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通過(guò)FS740設(shè)備利用GPS/北斗馴服銣鐘

通過(guò)FS740設(shè)備利用GPS/北斗馴服銣鐘

銣鐘又被稱(chēng)為銣原子鐘，是由銣原子部分和壓控晶體振蕩器組成。銣頻標(biāo)是一種被動(dòng)型原子頻率，利用的是基態(tài)超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷，躍遷頻率為6.834,682,612 GHz。原子遷躍對(duì)微波信號(hào)起鑒頻作用而產(chǎn)生誤差信號(hào)，通過(guò)鎖相環(huán)路伺服晶振的頻率，使激勵(lì)信號(hào)頻率鎖定到原子躍遷頻率，實(shí)現(xiàn)晶振輸出頻率的高度穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

銣原子鐘主要由單片機(jī)電路、伺服電路、微波倍頻電路、頻率調(diào)制、倍頻綜合電路幾個(gè)模塊組成。

美國(guó)SRS公司銣鐘PRS10的10MHz輸出來(lái)自第三倍頻，應(yīng)力補(bǔ)償（SC-cut）晶體振蕩器工作在一個(gè)恒溫室中，雙回路RF合成器（晶體頻率22.482MHz）產(chǎn)生359.72MHz，并讓6.834 GHz頻率通過(guò)階躍恢復(fù)二極管。這樣的設(shè)計(jì)可以使相位噪聲非常低（< −130 dBc/Hz at 10 Hz），即便在沒(méi)有鎖定銣原子的情況下，其輸出表現(xiàn)也很良好（老化率：<5 × 1E−10 /day），與傳統(tǒng)銣鐘相比相位噪聲降低42dB（如下圖），并使用側(cè)臂裝有1毫克銣的燈。消除了銣耗盡作為一種失效機(jī)制，并提供了更好的溫度控制，而沒(méi)有多余的閃爍噪聲。

PRS10銣鐘主要性能：

· 輸出頻率：10MHz

· 相位噪聲：< −130 dBc/Hz (10 Hz)

· 準(zhǔn)確性：±5 × 10E−11

· 老化率：<5 × 1E−11 (monthly)

· 穩(wěn)定性：<2 × 10E−12 (100 s)

· 體積：2.00" × 3.00" × 4.00" (HWD)

銣原子鐘具有體積小、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，并擁有較好的中短期頻率穩(wěn)定度。但由于量子結(jié)構(gòu)的頻率漂移、相檢及運(yùn)放的漂移等因素,會(huì)產(chǎn)生頻率漂移,從而導(dǎo)致時(shí)差漂移。為保證頻率源的可靠性,銣頻標(biāo)需要定期送廠(chǎng)進(jìn)行頻率校準(zhǔn)。

下面向大家簡(jiǎn)單介紹下通過(guò)美國(guó)SRS公司的FS740 GPS Time and Frequency System來(lái)馴服銣鐘，此設(shè)備同樣適用于GLONASS和我國(guó)的北斗系統(tǒng)。

FS740提供10MHz的頻率基準(zhǔn)，服從GPS、北斗等規(guī)范，長(zhǎng)期穩(wěn)定性?xún)?yōu)于1×10E–13。該儀器還可以對(duì)與UTC或GPS有關(guān)的外部事件進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，并測(cè)量用戶(hù)輸入的頻率。具有DDS合成頻率輸出、可調(diào)速率（和寬度）脈沖輸出和AUX輸出，用于包括IRIGB時(shí)間碼輸出在內(nèi)的任意波形。

GPS由星載高性能銣鐘或銫鐘產(chǎn)生，其相位受地面站精確控制，因此其長(zhǎng)期特性非常穩(wěn)定，高于普通的銣鐘、銫鐘或氫鐘。從而可利用其長(zhǎng)期穩(wěn)定特性對(duì)晶振、如中等頻標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。（以下馴服原理示意圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

在FS740系統(tǒng)中對(duì)于輸出的1pps由內(nèi)置的晶振或者銣鐘產(chǎn)生，若銣鐘或晶振獨(dú)立產(chǎn)生秒脈沖，其相位會(huì)隨其老化特性而逐漸漂移。而FS740中存在一個(gè)反饋，通過(guò)每秒或更高速率將1pps脈沖與GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，計(jì)算出1pps脈沖與GPS的相位差，并利用FS740內(nèi)部DDS進(jìn)行相位調(diào)整。*終輸出的1pps即利用調(diào)整后的10MHz產(chǎn)生。由于存在相位調(diào)整，故1pps的長(zhǎng)期相位特性與內(nèi)置的晶振的長(zhǎng)期漂移不再相關(guān)，而與GPS/北斗衛(wèi)星時(shí)間直接相關(guān)。因此，可利用其長(zhǎng)期穩(wěn)定的特性對(duì)銣鐘進(jìn)行馴服。

兩圖是典型的對(duì)比：