的一些特殊情况包括:采用三次和五次泛音和 B 模的5兆赫 AT 切和 SC 切晶体。本文给出了一些实验结果和曲线图,同时提出了一些应用。     

军用精密声表面波振荡器的研制

近年来,美国雷声公司已经有研制300～600MHz可军用的声表面波振荡器的课题;此种振荡器在频率调节能力和稳定性两方面均达当代最高水平。本文不讨论这种振荡器的详细用途。对它的要求一般为:(1)噪声本底必需至少为-160dBc/Hz;(2)振动灵敏度至少应与AT切体波器件一样好;(3)振荡器频率应能在大致±10ppm频率窗内进行调节并加以保持。在某些情况还要求加热时间小于3分钟。在满足这些要求方面,雷声公司已取得明显进展。本文将对这种进展加以讨论。在频谱纯度方面,文中讨论了二个题目:其一是低噪声放大器。实验证明,当它与310MHz声表面波谐振器联用时,噪声本底可达-176dBc/Hz。其二主要讨论了外部振动对噪声边带的影响。研制声表面波振荡器最重要的方面之一就是它的频率调节能力。利用金衬微调技术被证实既适用于延迟线也适用于谐振器。文中给出了实验结果,也讨论了在焊封过程中产生频移(约100ppm数量级)这一复杂情况。但已提出一种外部牵引频率技术来重调频率。在很多应用场合要求用恒溫箱以保持常温,于是就要求快速加热,而给出的数据要能显示出3分钟加热周期的频率稳定度。最后,除上述要求外,还要求声表面波振荡器的长稳保持在～1ppm/年的水平。利用提供的数据来确定冷焊密封在TO-8型外壳中的器件的基本老化率,同时也示出微调器件以及低振动灵敏度器件的变化率。     

一种仪器用高准确度MCXO

针对频率计等仪器中使用温补晶振的特殊情况提出并实现了一种软件数据补偿的特殊ＭＣＸＯ。其补偿原理与传统的方式有所不同，它不是对振荡器进行补偿控制，而是根据温度的变化以数据方式不断修改晶体振荡器的频率标称值来达到提高准确度的目的，当该振荡器被用作标准来测量其它信号或用它产生标准时间信号时，都以其准确的频率为基础进行运算和处理。所以，这种ＭＣＸＯ不但远比同类ＭＣＸＯ简单，而且在构成系统中获得的准确度也高得多     

用同步振荡器进行同步和跟踪

同步振荡器是一种相干同步和跟踪网络。其中有一外加信号迫使振荡器同步在一个有固定相位差的频率上,该相位差决定于振荡器固有频率和外部频率间的初始频差。同步振荡器可用于跟踪、滤波和分频,并以简单的方法改善输入信号的信噪比。从Vanderpol发表的原著以来的文献中,大多数分析都以强迫振荡器原理为基础。在此情况下,一旦加上外部信号,振荡器就停振。但是,在同步振荡器中,加上外部信号后,它能继续维持振荡。(同步振荡器有很高的选择性(接近于晶体滤波器的选择性,>60dB/倍频程),并在其跟踪带宽内具有线性相位。与+5dB锁相环相比较,同步振荡器还能被信噪比低达-10dB的输入信号同步。同步振荡器构成了一种用其它方法不能实现的新型网络(至少在同样简单,同样质量的情况下是如此。)它也是一种新型的Van der Pol振荡器。它是一种非线性振荡网络,用于线性信号处理如滤波、同步、跟踪和改善信噪比。即使输入信噪比降低,同步振荡器也具有保持恒定输出信噪比的自适应特性。     

相位比较器的取样对频率合成器性能的影响

简单的锁相环频率合成器可以看做一对锁相振荡器。锁相环相位比较仪的取样在理论上和实践上对频率合成器的转换速度都有限制作用。取样还限制了用锁相技术所能达到的输出频谱的改善。文中给出了若干结果。并将这些结果与分析频率合成器系统一模型的连续数据和取样数据进行了比较。     

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。     

利用滤波技术和有效值电压表进行频率稳定度的时域测量

传统的频率稳定度的时域测量都是用计数式频率计采集数据,然后用统计方法处理的。本文介绍利用滤波技术和有效值电压表进行频率稳定度的时域测量技术。这种测试技术具有测试设备简单、测试方法简便,既能给出阿仑方差、滤波方差,又能给出相位噪声谱密度的优点。目前国内外正在推广这种测试短期频率稳定度的方法。     

双混频时差测量系统计算表达式的分析

本文详细推导和分析了双混频时差测量系统的计算公式,解释了式中各量的物理意义,并给出计算表达式的条件公式。文中<σ~2Δyc(2·τ·Δt)>是公共振荡器频率随机起伏二级差分均方,τ为采样周期,Δt 为采样时间。它是双混频时差测量系统所特有的。     

Seektalk铷振荡器的振动补偿

过去,都未曾设计过在剧烈振动条件下工作的原子振荡器。近年来,已设计出一些振荡器能够经受一定的振动,但是,现在要求它们能适应峰值为14g的正弦振动和频谱为0.5g~2/Hz或更高的随机振动。在几年前,也许只要求原子振荡器在这些条件下不被损坏,而现在却是它正常工作的环境条件。改善铷振荡器的加速度敏感性的努力已在铷的部分取得成功,但是,当把晶体振荡器的频率倍增到6.8GHz对铷询问时,石英晶体振荡器中振动产生的边带,就带来了很大的困难。当然,晶体振荡器输出的频率对用户也是有用的,但用户在倍增到超高频或微波时也有类似的困难。减少这种困难的途径有:(1)“非晶体”振荡器,(2)比较不灵敏的石英晶体,(3)加速度计补偿电路,(4)上述几种方法的结合。本文致力于研究振动的加速度计补偿和晶体的加速度灵敏度。R.L Filler博士和V.R.Rosati完成的研究工作中应用了大量的參考资料。我们的计划是把政府机构的研究成果与Efratom的研制能力结合起来,生产一种小型化的铷振荡器,这种振荡器是一种适合于在恶劣的Seektalk振动环境下工作的精密原子振荡器。     

利用Q倍增谐振器改善信号源稳定度的自动频率控制系统

本文实现了一种利用有源Q倍增谐振器稳定振荡器的自动频率控制系统。分析了该锁频环路的静态响应和动态响应,给出了环路传递函数和噪声模型。理论和实验结果都证明该系统可以明显地改善信号源的短期频率稳定度。     

时间与频率计测技术新动向

本文概括介绍了小型军工及商用原子频标性能、超导腔稳定振荡器(SCSO)、201汞离子贮存式频标和双光子光频标技术的发展状况,高质量低噪声VHF晶振、现代光纤参考频率传递系统新进展,以及用双频GPS接收机进行电离层传播时延变化修正、动态瞬变频率和时间间隔分析等技术的新动向。上述计测技术对有关型号任务、计量研究有一定的参考价值。     

提高边缘振荡器的频率稳定性

核磁共振测场仪的关键部分是射频振荡器,射频振荡器的工作状态决定了吸收信号的形状、大小,也决定了振荡幅度和频率。其频率范围又决定了仪器测量范围。振荡幅度取决于正反馈的强弱。由于核磁共振信号比较小,为了提高灵敏度,防止出现共振饱和现象,振荡器工作在临界状态,所以这种振荡器也称为边缘振荡器。典型电路如图所示。     

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。     

电磁干扰自动测量系统

电磁干扰自动测量系统可完成产品诊断测量、环境场测量和基于GJB-151/152标准的有关测量。测量频率范围为14kHz～18GHz,幅度测量精度在30MHz频率以下优于±2.85dB。在30MHz～6GHz范围内优于±3.86dB,在6～16GHz频率范围内优于±4.81dB,在16～18GHz范围内优于±5.06dB。