中国航天科工二院203所

正原子钟里的贵族——蓝宝石主动型氢原子频标BM2101-03应用领域本地守时、导航、深空追踪、计量、光原子频标、光长度标准、精确原子物理测试、高精度测试、射电天文、地球物理、相对论验证、量子力学试验产品特点·性能指标高频率准确度:3E-13频率稳定度:3E-13/s、3E-15/10000s、3E-15/d相位噪声(5MHz):-125dBc/Hz(1 Hz)、-150dBc/Hz(1 kHz)、-150dBc/Hz(10kHz)     

200MHz小型化高稳恒温晶振的研究

介绍一种新型小型化高频高稳定恒温晶振,输出频率200 MHz,频率老化率优于1×10-8/d,静态相位噪声可达到￡(100 Hz)≤-110 dBc/Hz.整个晶振的体积只有40 mm×40 mm×75 mm,重量小于160g.本文详细阐述了小型化设计思想,讨论了影响稳定度的理论和实践因素,给出晶振电气性能测试数据.     

CPT原子钟微波信号的设计和分析

根据被动型相干布居囚禁原子钟对微波信号的要求,利用小数分频锁相环技术实现了微波频率综合,并通过优化环路带宽得到最佳的输出相噪。测试结果表明:3 417 MHz微波输出在100 Hz处的相位噪声达到-80 dBc;中心频率±50 kHz范围内的杂散抑制达到54 dB,都接近于理论值。将产生的微波用于所研制的CPT原子钟,获得频率稳定度达到1 000 s内6×10-11-1/2,为目前国外商品钟水平。     

高频高稳恒温晶体振荡器设计

本文采用低频高稳振荡与低噪声倍频相结合的方法,并进行精密控温设计,研制了一种高频高稳恒温晶体振荡器,输出频率为100MHz,短期频率稳定度可以实现2.68E-13/s,2.54E-12/100s,老化率优于7E-11/d,谐波优于-50dBc。经随机振动、冲击和温度冲击等环境试验考核,晶振试验前后频率变化均小于±5E-9,可以很好地满足多领域应用对高频高稳定信号源的需求,可靠性高,有利于简化系统构成,缩小设备体积。     

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。     

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。     

连续式直流控温精密恒温系统的分析与实现

设计和制作精密恒温系统是“频率源”研制者普遍关心的问题。本文利用电和热闭合循环的概念阐述了精密恒温系统的工作原理,提出了恒温槽设计的一般原则,并对直流桥式控温电路进行了较为详细的分析,指出了槽内温漂与元器件噪声特性的某些规律,特别着重说明了在制作技术上如何实现高控温精度的措施,最后给出了实验结果。整个恒温系统能保证工作在(-10℃-+20℃)、(+20℃-+45℃)条件下其温度缩减因子(预热4小时)分别为1/5102、1/3472,控温精度优于千分之一。     

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。     

高性能隔离分配放大器的研制

论述了现代精密时频系统对隔离分配放大器的技术要求及其重要作用.介绍了为改进我台守时系统标准频率分配子系统而研制的一个高性能隔离分配放大器.对于5 MHz信号,该分配放大器的反向隔离度和路间隔离度均优于115 dB(5 MHz);相位噪声在1 Hz达到-135 dBc/Hz;噪声本底为150 dBc/Hz;插入秒稳损失达到10-13量级.在13 dBm输出情况下,谐波小于-40 dBc.对该分配放大器主要性能测试涉及的测量方法也作了介绍.     

高速飞行器用石英晶体振荡器

本文论述高速飞行器运行时的恶劣环境对石英晶体振荡器频率稳定度的影响,研究了晶体振荡器的频率振动效应和热效应,论述了把运算放大器用于控温电路对解决低温环境下恒温器快速加热的优越性。研制的两种晶体振荡器分别通过了功率谱密度为0.20g~2/Hz和0.16g~2/Hz的随机振动例行试验;在—30℃的低温条件下加电半小时达到基本稳定状态;频率日老化率达到10~(-9)～10~(-10)量级。文章还叙述了设计中应注意的问题,并给出了具体电路。     

低噪声500MHz频率源

本文介绍一种高可靠、长寿命频率源的设计。为了可靠的工作,该装置采用了备用结构型式,并用体波和声表面波谐振器来保证极低的相位噪声和寄生输出。500MHz 和400MHz 多路输出是由25MHz 参考输入或由一个内部100MHz 温度补偿晶体振荡器直接合成而产生的。当使用外部参考时,25MHz 输入滤波器和两个50MHz、100MHz 附加晶体滤波器保证在最后倍频之前将相位噪声本底减小到理论最小值。500MHz 倍频输出信号用两端口SAW 谐振器进行滤波。这些谐振器在50欧匹配系统中,工作的输入功率电平为+15dBm。滤波电路还保证将内外产生的调制边带减小到可以忽略的程度。在离载波大于2MHz 间隔频率上,其单边带相位噪声低于-174dBc/Hz。同样,在所有频率上,寄生信号均低于-110dBc。频率源工作在有电噪声的环境中。良好的有源、无源滤波和封装屏蔽可保证最小的导电和辐射敏感性。对系统的苛刻要求决定采用无单点故障的备用重复结构。提出的封装设想是使组件的内部连接最短,并使两个备用发生器在物理和电气上互不相关。     

高分辨力原子频标比对装置的研制

高分辨力原子频标比对装置是采用时差法和频率差值倍增技术相结合的方法对待测信号进行频率稳定度的测量。测试结果表明该方案设计的合理性和先进性,其实际测量的附加频率不稳定度指标达到<5.0E-14/1s。     

高稳定度低温蓝宝石微波频率源设计

利用蓝宝石晶体在低温下具有低损耗的特点,设计并研制了本征模式为WGH_12,0,0的蓝宝石微波腔。当温度稳定在6.4K时,其Q值能够达到4.0×10⁸。以此微波腔为基础,形成正反馈振荡回路,并根据POUND电路原理对环路中振荡信号的相位进行控制,提高整机稳定度指标。为满足频率互比测试的需求,采用共用一个低温装置的方案,构建了两台低温蓝宝石微波源,一路输出频率为9.204GHz,另一路输出频率为9.205GHz,两路信号混频,并用时间间隔计数器测量差频信号的频率。经计算,低温蓝宝石微波频率源的秒级频率稳定度达到了3.28×10^-15。     

IIR滤波器在芯片原子钟中的应用

芯片原子钟是具有小体积,低功耗特点的原子钟。本文采用了IIR滤波器方案对芯片原子钟物理系统输出信号进行处理,该方案有利于减小芯片原子钟的体积、提高芯片原子钟短期频率稳定度。实验结果表明,与FIR滤波方案相比,IIR滤波器使用的FPGA资源减小了约58%;与现有模拟滤波方案相比,使用IIR滤波器方案的芯片原子钟频率稳定度提高了1.4×10~(-10)τ~(-1/2)(τ=1s-100s),电路面积减小了10%。     

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。     

射频脉冲序列随机起伏的数据采集

数据采集系统是射频脉冲序列脉间频率稳定度测试系统中的一部分。该系统由微波部分、视频电路及数据采集部分构成。它用于测量雷达脉间相位噪声。射频脉间相位噪声经过微波检测电路、视频电路后变成随机起伏的视频脉冲信号。数据采集就是对脉冲信号采样、模数转换,将一段连续采集的数据存入微机。着重讨论数据采集的工作原理、采集电路的构成、几种采集方法,最后对采集精度及动态进行了分析。     

卫星用精密L波段声表面波振荡器

本文介绍一种在卫星系统发射机中用作固定本机振荡器的740MHz SAW振荡器。该SAW振荡器装在一个2.4立方英寸的外壳内,其中装有一个加热丝、第二级缓冲放大器、功率调整和谐波抑制的滤波部份。该系统的优点是,由于取消了体波振荡器中所需要的倍频链而减小了尺寸和复杂性。100秒平均时间的短期稳定度为2×10~(-10),单边带噪声本底低,电压驻波比为1.1∶1。本文讨论SAW谐振器的短期稳定度和相位噪声这两个设计参数在理论和实际方面的最佳考虑,并介绍使长期稳定度和调谐点的控制均得到改善的制作过程。谐振频率因制造公差而产生的变化与等离子加工微调和静态、动态电容比的最佳设计或者与谐振器的牵引范围有关。半导体渗杂技术的采用减少了金属脱落和因激励电平而产生的附加不稳定性。文中讨论影响精密高频SAW振荡器设计的因素,重点在于晶体管型号和振荡器方案的选择。对场效应晶体管和双极晶体管进行比较,以得到改善短期稳定度的最佳功率电平、所需要的输入和输出阻抗特性以及最低的噪声系数。在这一研究中,对皮尔斯、科耳皮兹和克拉波振荡器方案进行了验证。在作出最后的设计选择时,重新审查了对上述方案的各元件有可能起分流作用的寄生电容和偏压要求的实际考虑。鉴于尺寸的限制,选用组件型恒温系统来稳定振荡器。对振荡器样机在相位噪声、相对频率变化的阿仑方差、功耗和温度稳定度的测试结果作了报道,介绍了邻近相位噪声、噪声本底和平均时间为1秒至100秒的阿仑方差。还介绍了测试考虑,其中包括参考振荡器的要求和电磁干扰-射频干扰效应。     

γ辐照对铷频标物理部分参数影响的研究

通过γ辐照试验,分析了辐照对铷频标物理部分各项参数的影响。辐照后,振荡回路的电流变化对频标准确度的影响可忽略不计;光电二极管受辐照后会使短期稳定度变差,辐照剂量率小于1 400 rad（Si）/h,不会对频标的短稳性能产生显著影响;控温电路受辐照后会引起控温点移动,从而改变频率准确度。     

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.      

氢频标蓝宝石微波腔温度补偿的实验研究

针对当前蓝宝石氢原子频标微波腔的频率温度系数比较高,提出采用一种新的负温度系数晶体—钛酸锶。通过软件仿真计算,对蓝宝石微波腔进行介质温度补偿设计及优化,并比较了钛酸锶与金红石的温度补偿能力。根据仿真设计进行实验,得到的实验结果证明了介质补偿的有效性。当钛酸锶晶体尺寸为Φ17×8 mm时,温度系数为由无补偿时的-66 kHz/℃降为-10.35 kHz/℃。