一种小型化铷原子频标腔泡系统及其频移特性

介绍一种新的小型铷频标腔泡系统的结构特点和频移特性。研究了腔牵引效应、微波功率频移、光频移和缓冲气体温度系数对铷频标输出频率的影响。结果表明,上述因素影响都在可以接受的范围内。此腔泡系统体积小、信噪比高、参数优化方便。利用此腔泡系统可以制成小型化、高性能的铷原子频标。

铷原子频标数字伺服系统

分析了铷频标内锁频环路相敏检波基本原理和数字伺服的基本方法.采用单片机(MCU)、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)设计了一种数字伺服系统.利用该数字伺服系统,实现了铷原子频标的闭环锁定,短期稳定度指标达到一般商品铷钟水平.

星载铷原子频标的可靠性强化试验

针对影响星载铷原子频标可靠性的环境因素进行了分析,确定了影响星载铷原子频标可靠性的主要环境敏感应力,根据可靠性强化试验理论和星载铷原子频标的技术特点,设计了可靠性强化试验方案。依据此方案对新研制的某型星载铷原子频标工程样机实施了可靠性强化试验。试验结果表明,该方案对确定该型号铷原子频标样机工作极限、激发其潜在缺陷,均有较好的效果,从而为实现星载铷原子频标的可靠性增长提供了新的思路。同时本研究对同类高可靠航天产品的可靠性增长可提供借鉴。

铷原子频标物理系统小型化设计

介绍了一种用于铷原子频标的小型化物理系统。该物理系统采用了开槽管式微波腔和分离滤光设计方案，体积为30cm^3。对该物理系统进行了初步测试，短期频率稳定度为3．8×10^-12／r^1/2，表明该物理系统同时具备了小型化和高信噪比特点，可以应用于高性能小型化铷原子频标。

一种新型铷原子频标腔泡系统的光频移研究

在自行研制的一种小型化微波腔的基础上,新近研制出采用分离滤光技术的气泡型铷频标腔泡系统。研究该种腔泡系统的光频移特性,确定了该腔泡系统的零光频移和零温度系数点。系统的光频移系数为7.2×10^(-12)/10％。零光频移温度为68℃,比传统的腔泡系统低5～10℃。它不依赖于吸收泡参数,可以通过改变滤光泡参数进行调整,从而简化了参数优化过程。

铷原子频标物理部分改进

本文对星载铷原子频标物理部分进行技术改进。改善磁控管微波腔的结构,使信噪比得到了提高;优化了物理部分光路系统,使光电探测信号强度提高了25%。此外,通过Ansoft HFSS仿真软件建立了微波腔的模型,对腔内场型分布和谐振频率进行了仿真,数字仿真和性能测试显示这种微波腔的谐振模式为TE011模式,且拥有较大的质量因子。最后,对改进后的铷原子频标系统进行了初步测试,发现短期稳定度达到了6.0×10^(-13)τ^(-1/2)(τ为取样时间)。研究结果表明,改进后的物理部分满足铷原子频标的研制需求,适合应用于高性能的星载铷原子频标。

铷原子频标中微波腔HE_(111)模的谐振特性

采用模匹配法对铷原子频标中圆柱谐振腔HE_(111)模的谐振特性进行了理论分析。通过计算几种填充复杂结构介质的圆柱谐振腔的TE_(011)模的谐振频率,并与仿真结果相对照,验证了该方法的正确性。在此基础上,对腔泡位置、长度对HE_(111)模的谐振频率的影响进行了分析。其结论对于原子频标中谐振腔的设计及介质加载谐振腔理论的完善具有一定的理论指导价值。

铷原子频标低噪声9次倍频链设计

铷原子频标短期频率稳定度由物理系统和电路系统共同决定.微波链的相位噪声是电路系统影响铷频标短期频率稳定度的主要因素.本文分析了传统铷频标微波链的结构和工作原理,指出9次倍频器和调制器是微波链相噪的主要来源.为抑制微波链噪声,采用肖特基二极管倍频和提高载波频率的调制方案,设计出一种低噪声9次倍频链.实验结果表明,该倍频链输出90MHz信号的相噪比传统方案降低了12dB以上,可将微波链噪声对铷频标1s频率稳定度的贡献控制在1.9E-13.将该倍频链应用于铷频标,测得铷频标短稳为3.53E-13(1s)、1.27E-13(10s)和3.97E-14(100s).

一种小型化铷原子频标TE_(111)微波腔研究

在理论分析的基础上,选择加载铷泡的TE111模式微波腔。设计一种小型化铷原子频标微波腔。容积24.5mL,重量120g。并初步实现一种腔内倍频的方案。通过与铷频标整机进行联调,能够实现闭环锁定并给出了整机的短期稳定度测试指标。为小型化铷原子频标研制创造了条件。

改进铷原子频标中微波功率频移的试验研究

微波功率频移是影响铷原子频标中长期稳定度的重要因素之一。本文对形成铷原子频标中微波功率频移的机理进行分析研究,对铷原子频标的C场场强、光强和微波场强的均匀性进行优化改进,以减小铷原子频标的微波功率频移敏感性。通过试验测试,进一步验证了形成铷原子频标微波功率频移的机理;总结了铷原子频标微波功率频移的主要特点;并得出在铷原子频标信噪比最大处,铷原子频标的微波功率频移系数优于3.5×10-12 dB-1。

一种高信噪比铷原子频标物理系统

物理系统是铷原子频标的核心部件，通过分析物理系统原子鉴频信号信噪比对频标频率稳定度的影响机理，对物理系统内部结构进行了改进。改进后的物理系统采用了优化的开槽管微波腔，用Xe气作为起辉气体的铷光谱灯，采用分离滤光的三泡设计方案。对改进后的系统进行了初步测试，秒稳定度约为8×10^-13。此结果表明铷原子频标的稳定度可以突破1×10^-12／万，铷原子频标的长期稳定度还有进一步提高的潜力。

铷原子频标中微波功率频移的实验研究

测量了铷原子频标中的微波功率频移,结果表明,微波功率频移主要来源于微波跃迁的二级微扰。

一种铷原子频标射频倍频单元的实现

讨论了射频倍频单元对汽泡型铷原子频标频率稳定度的影响,介绍了一种我们新研制的用于小型汽泡型铷原子频标的数字锁相倍频电路。将该数字锁相倍频电路接入铷原子频标系统后,闭环测得该频标系统的稳定度为σy(τ=1s)≤3×10-11,达到商用小型铷原子频标性能指标,而该倍频电路板的面积仅为原倍频电路板面积的1/2,功耗仅为原倍频电路的1/3。

铷原子频标老化的成因及消除

本文分析了使铷原子频标产生老化的各种因素，并采取了有效措施。长期稳定度测量的实验结果表明，这些措施已基本上消除了老化。

铷原子频标鉴频信号信噪比相关问题分析

频率稳定度是铷原子频标最重要的性能指标.铷频标频率稳定度主要由原子鉴频信号的信噪比决定.本文分析了微波腔的结构、铷光谱灯的光谱纯度和同位素滤光方案对信噪比的影响,指出采用模式优越、微波填充因子大的微波腔,光谱纯度高的铷光谱灯,用分离滤光方法进行同位素滤光,可以提高铷原子鉴频信号的信噪比,从而使铷频标的稳定度指标得到进一步改善.

提高铷原子频标短期稳定度的研究

对影响铷原子频标短期稳定度的三个因素进行了分析,在此基础上提出了改善短期稳定度的方法和措施,并通过试验进行了验证,获得改进后的铷原子频标的短期稳定度指标,短期稳定度从7×10-12/1s提高到1.20×10-12/1s。

小型化铷原子频标数字锁频环路设计与实现

设计并实现了一种用于铷原子频标的小型化锁频环路。采用数字锁相倍频技术，实现了10MHz信号的45．5645833次倍频。再经过一级15次倍频后获得频率为6834．6875MHz的铷原子频标微波探寻信号。通过数字电路技术实现了455．645833MHz信号的小调频。测量并分析了455．645833MHz信号的相位噪声，结果表明电路系统对铷频标频率稳定度的贡献为3．2×10^-12τ^-1/2。测量-rN用该电路得到的铷频标的短期频率稳定度，结果为5×10^-12τ^-1/2（1s≤r≤100s），明显高于一般商品小型化铷原子频标。

铷原子频标赝温度系数研究

提出了一种测量铷原子频标赝温度系数的方法,该方法具有灵敏度高、简便、快速的特点.分析了赝温度系数的物理机理,指出了克服赝温度系数的技术对策.实验结果表明,通过加热器的合理设计,赝温度系数可以降低1到2个量级.

基于CORDIC算法的DDS在铷原子频标中的应用

铷原子频标是各种原子频标中发展最为活跃的,由于其独特的外在及内在的特点,使其在商业通信、空间导航等领域得到最为广泛的应用。铷原子频标中,通过DDS和倍频链共同生成Rb87原子跃迁所需的微波信号,其中带有任意尾数频率DDS的产生是非常重要的一个环节,而目前的DDS多采用查表法来实现,而对于高分辨力的DDS,查表法则需要相当巨大的ROM空间,以至于无法用于较高要求的设计中。简要介绍铷原子频标的基本原理的基础上,提出并且实现了一种基于CORDIC算法的DDS,本算法通过简单的加、减和移位等基本操作来实现DDS的功能,并给出实现DDS的实例。

采用GPS对铷原子频标进行校频

在精密定时中普遍采用铷原子频标，虽然铷原子频标的频率稳定度要远优于晶体振荡器，但仍属于二级频率标准，需要用一级频标对其定时校准，比较麻烦。若能采用新的技术对其进行在线自动校准，不仅可以降低运营成本，也可以提高设备的利用率。本文介绍了一种简便的采用GPS对铷原子频标自动校准的方法，供大家参考。