铷原子频标

摘要： 近年来,铷原子频标研究取得长足进展,频率稳定度达到10^(-13)τ^(-1/2)量级.为进一步改善铷频标稳定度性能,本文设计了一种高信噪比物理系统.物理系统中的腔泡组件采用微波场磁力线与量子化轴方向高度平行的开槽管式微波腔,滤光泡和吸收泡独立控温.抽运光源采用了光学滤光和同位素滤光双重滤光方案.本文实测了背景光电流I0和鉴频斜率Kd,结果分别为95μA和7.7 nA/Hz,在此基础上计算物理系统的散弹噪声极限稳定度为7.5×10^(-14)τ^(-1/2).研究结果表明,只要锁频环路的电子学噪声得到有效控制,铷频标的频率稳定度突破1×10^(-13)τ^(-1/2),进入10^(-14)τ^(-1/2)量级是完全可能的.

摘要： 铷原子频标一般被人造地球卫星的发射系统、运载火箭导航、无线通信、电视转播、全球定位等系统用作频率标准和时间标准。频率准确度表示输出频率偏离标称值的程度,是衡量铷原子频标的重要指标之一,其精度直接影响用户设备的精度。目前铷原子频标输出的频率准确度指标可以达到优于1.0×10;的量级。文章通过对铷原子频标工作原理、校频原理的分析,比对了目前铷原子频标两种校频模式的优缺点,并提出了校频模式改进方式。

摘要： 本文设计了一种应用于铷原子频标的小型化低噪声石英晶体振荡器,其振荡电路采用柯尔匹兹并联形式和SC切晶体谐振器.基于Leeson模型对石英晶体振荡器相位噪声进行分析,并利用ADS射频仿真软件对振荡电路进行仿真模拟,为振荡器设计与调试提供指导.最终实现体积为22 mm×28.5 mm×13 mm低噪声晶体振荡器,它具有良好的相位噪声特性,其近端相噪为−102.7 dBc/Hz@1 Hz、远端相噪为−164.2 dBc/Hz@10 kHz,且实测短期频率稳定度为1.73×10^(−12)/s.

摘要： 铷原子频标输出频率随工作环境温度变化而改变,影响其频率稳定度指标.为了降低铷原子频标的温度系数,设计了一种基于铷原子基态超精细能级跃迁的微波激励频率补偿电路.该电路在保证铷原子频标相位噪声和短期频率稳定度不受影响的条件下,具有良好的温度系数补偿效果,对于进一步提高铷原子频标的技术指标具有积极的作用.

摘要： 微波谐振腔是铷原子频标的关键部件,决定着铷原子频标物理部分的鉴频特性.为提高铷原子频标微波谐振腔频率控制精度及实现其小型化,在理论分析和微波谐振腔的仿真分析基础上,开展了TE011模式的小型磁控管微波谐振腔一体化研究,并对设计的磁控管微波谐振腔进行了测试,结果表明采用该小型一体化的磁控管微波谐振腔,铷原子频标频率稳定度得到明显改善,稳定度指标为7.83×10-13(1 s)、1.97×10-14(1000 s).

摘要： 铷原子频标的频率稳定度指标在很大程度上取决于物理系统所用微波腔的特性.本文设计了一款内径为40 mm的开槽管微波腔,并在此基础上实现了一款铷频标物理系统.计算和实验测量的微波腔内微波场的方向因子分别为0.87和0.91,表明微波场磁力线与量子化轴方向高度平行.测量了物理系统的鉴频斜率和散弹噪声,据此预计这种微波腔可满足设计稳定度优于2×10-13τ-1/2铷频标的需求.%The frequency stability of a passive rubidium atomic frequency standard (RAFS) largely depends on the performance of the microwave cavity used in the physics package.In this paper,a large-size slotted tube microwave cavity with an inner diameter of 40 mm,as well as the physics package based on this cavity,were designed and built.Theoretical calculations and experimental results showed that the magnetic lines inside this cavity were highly parallel to the quantization axis.The frequency discrimination slope and the shot noise of the physics package were measured.The results showed that the cavity could be used to realize an RAFS with frequency stability of 2 × 10-13τ-1/2.

摘要： 长期稳定度是评价铷原子频标性能的一项关键指标.物理系统内部静磁场(C场)稳定性引起的磁致频移与铷频标长期稳定度有关.利用87Rb原子基态磁敏跃迁频率与轴向外加磁场的线性关系,测量了铷频标物理系统内部磁场强度,并计算了铷频标物理系统磁屏蔽筒轴向磁屏蔽因子约为3828.实验结果表明磁屏蔽筒有效地降低了地磁场日波动对铷频标物理系统内部C场的影响,使磁致频移控制在合理范围内.%Long-term stability is a key specification for rubidium atomic frequency standards (RAFS), which is influenced by magnetic frequency shift caused by C-field stability. Taking advantage of the linear relationship between the transition frequency of87Rb ground state and external magnetic field, we measured the C-field intensity inside the physical package of RAFS, as well as the magnetic shielding factor of the magnetic shield case. Experimental results indicated that C-field fluctuation inside the physical package could be attenuated by using the magnetic shield case. The axial magnetic shield factor was measured to be about 3828, which could shield geomagnetic field efficiently and keep the magnetic frequency shift in a proper range.

摘要： Both physics package and electronic system contribute to the short-term frequency stability of a rubidium atomic frequency standard (RAFS).The contribution of the electronic system to RAFS short-term frequency stability depends mainly on the phase noise of microwave chain.Structure and operating principle of a typical traditional microwave chain are analyzed,and the × 9 frequency multiplier and the modulator are found to be main sources of noise.To depress phase noise of the whole microwave chain,a new type of × 9 frequency multiplication chain is designed by using SBD (Schottky Barrier Diode) for multiplication and increasing carrier frequency of modulation.Test showed that the phase noise of the 90MHz output signal of the chain is reduced by more than 12dB,and contribution of the chain to the frequency stability of RAFS is less than 1.9E-13 at 1 s.A short term frequency stability 3.53E-13 (1 s),1.27E-13 (10s) and 3.97E-14 (100s) of RAFS has been achieved by using the multiplication chain.%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).

摘要： 铷光谱灯灯泡的使用寿命是影响星载铷钟寿命的关键因素.为了评估铷灯泡寿命,利用一种新的灯泡赶铷方法,显著提高了差分扫描量热计测量灯泡铷量的精度.通过对长达7年铷量测试数据的理论拟合,得到了迄今为止精度最高的铷量消耗公式,进而评估了灯泡的使用寿命.结果分析表明,对于材料为Schott 8436玻璃的灯泡,充铷量超过130 μg,使用寿命即可达到50年.

摘要： 通过超精细光谱测量,研究灯泡和滤光泡均充入氩气情形下,铷光谱灯的光谱特性和同位素滤光效果.研究结果表明,充氩气的铷光谱灯谱线轮廓存在一定程度的变形,为了减轻这种变形,谱灯的工作温度应适当降低.此外,滤光泡气压、长度和工作温度对滤光效果有显著影响.根据研究结果,优化了谱灯和滤光泡的设计参数和工作参数.将优化后的铷光谱灯和滤光泡用于铷原子频标,显著改善了短期频率稳定度.

摘要： 根据铷频标进一步小型化的需求,针对铷频标微波倍频链,设计了一种采用阶跃恢复二极管来实现的梳状谱发生器.该梳状谱发生器在一块微波电路板上得到了90MHz信号的76次谐波,直接在物理系统微波谐振腔中进行选频,结构简单,性能稳定,易于调试.设计中,使用ADS仿真软件对该梳状谱发生器的元件参数进行仿真,在完成电路单板设计和调试后与铷频标整机进行了联调,实现了闭环锁定.该梳状谱发生器不仅能够满足高性能小型化铷频标的设计需要,而且可用于研究微波参数对铷原子频标性能的影响.

摘要： 铷原子频标的长期稳定度与C场稳定性有关.基于过零检测的方法,利用87Rb原子基态磁敏跃迁频率与外界磁场的线性关系,测量计算了物理系统内部C场,给出了物理系统磁屏蔽筒的磁屏蔽因子的大小.实验结果表明磁屏蔽筒有效地衰减了外界磁场波动对内部C场的影响,轴向磁屏蔽因子约为3828,可以满足铷原子频标的设计要求.

摘要： 本文为了提高铷原子频标物理部分短期和中长期稳定度,开展了一些工作,包括:优化物理部分铷光谱灯的激励电路和光检测电路,降低电路的噪声;优化了物理部分滤光泡和吸收泡的工作温度,降低了物理部分的光频移和温度系数.获得了1秒稳定度7×10-13,104秒稳定度7×10-15的指标.

摘要： 在传统铷原子频标的基础上，利用一台780nm、DFB半导体激光器代替铷光谱灯作为抽运光源，将激光的频率锁定在87Rb原子的循环跃迁线上，实现了微波铷原子频标的闭环锁定，初步获得的短期稳定度指标为3.7×10-12τ-1/2(1s-100s)。

摘要： 本文针对GPS驯服铷原子频标原理及关键技术的实现进行了阐述。利用卡尔曼滤波与PID控制算法相结合，研制了GPS(Global Positioning System)驯服铷原子频标。日平均准确度<5E-13，同步精度50ns，24小时保持能力500ns以内。试验结果表明，该系统达到国内外同类产品先进水平，对于其他卫星驯服时钟系统研制具有借鉴意义。

摘要： 铷原子频标广泛应用于商业通信、空间导航等领域。Wahlquist和Arndt应用傅立叶极数展开给出了被动型铷原子频标量子检测部分的数学模型。Jacques Vanier，ClaudeAudoin曾提到应用泰勒极数展开也能得到被动型铷原子频标量子检测部分的数学模型，并给出了此方法的数学表达式。在此基础上，本文应用泰勒极数展开，结合铷原子频标框图，图文并茂、详细地推导了此数学模型，并通过实验，初步验证了其正确性。

摘要： 主要研究了铷光谱灯的结构改进,铷光谱灯作为被动型铷原子频标的重要部件之一,对铷频标整机性能的影响很大。光谱灯结构主要包括铷灯泡、激励线圈和射频电路。铷光谱灯采用的是原子光谱技术中常用的无极放电方案,选取振荡电路的着眼点主要是振荡频率和振荡幅度的稳定性。本设计在传统光谱灯设计基础上做了进一步改进,相对传统设计,本设计的突出优势是它省去了传统的外部加热结构,并且本文对振荡电路的稳定性做了分析和调整。试验最终可实现比较理想的结果。

摘要： 对铷原子频标而言TE111腔模式不是开槽管微波腔的最佳模式。对开槽管微波腔结构做了改进，利用高频结构仿真软件(HFSS)仿真及实验证明，改进后的模式类似为TEO11腔模式。为设计出性能更高的铷原子频标物理系统奠定了基础。

摘要： 介绍了用于小型铷原子频标的一种新型伺服电路系统，在伺服电路系统中采用谐振频率为19.984466MHz的非整数压控晶体振荡器，省去了伺服环路中的频率综合器，通过对其调制与倍频并加至物理系统。实现闭环锁定并达到了普通商用小型铷钟的指标。

摘要： 文章讨论了射频链对汽泡型铷频标频率稳定度的影响,介绍了一种新研制的用于小型铷频标的自相关射频链电路.该射频链跟传统射频方案相比,第一级使用自相关倍频,将调制信号加在第一级信号输入,省去了混频环节,使进腔后微波功率得到提高,增加了微波共振强度,提高了信噪比.将该射频链电路接人实验室现有铷频标,替换掉原有射频电路后,闭环测得该频标系统的稳定度为σy(τ=1s)≤1×l0-11,达到商用小型铷频标性能要求.

摘要： 本发明公开了一种原子频标频率修正装置及原子频标，属于原子钟领域。所述装置包括：本地参考源；GPS模块，用于获取GPS信号；接收模块，用于获取本地参考源输出的本地参考信号和原子频标的压控晶振输出的频率信号；分频模块，用于对频率信号进行N分频，得到分频信号；计数模块，用于在分频信号的N1个脉冲时间内对GPS信号中的脉冲个数进行计数，得到N0；以及在分频信号的N2个脉冲时间内对中本地参考信号的脉冲个数进行计数，得到N3；处理模块，用于根据N0和N1计算压控晶振的第一频率值；根据N2和N3计算压控晶振的第二频率值；根据第一频率值、第二频率值和原子频标的设定输出，计算压控修正电压并输出到压控晶振上。

摘要： 本发明公开了一种铷原子频标泡频控制系统，包括物理系统和微波腔，微波腔内设置有内泡，内泡通过玻璃管与外泡连通，外泡设置在外泡加热系统中；物理系统包括加热装置、光谱灯、光检装置；本系统还包括锁相放大器、计数器、微波源。本发明还公开了一种铷原子频标泡频控制方法，制作内泡和外泡；加热微波腔达到预定温度；对外泡进行加热直至晶振输出频率达到预定频率；第一次封割；第二次封割。本发明对电路要求低，便于整机的实现；泡频控制精度高,且易实现。

摘要： 本发明公开一种减小铷原子频标光频移的方法包括：在光谱灯和集成滤光共振泡之间放置滤光片；发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，并发送电压激励信号作用于光谱灯，以控制光谱灯的工作状态。本发明能减小铷原子频标的光频移，从而提高铷原子频标输出频率的准确度。

摘要： 本发明公开了一种基于北斗卫星信号的异频高精度铷原子频标产生系统，包括卫星接收模块、钟差测量模块、数据处理模块、铷原子钟模块、异频相控模块、显示模块和电源模块；卫星接收模块的信号输出端连接钟差测量模块的信号输入端，钟差测量模块的信号输出端连接数据处理模块的信号输入端，数据处理模块的信号输出端连接铷原子钟模块的信号输入端，铷原子钟模块的信号输出端分别连接钟差测量模块和异频相控模块的信号输入端，异频相控模块的信号输出端连接显示模块的信号输入端；本发明采用异频相控技术，能够大幅度提高铷原子频标的稳定度和准确度，加强系统的稳定性和可靠性，完全满足北斗卫星定位服务领域高精度时频测量用户的需求。

摘要： 本发明公开了一种铷原子频标泡频控制系统，包括物理系统和微波腔，微波腔内设置有内泡，内泡通过玻璃管与外泡连通，外泡设置在外泡加热系统中；物理系统包括加热装置、光谱灯、光检装置；本系统还包括锁相放大器、计数器、微波源。本发明还公开了一种铷原子频标泡频控制方法，制作内泡和外泡；加热微波腔达到预定温度；对外泡进行加热直至晶振输出频率达到预定频率；第一次封割；第二次封割。本发明对电路要求低，便于整机的实现；泡频控制精度高,且易实现。

摘要： 本发明涉及一种减小铷原子频标光频移的方法，通过中央处理器控制光源向共振跃迁模块发出的抽运光脉冲，在光源和共振跃迁模块之间设置一个光开关，中央处理器控制光开关的开闭，使光源的第一个抽运光脉冲发送到共振跃迁模块，然后用两个相干的有一定时间间隔的射频脉冲对共振跃迁模块作用，在第二个射频脉冲作用后，通过中央处理器对光电池进行取样，光电池进行第一次光检测获得电信号后，中央处理器把量子纠偏信息传递给压控晶体振荡器。本发明的有益效果通过中央处理器控制光开关开闭的方式来控制抽运光脉冲的作用时间，从而大大缩短了铷原子频标中环路相应时间，加快了闭环工作时间，从而，进一步减小铷原子频标的光频移。

摘要： 本发明公开一种减小铷原子频标光频移的方法包括：在光谱灯和集成滤光共振泡之间放置滤光片；发送相干微波探询信号作用于集成滤光共振泡，并发送电压激励信号作用于光谱灯，以控制光谱灯的工作状态。本发明能减小铷原子频标的光频移，从而提高铷原子频标输出频率的准确度。

摘要： 本实用新型公开了一种用于铷原子频标的综合器及铷原子频标，属于原子频标领域。该综合器包括主控模块、数字频率合成器和滤波模块；所述主控模块分别与所述铷原子频标的压控晶振和所述数字频率合成器相连；所述数字频率合成器分别与所述压控晶振和所述滤波模块相连；所述压控晶振的频率为40MHz；所述数字频率合成器采用所述压控晶振的输出频率的6倍频作为系统时钟。该铷原子频标包括物理系统和电子线路，所述电子线路包括综合器、压控晶振、混频器、倍频器和伺服电路；所述综合器为前述用于铷原子频标的综合器。本实用新型可以减少铷原子频标的噪声，提高铷原子频标的稳定度。

摘要： 本实用新型公开了一种用于铷原子频标的伺服电路及铷原子频标，属于原子频标领域。该伺服电路包括：用于对铷原子频标的物理系统的输出信号进行采样的模数转换电路、用于为模数转换电路进行采样提供同步参考信号并根据模数转换电路输出的采样信号计算纠偏电压的主控模块、和用于将主控模块计算出的纠偏电压输出到铷原子频标的压控晶振的数模转换电路；主控模块分别与铷原子频标的压控晶振、模数转换电路和数模转换电路相连。铷原子频标包括物理系统和电子线路，电子线路包括前述伺服电路、压控晶振、混频器、倍频器和综合器；伺服电路为前述用于铷原子频标的伺服电路。本实用新型提供的伺服电路能够提高伺服电路输出的精确度并简化伺服电路的结构。

摘要： 本实用新型公开了一种用于铷原子频标的倍混频电路及铷原子频标。其中，所述倍混频电路包括：倍频模块和混频模块；所述倍频模块的输入端与所述铷原子频标的压控晶体振荡器相连，所述压控晶体振荡器的输出频率为40MHz；所述倍频模块的输出端与所述混频模块的第一输入端相连，所述混频模块的第二输入端与所述铷原子频标的综合器相连。本实用新型实施例中通过采用输出频率为40MHz的压控晶体振荡器，减小倍频模块的倍频次数从而获得更加纯净的信号，使倍混频电路输出信号的频率更加准确，从而提高了铷原子频标输出频率的准确度。