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。     

加速度灵敏度优于2×10~(-10)/g的SC切10MHz高Q晶体的设计

力一频效应的理论和实验研究证明,晶体谐振器的加速度灵敏度直接与装架的位置和结构有关。本文的目的就是要阐明低灵敏度晶体谐振器的一种新的设计方法。加在晶体振动部份的表面力和体积力的影响都必须加以考虑。本文将详细介绍这种新的设计方案。统计结果表明,目前在工业上在最不合适的轴向上能够达到的加速度灵敏度在3×10~(-11)/g和2×10~(-10)/g之间。这些数值是用相位调制反射计或用传统的振荡器以“2g翻转”测试法在所有方向上进行试验测得的(均以5MHz和10MHz加以说明。)     

四点安装的SC切和AT切谐振器的加速度和加热特性

本文研究了四点安装的 SC 切和 AT 切谐振器的加速度灵敏度和加热特性。加速度的灵敏度是根据振动引起的边带来确定的。每一个谐振器的测量结果均与振动方向和振动频率呈函数关系。所研究的谐振器的参数包括:切角(AT 和 SC)、固定方位、泛音次数、晶片的几何形状(平平的、平凸的、双凸的)、安装支架的刚度和晶片材料(天然石英、人造石英和经扫掠的人造石英)。预热特性的测量是,先把谐振器浸入冰水中,然后迅速将其浸入沸水中,等达到热均衡之后,用晶体阻抗表(CI-meter)监测谐振器频率。对不同的 AT 和 SC 切设计(基模和三次泛音)的预热时间作了比较。可以看出,四点安装的陶瓷扁平封装的 SC 切谐振器能够在20秒内从0℃预热到100℃,而频率在2×10~(-7)以内。     

氮化铝薄膜及复合体波谐振器

为了在超高频范围内对基模振荡器进行控制和运用滤波器,开展了对于小型体波谐振器的基本材料和器件特性的研究。本文报道了氮化铝(ALN)在构成复合谐振器几何形状和边缘支撑型晶片结构方面的性能。 ALN薄膜是在直流平板磁控管溅镀装置中,用中间电极溅射出来的AL和等离子气体中的N_2之间的等离子体反应生成的。一般溅镀条件是:溅镀压力=1×10~(-3)毛,空气含氮量=99.999％基片温度=200℃,直流功率-225瓦,溅镀率=1.2微米/小时。ALN薄膜的品质用扫描式电子显微镜(SEM)、X射线衍射法和奥格(Auger)电子分光镜进行鉴定。检测结果说明,溅镀的ALN薄膜具有严格的晶向结构,其C轴垂直于Si(硅)基片表面。对于由1.7微米ALN薄膜和8微米Si基片组成的谐振器,测出的基频串联谐振频率为328.53兆赫,基频并联谐振频率为328.61兆赫。这种规格谐振器的Q值约有7500,它在-20℃至+120℃范围内的实测温度系数约为-4×10~(-8)/℃。对于具有1.7微米ALN薄膜和6微米Si基片的谐振器,实测的温度系数是-6×10~(-6)/℃。这种规格谐振器的Q值约为5000,它的基频串联谐振频率是524.11兆赫,而基频并联谐振频率是524.45兆赫。应用微电子半导体加工技术,已经制成了边缘支撑型ALN晶片。晶片厚度为1.0至7微米,面积约为300平方微米。这种晶片是边缘支撑型的,这与以前报道的底膜支撑型薄膜是不相同的。厚度为6.5微米的典型ALN晶片在790兆赫附近产生基模谐振,耦合系数为10.3％。在-20℃至120℃范围内测得的温度系数可达到-20.5×10~(-6)/℃。目前,已按外延特性制造出具有水平C轴的氧化锌ZnO晶片。这种晶片显示出切变波谐振特性,这意味着晶片有很高的谐振Q和比较简单的模式结构。     

石英晶体振子的频率与加速度特性的测量技术

本文介绍一种能够快速测量在随机振动下晶体振子的加速度灵敏度的测量仪器。这种测量仪器比用HP台式计算机构成的频谱分析仪来计算加速度灵敏度与加速度频率的关系并记录下结果要快一些。这种测量仪器能够测出使用仪器的噪声水底,而这种使用仪器能够在频率为500～15000Hz、加速度为10~(-4)g~2/Hz到10~(-3)g~2/Hz时,对低于10~(-10)/g的VHF晶体振子的加速度灵敏度进行测量。本文将讨论用频谱分析仪测量电压和所要求的加速度灵敏度之间的关系,还给出了AC、FC、IT和SC切晶体的加速度灵敏度的计算机取样曲线,用以说明谐振频率与安装系统的关系。     

微波下介质的介电损耗测试与误差分析

本文介绍了一种改进的E010柱形谐振腔近似法测试微波铁氧体材料复介电常数的测试系统。由于在系统中采用了谐波混频和锁相技术,抑制了微波源的寄生调频,消除了稳态的剩余频差,而使源的频率稳定度达1×10~(-8)/小时。同时,在系统中利用双通道零示法克服了微波源输出辐度不稳定对测试的影响。测试精度提高了近十倍。本文还对测试系统做了较详细的误差分析,并给出了误差公式和实验的测试数据。当测试灵敏度为tanδε≈5×10~(-4)时,其精度优于±3％。     

超稳定激光钟

空军为满足先进战斗机的需求已提出高准确度定时频率源和精密惯性导航系统的要求。作者曾提出一种采用多频环形激光陀螺仪(RLG)同时作为陀螺仪和钟的方法。这种器件采用带附加检波器的多频环形激光陀螺,该检波器用于检出583MHz的拍频,并相应地配上必要的电子部件,以产生5MHz的钟信号。已完成两套环形激光陀螺的试验工作。第一套环形激光陀螺在低速旋转时并不起陀螺仪的作用。稳定度数据在lms与200ms之间是较好的,但时间更长则开始变坏。第二套环形激光陀螺起陀螺仪的作用,不过来曾在试验中作过相应的测试。频率稳定度达到4.6×10~(10)/lms;3.4×10~(-10)/10ms;8.7×10~(11)/0.1s;1.6×10~(10)/1.0s;4.5×10~(10)/10s;4.8×10~(-9)/100s。从lms到200 ms的数据主要受量子系统限制。长期稳定度变坏显然是由法拉第转子的温度漂移所引起。建议采用补偿法以改进准确度。环形激光陀螺钟是一种传递型频标,因而在使用前必须调节到参考频率源的频率上。目前可按全球定位系统(GPS)、联合作战情报发布系统(JTIDS)、雷达技术或直接连接到一时间标准等办法作参考来调节环形激光陀螺钟。     

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。     

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。     

自动网络测试系统

本文介绍计量院研制的自动网络参数测试系统。它被用作网络参数国家标准装置。为了提高测量准确度,系统硬件采用了多项先进技术方案,同时研制了新的功能更强的系统应用软件。测试系统工作频带:100～2000MHz,量程可达70dB。反射系数测量不确定度△Г≤±1.5×10~(-3)(1+A) △φ≤±(0.2+tg~(-1)(0.0015)/Г)°.传输系数测量不确定度△A≤±(1×10~(-2)+5×10~(-4)A)dB,Aθ≤±0.2° A<40dB。     

测量高损耗材料在高频下的电容和电阻的新方法

本文介绍精密测量高损耗材料(Q_x 值低至5×10~(-3)左右)的电容 C_x 和损耗电阻 R_x 的新方法。一测量电路的原理图1示出可在高频下不受并联电阻值的影响、准确测量电容和同时侧量该并联电阻的电子电路。图1(")示出的为静电藕合并联谐振式电路,图1(b)则为电磁祸合串联谐振     

低温下工作的石英晶体振荡器

本文介绍石英晶体谐振器在低温下工作的性能试验结果及其在高稳定振荡器中的应用。已经对两种不同型号的晶体谐振器进行了测试:BVA_2型设计(无电极设计)的5MHz谐振器和常规设计的5MHz、五次泛音 AT 切谐振器。在4.2K 时 Q 值大约增加了一个数量级。低于4.2K 时所测出的上述每一种谐振器的 Q 值均无明显的增加。对于这两种型号的晶体,各取一只样品,在靠近2K 时的温度系数和4.2K 时的数值相比较是显著降低了。BVA_2型样品在靠近2K 时的温度系数为3×10~(-10)/K。同一只晶体在靠近2K 时所得到的幅频效应表明,在10~(-7)瓦以上时频率随晶体耗散功率的变化是很大的。本文给出了采用在低温下工作的石英晶体谐振器来稳定振荡器系统的某些结果。     

快速加热的SC切晶体振荡器

本文讨论尾部警戒雷达方案中所采用的石英振荡器的设计和研制。在经过改进的比例控制恒温器中使用 SC 切晶体已获得极好的加热特性。仅五分钟后,稳定度达到1×10~(-8)。该振荡器工作在10兆赫,利用 TO-8型外壳的三次泛音 SC 切晶体。缩小了比例控制恒温器的尺寸,以便得到快速加热所需的最小质量。本文介绍该振荡器的结构和电路设计,并讨论加热、温度稳定性和其它特性的测试结果。文章介绍了有关 SC 切晶体对“g”灵敏度和辐射灵敏度的附加数据。辐射数据表明,稳定度比用 AT 切晶体的要高1-2个数量级。     

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.      

一种新的频稳分析仪WH—91

目前国内好的晶振秒级稳定度已达到2～3×10~(-13)/s,氢钟1000~5以上稳定度已优于几×10~(-14)。国内市场可见的仪器难于满足上述指标的测量,因此研制了一种可满足上述指标的测量仪器——种新的频稳分析仪WH-91,分析了引起误差的各种因素,给出了实测结果,测得非优选8601晶振的秒级稳定度为5×10~(-12)/s,与该晶振的出厂指标符合良好。     

高稳氢钟锁相接收机

为了提高我所现有两台国产氢钟的频率稳定性,采用国内外新技术、新器件,重新研制了高稳定锁相接收机,介绍了锁相接收机的总体设计分析、锁相环路的设计计算,以及环路相位噪声的定量估算。实测结果表明,该锁相接收机的灵敏度优于—120dBm,噪声系数小于2dB。使用这种接收机后,在常温下测试的频率稳定性σ_y(1s)优于5×10~(-13),σ_y(10s)优于6×10~(-14),σ_y(100s)优于2×10~(-14)。     

非整数频标测量系统通过鉴定

航空航天部第一研究院于1992年3月24日对102所研制的“非整数频标测量系统”进行了技术鉴定,中国计量科学院、北京市计量科学研究所以及航空航天部的101所等五个单位的专家参加了鉴定会。经过认真评审,认为: 该系统利用现有仪器与自行研制的宽频带频率变换器组成了一种新的非整数频率测量装置,其测量范围为1～80MHz,测量不确定度达到3×10~(-11)/s(小于10MHz时)和5×10~(-12)/s(大于和等于10MHz时)。频度变换器的研制是本系统的关键,它采用双平衡     

0.033—1.0T标准磁场系统

本标准磁场系统由电磁铁、激磁稳流电源、核磁共振测场仪三大部分组成,电磁铁较小,均匀区达φ60mm(1×10~(-1));激磁稳流电源保证了磁通密度高度稳定,达3×10~(-6)/5分钟,核磁共振测场仪准确度达6×10~(-6)。文中重点介绍了它们的理论依据及采取的主要技术措施。     

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。     

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。