氫原子鐘的發(fā)展與展望

氫原子鐘的發(fā)展與展望

原子鐘和時(shí)間頻率本文從民族政治獨(dú)立和國(guó)防安全的角度，描述了時(shí)間調(diào)整制的重要性，并指出了磁體在精確戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)代的作用，這不亞于核武器。文中簡(jiǎn)單介紹了原子鐘的工作原理、主要性能指標(biāo)以及國(guó)際發(fā)展概況,對(duì)現(xiàn)在實(shí)用原子鐘的工作與性能做了詳細(xì)的描述,同時(shí)也指出了近年來(lái)國(guó)際上的發(fā)展方向。文章對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率信號(hào)的傳遞方法與準(zhǔn)確度也做了大致的說(shuō)明和比較。文章簡(jiǎn)略介紹了我國(guó)發(fā)展原子鐘和時(shí)間頻率系統(tǒng)的概況,指出了四個(gè)方面亟待解決的問(wèn)題。文章強(qiáng)烈呼吁國(guó)家加強(qiáng)對(duì)建設(shè)我國(guó)時(shí)間頻率系統(tǒng)和原子鐘的重視,并提出了五條相關(guān)重要謀略的意見(jiàn)。被動(dòng)型氫原子鐘的未來(lái)發(fā)展簡(jiǎn)略介紹了氫原子鐘的發(fā)展歷史,著重描述了氫原子鐘,包括主動(dòng)型氫原子鐘和被動(dòng)型氫原子鐘,在國(guó)外和國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展和工作現(xiàn)狀。對(duì)氫原子鐘今后的發(fā)展尤其在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)行了展望,指出了為滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求,在我國(guó)加快發(fā)展空間級(jí)氫原子鐘的必要性和重要性。最后,簡(jiǎn)要介紹了氫原子鐘在某些領(lǐng)域中的特殊作用。定位精度的測(cè)定偽距是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本觀測(cè)量。偽距的觀測(cè)精度直接決定了系統(tǒng)的導(dǎo)航定位精度。本文明確了偽距、鐘差、設(shè)備時(shí)延、觀測(cè)時(shí)刻等基本量的概念和定義,給出了其相互關(guān)系,并進(jìn)一步探討了設(shè)備時(shí)延的測(cè)定與偽距精度評(píng)價(jià)問(wèn)題。振蕩問(wèn)題的模擬本文討論了線性二次型調(diào)節(jié)器在GPS馴服振蕩器中的應(yīng)用方法,首先建立了振蕩器的隨機(jī)狀態(tài)模型,在此基礎(chǔ)上,討論了振蕩器的線性二次型調(diào)節(jié)器,以及狀態(tài)模型的卡爾曼濾波。并介紹了這種控制算法在一個(gè)時(shí)鐘二維狀態(tài)模型下的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。頻率信號(hào)間的精密相位處理在頻率和時(shí)間測(cè)量、控制、鎖相環(huán)電路及頻率變換、相位噪聲測(cè)量以及原子頻標(biāo)的信號(hào)處理中,提高精度、簡(jiǎn)化設(shè)備等是發(fā)展的方向。傳統(tǒng)的高分辨率處理方法是建立在信號(hào)連續(xù)相位(或者頻率)比對(duì)處理、頻率的歸一化等途徑的基礎(chǔ)上。這種情況會(huì)在一系列新的概念的支持下發(fā)生根本的改變。本文探討了頻率信號(hào)間的一些重要參數(shù),包括最大公因子頻率、最小公倍數(shù)周期、等效鑒相頻率(其周期等于兩個(gè)頻率信號(hào)間出現(xiàn)相鄰的相位重合狀況所發(fā)生的群相位移)、量化相移分辨率(實(shí)際上也是等效鑒相頻率的周期)和完全不同于常規(guī)信號(hào)間連續(xù)相位處理的周期群之間的群相位變化特征等。它們更適合于高精度的頻率信號(hào)處理?？赡苡绊懙竭@方面的技術(shù)發(fā)展。利用任意頻率信號(hào)間的周期群形成的群相位差處理、相位干涉現(xiàn)象的捕捉、以及相位重合點(diǎn)的利用等,在射頻范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)相同或者不同頻率信號(hào)間的精密相位處理,往往能夠在GHz到THz的等效鑒相頻率下獲得ps甚至fs量級(jí)的分辨率。這樣的處理也能夠不受限制地推廣到任意頻率信號(hào)的情況。本文詳細(xì)分析和介紹了相應(yīng)概念的內(nèi)涵以及應(yīng)用探討?；诘刃цb相頻率的鎖相技術(shù)為了達(dá)到高的鎖相精度,本文提出了一種全新的鎖相理念——將不同頻率信號(hào)間等效鑒相頻率的概念應(yīng)用到鎖相環(huán)中,以非常簡(jiǎn)單的電子線路實(shí)現(xiàn)不同頻率信號(hào)間的高精度鑒相鎖相,最終獲得了很高的鎖相精度。cw雷達(dá)短期穩(wěn)定度對(duì)濾波器的作用本文闡述了頻標(biāo)在CW雷達(dá)中重要作用,討論了頻標(biāo)短期穩(wěn)定度對(duì)CW雷達(dá)測(cè)速測(cè)距精度的影響,提出了CW雷達(dá)選擇頻標(biāo)的基本原則,并分析了濾波器對(duì)短期穩(wěn)定度的作用。廣播激勵(lì)器方案設(shè)計(jì)驗(yàn)證基于DDS器件的基本特點(diǎn),本文給出了調(diào)頻同步廣播激勵(lì)器設(shè)計(jì)思路,并就具體的引腳使用與指令操作進(jìn)行了初步設(shè)計(jì),證明了方案設(shè)計(jì)的合理性。外接儀器的dls轉(zhuǎn)換信號(hào)傳輸時(shí)延校準(zhǔn)通過(guò)自適應(yīng)技術(shù)方案使二級(jí)時(shí)間服務(wù)器無(wú)須外接儀器實(shí)現(xiàn)DCLS時(shí)間信號(hào)傳輸時(shí)延的校準(zhǔn),同時(shí)可以在傳輸網(wǎng)絡(luò)延時(shí)發(fā)生改變時(shí)自動(dòng)測(cè)量傳輸延時(shí)并自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)間延時(shí)。石英晶體器件發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)單介紹了石英晶體器件的發(fā)展歷程,對(duì)目前國(guó)內(nèi)外石英晶體器件的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,結(jié)合技術(shù)發(fā)展和未來(lái)市場(chǎng)需求,探討了石英晶體器件未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。150阻濾波器測(cè)試結(jié)果介紹了一種采用高基頻晶體制作的150MHz晶體帶阻濾波器,對(duì)這種晶體帶阻濾波器的設(shè)計(jì)、仿真、制作和測(cè)試結(jié)果作了較詳細(xì)的介紹。這種電路的主要特點(diǎn)是:頻率高、較寬的阻帶底部,較小的通帶波動(dòng)等。動(dòng)態(tài)溫補(bǔ)晶振的仿真設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)可編程溫補(bǔ)晶振是在傳統(tǒng)的溫補(bǔ)晶振基礎(chǔ)上,結(jié)合鎖相技術(shù)及新工藝,研制的用戶可對(duì)輸出頻率再設(shè)置一種溫補(bǔ)晶振。本文介紹了現(xiàn)場(chǎng)可編程溫補(bǔ)晶振的仿真設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)10MHz到300MHz頻率范圍內(nèi)的可編程溫補(bǔ)晶振的仿真設(shè)計(jì),研制了在-55℃~85℃的溫度范圍內(nèi),頻率溫度穩(wěn)定度優(yōu)于±2ppm的可編程溫補(bǔ)晶振。研制的可編程溫補(bǔ)晶振采用了DIP14標(biāo)準(zhǔn)封裝,體積為20.4mm×13mm×10mm。100影響晶振性能的因素分析介紹了石英晶體振蕩器的組成及工作原理,并對(duì)它的主振電路、幅度放大電路、濾波電路以及恒溫器電路進(jìn)行了綜合分析。對(duì)影響晶振性能的主要因素——頻率溫度穩(wěn)定度和相位噪聲等進(jìn)行了分析,并給出方案實(shí)施的技術(shù)途徑。設(shè)計(jì)的100MHz晶體振蕩器測(cè)試結(jié)果表明晶振達(dá)到了預(yù)期的要求。熱敏電容網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)采用熱敏電容設(shè)計(jì)晶體振蕩器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)的等效電容作為晶體振蕩器負(fù)載電容不受直流電壓的影響,因此,只要電源電壓能滿足振蕩器電路的要求,采用熱敏電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)晶體振蕩器進(jìn)行溫度補(bǔ)償,就可以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償晶體振蕩器低電壓的應(yīng)用。本文分析了熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)模擬溫度補(bǔ)償晶振在低電壓情況下存在的問(wèn)題,介紹了熱敏電容網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償原理和設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)20MHz小型低噪聲溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的試驗(yàn),我們獲得了20MHz晶振(體積11.4×9.6×2.0)在+5V電壓下的補(bǔ)償效果,頻率溫度穩(wěn)定性≤±1×10-6(-40℃~+80℃);頻率溫度穩(wěn)定性≤±3×10-6(-55℃~+85℃)。并給出方案實(shí)施的技術(shù)途徑。設(shè)計(jì)的100MHz晶體振蕩器測(cè)試結(jié)果表明晶振達(dá)到了預(yù)期的要求。溫度穩(wěn)定性好本文介紹了一種甚高頻寬溫工作的溫補(bǔ)晶體振蕩器。它是在傳統(tǒng)溫補(bǔ)晶體振蕩器研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)而研制成的一種晶振。它不僅具有在寬溫度范圍內(nèi)(-55℃~85℃)頻率-溫度穩(wěn)定度高的特點(diǎn),而且具有輸出頻率高、體積小、便于生產(chǎn)調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)100MHz~300MHz頻率范圍內(nèi)的甚高頻溫補(bǔ)晶體振蕩器的研制,已獲得了很好的效果,在-55℃~85℃的工作溫度范圍內(nèi),頻率溫度穩(wěn)定度優(yōu)于±2ppm。同時(shí),晶振的體積做到了20.4mm×13mm×10mm(DIP14)。種社會(huì)雙電阻網(wǎng)絡(luò)溫度補(bǔ)償晶體振蕩器有多種溫度補(bǔ)償方式,本文通過(guò)對(duì)常用兩種補(bǔ)償方式的比較,介紹了一種改進(jìn)型雙Г電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)作為寬溫補(bǔ)償技術(shù)。改進(jìn)型雙Г電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)集成了橋式電阻網(wǎng)絡(luò)和雙Г電阻網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn),在高低溫極值處具有更強(qiáng)的補(bǔ)償能力,通過(guò)試驗(yàn)證明,采用該種補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的溫補(bǔ)晶振在寬溫-55℃~+85℃范圍內(nèi),頻率溫度