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基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法 被引量:3
1
作者 宋会杰 董绍武 +4 位作者 王翔 姜萌 章宇 郭栋 张继海 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期108-118,共11页
原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标... 原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标准时间的自主性和安全性,本文基于国产钟的噪声特性,在最优控制理论的框架下研究了线性二次高斯控制算法,该算法属于闭环控制算法,从同步时间、频率控制准确度和频率控制稳定度方面研究国产钟性能,最后分析了不同控制间隔对国产钟性能的影响.结果表明随着二次损失函数中约束矩阵W_(R)的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高.W_(R)相同情况下,随着控制间隔的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高,对于W_(R)=1时,控制间隔为1 h的同步时间为5小时,控制准确度为1.83 ns,1 h的Allan偏差为1.81×10^(-13);控制间隔为8 h的同步时间为28 h,控制准确度为4.48 ns,1 h的Allan偏差为1.48×10^(-13).控制国产光抽运小铯钟的中长期稳定度都得到提高. 展开更多
关键词 原子钟状态模型 线性二次高斯控制 KALMAN滤波 原子钟噪声
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基于低通滤波器的原子钟时差测量数据降噪处理及其性能分析 被引量:1
2
作者 李宗源 袁海波 +3 位作者 张虹 张继海 刘素芳 王一桁 《时间频率学报》 CSCD 2024年第3期171-179,共9页
时间间隔计数器是守时中获取原子钟比对数据最常见的比对设备,但其获取的比对数据会受硬件性能、被测信号质量和测量方法的影响,在测量脉冲信号之间的时间差时,引入一定的不确定度。直接使用原始数据对原子钟中短期稳定度评估可能会带... 时间间隔计数器是守时中获取原子钟比对数据最常见的比对设备,但其获取的比对数据会受硬件性能、被测信号质量和测量方法的影响,在测量脉冲信号之间的时间差时,引入一定的不确定度。直接使用原始数据对原子钟中短期稳定度评估可能会带来不可忽略的影响,简要分析了经Savitzky-Golay滤波器降噪后的计数器测量噪声与频率稳定度之间的关系,并结合K折交叉验证方法确定了滤波器各项参数,以避免滤波失真。实验表明在滤波器多项式阶数为2,窗口宽度为141时,所获得的时差数据滤波后能够准确反应被测原子钟平均时间为100 s及以上的频率稳定度,为准确评估原子钟的短期稳定度提供了一种有效的数据处理方法。 展开更多
关键词 频率稳定度 时差测量 噪声处理 Savitzky-Golay滤波器
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小型磁选态铯原子钟性能测试数据的统计与分析
3
作者 陈江 刘志栋 +5 位作者 王骥 马沛 郭磊 黄良育 杨军 宋冰冰 《真空与低温》 2024年第6期658-663,共6页
LIP Cs-3000是一种国产的小型磁选态铯原子钟,在时频计量、卫星导航等领域获得应用。对近期交付的LIP Cs-3000性能测试数据进行统计与分析,得到了准确度的分布与范围,同时得到了峰谷比、信噪比、Ramsey线宽等指标的分布。从理论上估计... LIP Cs-3000是一种国产的小型磁选态铯原子钟,在时频计量、卫星导航等领域获得应用。对近期交付的LIP Cs-3000性能测试数据进行统计与分析,得到了准确度的分布与范围,同时得到了峰谷比、信噪比、Ramsey线宽等指标的分布。从理论上估计了铯原子钟输出信号的稳定度指标范围,验证了该范围与实际测量相符。同时对电子倍增器电压每日增幅进行了统计,结合装铯量给出了LIP Cs-3000铯钟倍增器寿命的分布。统计与分析结果不仅有助于磁选态铯钟的性能提高,也有助于其他小型铯原子钟的性能提升。 展开更多
关键词 磁选态铯原子钟 峰谷比 信噪比 Ramsey线宽 电子倍增器
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一种基于Labview的喷泉钟 控制系统设计与实现
4
作者 王新文 于明圆 +2 位作者 白清松 杜润昌 刘类骥 《时间频率学报》 CSCD 2024年第2期81-89,共9页
为了快速验证喷泉钟技术方案,设计搭建了一种基于Labview图形化编程环境的控制系统,硬件上使用标准信号板卡和商用外围电路模块,软件上采用主任务循环结合硬件触发的方式。经测试,控制系统的信号同步和控制精度可以达到μs量级,Ramsey... 为了快速验证喷泉钟技术方案,设计搭建了一种基于Labview图形化编程环境的控制系统,硬件上使用标准信号板卡和商用外围电路模块,软件上采用主任务循环结合硬件触发的方式。经测试,控制系统的信号同步和控制精度可以达到μs量级,Ramsey谱线线宽为1.65 Hz,喷泉钟秒稳大约为1.18×10^(-12),满足了喷泉钟对激光、微波和数据采集等要素的基本控制要求,实现了喷泉钟的正常运行。 展开更多
关键词 LABVIEW 控制系统 同步精度 喷泉钟 激光冷却
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光抽运小铯钟光频移评估与抑制方法研究
5
作者 韦强 《时间频率学报》 CSCD 2024年第2期73-80,共8页
光频移是光抽运小铯钟的主要频移之一。以国产光抽运小铯钟为例,讨论了光频移的主要来源,并提出了几种减小光频移的措施,包括:提高激光束准直度,减小镜面反射杂散光;综合利用原子饱和吸收谱和原子束荧光谱,校准探测光束和原子束的垂直度... 光频移是光抽运小铯钟的主要频移之一。以国产光抽运小铯钟为例,讨论了光频移的主要来源,并提出了几种减小光频移的措施,包括:提高激光束准直度,减小镜面反射杂散光;综合利用原子饱和吸收谱和原子束荧光谱,校准探测光束和原子束的垂直度;特殊设计光回收结构和工艺,有效抑制漫反射杂散光;设计温度补偿电流方案,提高光频校正速率;设计基于液晶相位延迟器的光功率稳定环路,实现光功率稳定度Allan方差1 s进入10^(-5)量级,远端在10^(-4)量级;在确保原子高效抽运的情况下,结合整钟频率准确度变化趋势,选择合理的探测光功率。将前述减小光频移的措施实际应用于12台光抽运小铯钟产品,实测结果显示:将拟合误差值纳入评估,光频移系数bmax区间在2.04×10^(-13)/mW到4.96×10^(-13)/mW之间,按典型光功率值1.3 mW估算,长期稳定度受光频移的实际影响远小于6.45×10^(-16),对于目前批产的小铯钟而言,这部分频移量的影响是可以忽略的。 展开更多
关键词 光抽运-光检测 商品化 铯原子钟 光频移
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时间频率基准装置的研制现状 被引量:9
6
作者 阮军 王叶兵 +4 位作者 常宏 姜海峰 刘涛 董瑞芳 张首刚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第16期56-64,共9页
时间频率基准装置——铯原子喷泉钟,在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用.介绍了铯原子喷泉钟的工作原理,对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析,影响频率稳定度性能的主要因素为Dick效应相关的原子团装载时间... 时间频率基准装置——铯原子喷泉钟,在标准时间产生和保持、基础物理研究中发挥了重要的作用.介绍了铯原子喷泉钟的工作原理,对影响其性能的各项噪声源和频移项给出了分析,影响频率稳定度性能的主要因素为Dick效应相关的原子团装载时间、微波激励源相位噪声和探测激光的频率噪声,影响频率不确定性能主要频移项为:黑体辐射频移、冷原子碰撞频移、腔相位分布频移和微波泄露频移;总结和比较了当前具有先进性能的铯原子喷泉钟采用的技术;介绍了铯原子喷泉钟的主要应用方向、空间冷原子铯钟的研制情况和光学频率原子钟进展. 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 频率稳定度 频率不确定度 光学频率原子钟
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GPS星载原子钟性能评估 被引量:38
7
作者 贾小林 冯来平 +1 位作者 毛悦 杨海彦 《时间频率学报》 CSCD 2010年第2期115-120,共6页
介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block ... 介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block IIR星载铷原子钟天稳已经处于1~3×10-14的水平。 展开更多
关键词 准确度 漂移率 Hadamard方差
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铯原子喷泉钟NTSC-F1研制进展 被引量:8
8
作者 阮军 王心亮 +7 位作者 刘丹丹 管勇 张辉 陈江 林睿 余凤翔 施俊如 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2016年第3期138-149,共12页
铯原子喷泉钟在守时系统起校准作用。介绍了铯原子喷泉钟NTSC-F1的4个子系统及运行参数,与氢钟比对测量获得了NTSC-F1的频率稳定度性能,实现了系统不确定度的初步评定,给出了各频移项的频移量和不确定度,并对NTSC-F1的改进进行了介绍。
关键词 铯原子喷泉钟 频率稳定度 频率不确定度
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磁选态铯原子频率标准技术研制进展 被引量:6
9
作者 王骥 黄良育 +8 位作者 陈江 马沛 刘志栋 郭磊 成大鹏 马寅光 董鹏玲 崔敬忠 张照瑞 《时间频率学报》 CSCD 2022年第1期15-25,共11页
磁选态铯原子频率标准作为精密的守时与时间频率计量仪器设备已经实现了国产化和批量应用。介绍了国产磁选态铯原子频率标准的关键技术,包括准直器、单束磁选态束光学、电子倍增器、低噪声微波源和数字伺服控制。进一步,针对不同应用场... 磁选态铯原子频率标准作为精密的守时与时间频率计量仪器设备已经实现了国产化和批量应用。介绍了国产磁选态铯原子频率标准的关键技术,包括准直器、单束磁选态束光学、电子倍增器、低噪声微波源和数字伺服控制。进一步,针对不同应用场景,开发了守时型、轻量化、星载铯原子频率标准产品,实现了磁选态铯原子频率标准的自主可控。 展开更多
关键词 铯原子频率标准 磁选态 守时型原子钟
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基于异频相位处理的新型氢原子频标锁相系统 被引量:8
10
作者 杜保强 周渭 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1262-1267,共6页
在等效鉴相频率的基础上,提出了一种新型氢原子频标锁相系统的设计方案.利用频率信号间相位差变化的规律性,无需频率归一化便可完成相互间的线性相位比对即异频鉴相.将异频鉴相应用于主动型氢原子频标的锁相环路中,通过参考信号和被锁... 在等效鉴相频率的基础上,提出了一种新型氢原子频标锁相系统的设计方案.利用频率信号间相位差变化的规律性,无需频率归一化便可完成相互间的线性相位比对即异频鉴相.将异频鉴相应用于主动型氢原子频标的锁相环路中,通过参考信号和被锁信号间等效鉴相频率的合理选择,可以做到异频率信号间的直接鉴相并能获得很高的锁相精度.实验结果表明了该设计方案的科学性和先进性,其锁相精度可达10-12/s量级,与传统氢原子频标锁相系统相比具有电路简单,锁相精度高,附加噪声小,可以异频直接锁相等特点,因而在导航定位、空间技术、通讯、计量、精密时频测控等领域获得广泛应用. 展开更多
关键词 群周期 异频鉴相 群相移 异频锁相 氢原子频标
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一种小型化铷光谱灯的设计 被引量:6
11
作者 余钫 金鑫 +2 位作者 管妮娜 高军毅 盛荣武 《宇航计测技术》 CSCD 2008年第1期13-16,29,共5页
光谱灯的小型化是谱灯抽运被动型铷原子频标小型化的关键之一。分别对光谱灯的机械结构、热结构、电磁结构和电路结构进行了分析、仿真和优化,并改进设计了一种小型化的铷光谱灯,经过测试取得了比较理想的结果,其主要性能指标如下:体积&... 光谱灯的小型化是谱灯抽运被动型铷原子频标小型化的关键之一。分别对光谱灯的机械结构、热结构、电磁结构和电路结构进行了分析、仿真和优化,并改进设计了一种小型化的铷光谱灯,经过测试取得了比较理想的结果,其主要性能指标如下:体积<14 mL,灯温<115℃,激励电流<80 mA,光漂移<1.10-4/d,光温度系数<1.10-3/℃。此小型化的铷光应谱灯已应用于小型化铷原子频标中。 展开更多
关键词 气泡型铷频标 小型化光谱灯 +唯象仿真
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铯原子喷泉钟均匀C场的实现 被引量:6
12
作者 吴长江 管勇 +3 位作者 陈江 张辉 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2011年第2期81-86,共6页
C场均匀度是影响铯原子喷泉钟性能的重要因素。为了消除漏磁等对磁场均匀度的影响,加入补偿线圈,通过用最小二乘法计算,逐次得出补偿线圈的个数、位置与电流。实验表明:计算数据与实验结果吻合,得到C场不均匀性小于2 nT、长度达48 cm的... C场均匀度是影响铯原子喷泉钟性能的重要因素。为了消除漏磁等对磁场均匀度的影响,加入补偿线圈,通过用最小二乘法计算,逐次得出补偿线圈的个数、位置与电流。实验表明:计算数据与实验结果吻合,得到C场不均匀性小于2 nT、长度达48 cm的均匀区。 展开更多
关键词 铯喷泉钟 磁屏蔽 最小二乘法
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铷原子频标低噪声9次倍频链设计 被引量:2
13
作者 邱紫敬 祁峰 +2 位作者 明刚 钟达 梅刚华 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3046-3050,共5页
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... 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). 展开更多
关键词 铷原子频标 倍频 调制 相位噪声 频率稳定度
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双极型磁选态单束铯束管内铯原子运动轨迹的算法改进 被引量:2
14
作者 朱宏伟 陈江 +2 位作者 张涤新 王骥 袁博 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2189-2194,共6页
针对简化算法得到的铯原子运动轨迹精度不高的结果,通过分析磁选态单束铯束管内双极型选态磁铁的磁场分布,提出了不简化磁场梯度和有效磁矩,用布利厄施-施多厄方法求解铯原子运动方程的算法。用此算法得到的铯原子运动轨迹与通常采用的... 针对简化算法得到的铯原子运动轨迹精度不高的结果,通过分析磁选态单束铯束管内双极型选态磁铁的磁场分布,提出了不简化磁场梯度和有效磁矩,用布利厄施-施多厄方法求解铯原子运动方程的算法。用此算法得到的铯原子运动轨迹与通常采用的简化算法得到的轨迹相比,最大差异约为1.0mm。此计算结果影响管内机械组件的安装对中位置,可用于束光学模拟计算,提高短期稳定度指标。 展开更多
关键词 磁选态单束铯束管 双极型选态磁铁 布利厄施-施多厄方法 铯原子运动轨迹
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基于GPS的新型二级频标锁定系统 被引量:5
15
作者 杜保强 周渭 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2563-2570,共8页
提出了一种基于GPS的新型二级频标锁定系统的设计方案。利用信号的时延稳定性和群相位差变化的规律性,产生一种基于长度游标的高精度时间间隔测量方法。将该方法应用于二级频标锁定系统中,通过对被测时间间隔进行多尺度卡尔曼滤波,在MC... 提出了一种基于GPS的新型二级频标锁定系统的设计方案。利用信号的时延稳定性和群相位差变化的规律性,产生一种基于长度游标的高精度时间间隔测量方法。将该方法应用于二级频标锁定系统中,通过对被测时间间隔进行多尺度卡尔曼滤波,在MCU控制下算出GPS与二级频标分频信号之间的相对频差;根据二级频标的频-压控制特性得到补偿电压,将该电压进行D/A转换后送到二级频标的压控端,调整输出频率,形成二级频标锁定系统。实验结果表明其锁定精度可达10-12/s量级,与传统频标锁定系统相比具有电路简单,成本低廉,附加噪声小,锁定精度高等特点。 展开更多
关键词 频标锁定系统 异频鉴相 群周期 长度游标 多尺度卡尔曼滤波
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铯喷泉钟冷原子碰撞频移的差分法测量研究 被引量:3
16
作者 林睿 王心亮 +7 位作者 刘丹丹 管勇 张辉 陈江 余凤翔 施俊如 阮军 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2017年第4期207-212,共6页
铯原子喷泉钟作为频率基准标校其他原子钟。冷原子碰撞频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一。本文从理论上分析了基于原子数的差分测量法中各项参数在测量碰撞频移中的影响,研究表明:冷原子碰撞频移测量的统计不确定度主... 铯原子喷泉钟作为频率基准标校其他原子钟。冷原子碰撞频移是影响铯原子喷泉钟频率不确定度的主要因素之一。本文从理论上分析了基于原子数的差分测量法中各项参数在测量碰撞频移中的影响,研究表明:冷原子碰撞频移测量的统计不确定度主要取决于喷泉钟运行时高低原子数密度频差的阿伦方差,其系统不确定度取决于原子数的涨落、高低原子数密度之间的非线性密度比。应用该方法测量了铯原子喷泉钟NTSC-F1的碰撞频移,获得测量的冷原子碰撞频移的平均值为4.0×10^(-15),其测量的统计不确定度(A类)为3.2×10^(-15)(t=32 768 s);其系统不确定度(B类)为6.5×10^(-16)。 展开更多
关键词 铯原子喷泉钟 频率不确定度 冷原子碰撞频移 差分测量法
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温度对POP Rb原子钟性能影响的研究 被引量:3
17
作者 薛文祥 陈江 +1 位作者 杜志静 张首刚 《时间频率学报》 CSCD 2012年第3期129-136,共8页
从温度对缓冲气体碰撞频移和弛豫率的影响出发,对充有Ar和N2这2种缓冲气体的POP(pulsed optically pumped,脉冲激光抽运)汽泡式铷原子钟的温度特性进行了理论和实验研究。研究表明,Ar与N2的气压比为1.6时,60℃的线性温度系数为0;不同温... 从温度对缓冲气体碰撞频移和弛豫率的影响出发,对充有Ar和N2这2种缓冲气体的POP(pulsed optically pumped,脉冲激光抽运)汽泡式铷原子钟的温度特性进行了理论和实验研究。研究表明,Ar与N2的气压比为1.6时,60℃的线性温度系数为0;不同温度时,布居数差弛豫率1和相干弛豫率2各不相同,若1 2,则POP铷原子钟Ramsey条纹包络在微波场与原子跃迁失谐为0附近为凹陷,信噪比较差,反之,为凸起,信噪比较高。研究结果对设计POP原子钟的缓冲气体气压比和工作温度,以及提高POP原子钟的中长期稳定度有一定借鉴作用。 展开更多
关键词 POP铷原子钟 弛豫率 缓冲气体 Ramsey条纹
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小型TE_(111)无泡隔膜腔氢脉泽的实验研究 被引量:2
18
作者 王庆华 翟造成 +1 位作者 张为群 林传富 《计量学报》 CSCD 北大核心 2000年第2期89-94,共6页
研究了圆柱形TE111模式无泡谐振腔,根据脉泽振荡条件验证了新模式的可行性,对该谐振腔进行了模式分析、结构设计及腔频灵敏度计算,并对这种氢脉泽进行了感应辐射信号的观察和正反馈振荡实验。
关键词 氢脉泽 TE111无泡隔膜腔 频率标准 氢原子钟
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小型铯原子钟微波腔调谐过程的仿真研究 被引量:2
19
作者 黄良育 王骥 +2 位作者 陈江 张涤新 马寅光 《宇航计测技术》 CSCD 2012年第6期35-37,76,共4页
通过建立模型,利用Ansoft HFSS 12.0对小型铯原子钟内微波腔的调谐过程进行了仿真,得到了调谐棒半径、在调配器内长度与微波腔谐振频率之间的关系曲线。结果表明,调谐棒半径一定时,调谐棒长度在一定范围内,微波腔谐振频率随着长度的增... 通过建立模型,利用Ansoft HFSS 12.0对小型铯原子钟内微波腔的调谐过程进行了仿真,得到了调谐棒半径、在调配器内长度与微波腔谐振频率之间的关系曲线。结果表明,调谐棒半径一定时,调谐棒长度在一定范围内,微波腔谐振频率随着长度的增加逐渐下降;随着半径的增大,微波腔谐振频率的变化范围逐渐增大,在铯原子跃迁中心频率处,调谐棒长度对微波腔谐振频率的影响变大。根据仿真结果,给出了调谐棒半径的取值范围,为微波腔的设计、加工和调谐提供了理论指导。 展开更多
关键词 铯原子钟 微波腔 谐振频率 模拟
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用于铯芯片级原子钟的4.596GHz射频源研制(英文) 被引量:2
20
作者 季磊 汤亮 张忠山 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期160-164,共5页
芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射... 芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596GHz的射频源,射频源由三部分组成,包括小数分频频率综合器、压控振荡器和环路滤波器。数字锁相环具有相位噪声低,频谱稳定度高等特点。此外,由于小数分频频率综合器是可编程的,可以通过配置N分频器与R分频器实现输出频率的快速扫描。与此同时,根据相关公式,可以计算出三阶无源环路滤波器的近似参数值,所设计的环路滤波器具有300kHz的环路带宽以及55°的相位裕度。最后,整个基于数字锁相环技术实现的射频源通过仿真、硬件实现以及测试。测试结果显示,射频源的相位噪声为-74.02dBc/Hz@300Hz,符合芯片级原子钟射频源的设计要求。 展开更多
关键词 芯片级原子钟 射频源 环路滤波器 压控振荡器 锁相环
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