簡介
銣原子鐘將高穩定性銣振盪器與GPS高精度授時、測頻及時間同步技術有機的結合在一起,使銣振盪器輸出頻率馴服同步於GPS衛星銫原子鐘信號上,提高了頻率信號的長期穩定性和準確度,能夠提供銫鐘量級的高精度時間頻率標準,是通信廣電等部門替代銫鐘的高性價比產品。
銣原子鐘輸出的1pps信號,是由銣振盪器頻率信號分頻得到的,並且同步於GPS輸出的UTC時間,同時能夠克服GPS接收機秒脈衝信號跳變帶來的影響,是真正復現的“UTC時間基準”。當GPS失鎖或出現異常不可用時,系統能夠智慧型判別,切換到銣鍾進行守時,繼續提供高可靠性的時間頻率信號。
銣原子鐘溯源同步到GPS衛星銫原子鐘上,輸出頻率幾乎沒有漂移,所以不需送上級計量部門進行周期校準,性能接近銫鐘,但卻遠遠低於銫鐘的價格,而且不存在銫鐘那樣銫束管壽命短需要高成本更換的問題。銣原子鐘適合套用於SDH數字同步網的1,2級節點時鐘,為電力、電信、廣電、時統、計量校準、雷達設備等提供高精度的時間和頻率基準。
工作原理
銣原子鐘主要由單片機電路、伺服電路、微波倍頻電路、頻率調製、倍頻綜合電路幾個模組組成。
銣頻標是一種被動型原子頻率,利用的是基態超精細能級之間的躍遷,相應的躍遷頻率為6834.682614MHz。原子遷躍對微波信號起鑒頻作用而產生誤差信號,通過鎖相環路伺服晶振的頻率,使激勵信號頻率鎖定到原子躍遷頻率,實現晶振輸出頻率的高度穩定和準確。
技術指標
高性能銣鍾主要用於國防軍工產業,主要突出性能指標及產品可靠性方面的要求,同時還應具備易於操作、功能完善、通用性強等特點。其主要功能與性能的參數如下:
頻率穩定度
頻率穩定度是頻率偏差的起伏程度,實際上是一種可以用隨機過程(平穩的或不平穩的)來研究和處理的問題。頻率穩定度在時域上的數學表征是阿倫標準偏差。
月頻率漂移率
原子頻標連續工作時,頻率隨時間單方向慢變化程度,用最小二乘法估計。通過GPS鎖定,可改變銣原子鐘的漂移。銣原子鐘的月漂移為:1×10-11 ~4×10-11 。
頻率重現性
銣頻標開機一段時間後關機,關機一段時間後,再開機一段時間後的相對平均頻率偏差和關機時的相對平均頻率偏差的一致程度。一般為:1×10-11 ~5×10-11 。
頻率準確度
頻率偏差的最大範圍,表明頻率實際值靠近標稱值的程度。用數值定量表示,不帶正負號,一般為:5×10-11 ~5×10-12 。
產品特點
銣原子鐘頻率標準不需要真空系統、致偏磁鐵和原子束,因而體積小、質量小、預熱時間短、價格便宜,但準確度差、頻率漂移比較大,僅能用作二級標準。
銣原子頻率標準常常被分為普通型、軍用型、航天型。
套用領域
銣氣泡型原子頻標是使用數量最多的原子頻標,隨著電路技術及工藝水平的發展,其造價越來越低、體積越來越小,有望在許多場合下代替高溫精度的晶體振盪器,以獲得更高的精度,主要為導航定位衛星時間系統提供頻率基準,廣泛套用於守時、授時、導航定位、電力、鐵路、測速、測距、時間同步和通信等軍用和商用領域,還可以在晶振生產中用作頻率基準。
銣頻率標準可通過GPS進行快速馴服和外秒同步,克服銣振盪器本身的漂移,可被看作是一個基本的同步時鐘單元。通過設計和工藝的改進,產品的可靠性和批量生產也得到保證,現已具備產業化的條件。可以預計,這種帶外秒馴服的高性能小型化銣鍾將套用於無人值守等苛刻環境,將拓展銣鐘的套用領域。
發展狀況
中國研製生產銣原子鐘的單位有北京大華無線電儀器廠等單位。美國研製的GPS上BlockIIA、IIR/IIRM;銣鍾處於世界領先水平,美國PerkingElmer公司已經研製出天穩指標達到10-15世界最高水平銣鍾。
1、更低的相噪特性和功耗;
2、1秒極頻率穩定度高、天頻率漂移小;
3、發展與恆溫晶體振盪器大小接近的小體積銣原子頻率標準。
生產廠家簡介
國內廠商有北斗時間頻率技術有限公司,北斗時間頻率技術有限公司研發的時間頻率產品已經涵蓋機架式、台式、攜帶型、手持式、卡式等多種產品類型。主要產品類別有GPS/北斗授時儀系統、GPS/北斗時碼發生器(時碼器)、北斗/GPS網路時間伺服器、北斗/GPS授時卡(時統卡/時碼卡)、PCI/CompactPCI/CompactPCI-E時碼卡、IRIG-B碼編碼解碼卡(B碼卡/時碼卡)、高穩定網路安全NTP時間伺服器、IEEE1588(PTP)精密主時鐘/從時鐘、北斗GPS同步時鐘、北斗GPS馴服銣原子鐘(GPS銣原子頻標)、北斗GPS馴服恆溫晶振(GPS高穩石英頻標)、頻率分配放大器、頻率無縫切換器、脈衝信號分配放大器、IRIG-B時碼分配放大器、高精度時間間隔計數器、高精度頻率計、比相儀等。
北斗時間頻率技術有限公司服務用戶包括總參、總裝、海軍、空軍等國防重點單位,以及中國航天科工集團、中國飛行試驗研究院、中電集團公司、中科院上海天文台、中科院國家授時中心、國家氣象局、國家電網、中國移動、中國聯通、中央電視台等國家重點部委集團等。套用領域涵及航天航空、國防軍事、公安系統、電力系統、科研院所、計量與校準、廣播電視、電信、金融、交通等。產品質量可靠、技術指標領先,深得用戶好評。
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