氫原子鐘的發(fā)展與展望

原子鐘和時間頻率本文從民族政治獨立和國防安全的角度，描述了時間調整制的重要性，并指出了磁體在精確戰(zhàn)爭時代的作用，這不亞于核武器。文中簡單介紹了原子鐘的工作原理、主要性能指標以及國際發(fā)展概況,對現(xiàn)在實用原子鐘的工作與性能做了詳細的描述,同時也指出了近年來國際上的發(fā)展方向。文章對標準時間頻率信號的傳遞方法與準確度也做了大致的說明和比較。文章簡略介紹了我國發(fā)展原子鐘和時間頻率系統(tǒng)的概況,指出了四個方面亟待解決的問題。文章強烈呼吁國家加強對建設我國時間頻率系統(tǒng)和原子鐘的重視,并提出了五條相關重要謀略的意見。被動型氫原子鐘的未來發(fā)展簡略介紹了氫原子鐘的發(fā)展歷史,著重描述了氫原子鐘,包括主動型氫原子鐘和被動型氫原子鐘,在國外和國內的研究進展和工作現(xiàn)狀。對氫原子鐘今后的發(fā)展尤其在我國的發(fā)展進行了展望,指出了為滿足國家戰(zhàn)略需求,在我國加快發(fā)展空間級氫原子鐘的必要性和重要性。最后,簡要介紹了氫原子鐘在某些領域中的特殊作用。定位精度的測定偽距是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基本觀測量。偽距的觀測精度直接決定了系統(tǒng)的導航定位精度。本文明確了偽距、鐘差、設備時延、觀測時刻等基本量的概念和定義,給出了其相互關系,并進一步探討了設備時延的測定與偽距精度評價問題。振蕩問題的模擬本文討論了線性二次型調節(jié)器在GPS馴服振蕩器中的應用方法,首先建立了振蕩器的隨機狀態(tài)模型,在此基礎上,討論了振蕩器的線性二次型調節(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時鐘二維狀態(tài)模型下的實際應用結果。頻率信號間的精密相位處理在頻率和時間測量、控制、鎖相環(huán)電路及頻率變換、相位噪聲測量以及原子頻標的信號處理中,提高精度、簡化設備等是發(fā)展的方向。傳統(tǒng)的高分辨率處理方法是建立在信號連續(xù)相位(或者頻率)比對處理、頻率的歸一化等途徑的基礎上。這種情況會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(其周期等于兩個頻率信號間出現(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(實際上也是等效鑒相頻率的周期)和完全不同于常規(guī)信號間連續(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處理。可能影響到這方面的技術發(fā)展。利用任意頻率信號間的周期群形成的群相位差處理、相位干涉現(xiàn)象的捕捉、以及相位重合點的利用等,在射頻范圍內能夠實現(xiàn)相同或者不同頻率信號間的精密相位處理,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的情況。本文詳細分析和介紹了相應概念的內涵以及應用探討。基于等效鑒相頻率的鎖相技術為了達到高的鎖相精度,本文提出了一種全新的鎖相理念——將不同頻率信號間等效鑒相頻率的概念應用到鎖相環(huán)中,以非常簡單的電子線路實現(xiàn)不同頻率信號間的高精度鑒相鎖相,最終獲得了很高的鎖相精度。cw雷達短期穩(wěn)定度對濾波器的作用本文闡述了頻標在CW雷達中重要作用,討論了頻標短期穩(wěn)定度對CW雷達測速測距精度的影響,提出了CW雷達選擇頻標的基本原則,并分析了濾波器對短期穩(wěn)定度的作用。廣播激勵器方案設計驗證基于DDS器件的基本特點,本文給出了調頻同步廣播激勵器設計思路,并就具體的引腳使用與指令操作進行了初步設計,證明了方案設計的合理性。外接儀器的dls轉換信號傳輸時延校準通過自適應技術方案使二級時間服務器無須外接儀器實現(xiàn)DCLS時間信號傳輸時延的校準,同時可以在傳輸網(wǎng)絡延時發(fā)生改變時自動測量傳輸延時并自動補償時間延時。石英晶體器件發(fā)展趨勢簡單介紹了石英晶體器件的發(fā)展歷程,對目前國內外石英晶體器件的現(xiàn)狀進行了分析,結合技術發(fā)展和未來市場需求,探討了石英晶體器件未來的發(fā)展趨勢。150阻濾波器測試結果介紹了一種采用高基頻晶體制作的150MHz晶體帶阻濾波器,對這種晶體帶阻濾波器的設計、仿真、制作和測試結果作了較詳細的介紹。這種電路的主要特點是:頻率高、較寬的阻帶底部,較小的通帶波動等。動態(tài)溫補晶振的仿真設計現(xiàn)場可編程溫補晶振是在傳統(tǒng)的溫補晶振基礎上,結合鎖相技術及新工藝,研制的用戶可對輸出頻率再設置一種溫補晶振。本文介紹了現(xiàn)場可編程溫補晶振的仿真設計。通過對10MHz到300MHz頻率范圍內的可編程溫補晶振的仿真設計,研制了在-55℃~85℃的溫度范圍內,頻率溫度穩(wěn)定度優(yōu)于±2ppm的可編程溫補晶振。研制的可編程溫補晶振采用了DIP14標準封裝,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,并對它的主振電路、幅度放大電路、濾波電路以及恒溫器電路進行了綜合分析。對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行了分析,并給出方案實施的技術途徑。設計的100MHz晶體振蕩器測試結果表明晶振達到了預期的要求。熱敏電容網(wǎng)絡模型設計采用熱敏電容設計晶體振蕩器的補償網(wǎng)絡,網(wǎng)絡的等效電容作為晶體振蕩器負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,采用熱敏電容補償網(wǎng)絡對晶體振蕩器進行溫度補償,就可以實現(xiàn)溫度補償晶體振蕩器低電壓的應用。本文分析了熱敏電阻網(wǎng)絡模擬溫度補償晶振在低電壓情況下存在的問題,介紹了熱敏電容網(wǎng)絡補償原理和設計方法。通過對20MHz小型低噪聲溫度補償晶體振蕩器的試驗,我們獲得了20MHz晶振(體積11.4×9.6×2.0)在+5V電壓下的補償效果,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℃)。并給出方案實施的技術途徑。設計的100MHz晶體振蕩器測試結果表明晶振達到了預期的要求。溫度穩(wěn)定性好本文介紹了一種甚高頻寬溫工作的溫補晶體振蕩器。它是在傳統(tǒng)溫補晶體振蕩器研究成果的基礎上,結合鎖相環(huán)頻率合成技術而研制成的一種晶振。它不僅具有在寬溫度范圍內(-55℃~85℃)頻率-溫度穩(wěn)定度高的特點,而且具有輸出頻率高、體積小、便于生產(chǎn)調試等優(yōu)點。通過對100MHz~300MHz頻率范圍內的甚高頻溫補晶體振蕩器的研制,已獲得了很好的效果,在-55℃~85℃的工作溫度范圍內,頻率溫度穩(wěn)定度優(yōu)于±2ppm。同時,晶振的體積做到了20.4mm×13mm×10mm(DIP14)。種社會雙電阻網(wǎng)絡溫度補償晶體振蕩器有多種溫度補償方式,本文通過對常用兩種補償方式的比較,介紹了一種改進型雙Г電阻補償網(wǎng)絡作為寬溫補償技術。改進型雙Г電阻補償網(wǎng)絡集成了橋式電阻網(wǎng)絡和雙Г電阻網(wǎng)絡的優(yōu)點,在高低溫極值處具有更強的補償能力,通過試驗證明,采用該種補償網(wǎng)絡的溫補晶振在寬溫-55℃~+85℃范圍內,頻率溫度