高性能铷原子钟介绍

同步天下
2022-05-20
来源:原创

关键词:原子钟铷钟,原子钟,国产铷钟

高性能铷原子钟是一款自主研发生产的一款高精度频率标准,接收GPS北斗卫星信号,使铷振荡器输出频率同步于GPS北斗卫星铯原子钟信号上,提高了频率信号的长期稳定性和准确度,能够提供铯钟量级的多种时间频率信号,是通信广电等部门替代铯钟的高性价比时频产品。

铷原子钟输出的1pps信号,是由铷振荡器频率信号分频得到的,并且同步于GPS输出的UTC时间,同时能够克服GPS接收机脉冲信号跳变带来的影响,是真正复现的"UTC时间基准"。当GPS失锁或出现异常不可用时,系统能够智能判别,切换到铷钟进行守时,继续提供高可靠性的时间频率信号。


铷原子钟溯源同步到GPS卫星铯原子钟上,输出频率几乎没有漂移,所以不需送上级计量部门进行周期校准,性能接近铯钟,但却远远低于铯钟的价格,而且不存在铯钟那样铯束管寿命短需要高成本更换的问题。铷原子钟非常适合应用于SDH数字同步网的1,2级节点时钟,为电力、电信、广电、时统、计量校准雷达设备等提供高精度的时间和频率基准

铷钟又被称为铷原子钟,铷原子钟由铷量子部分和压控晶体振荡器组成。压控晶体振荡器的频率经过倍频和频率合成,送到量子系统与铷原子跃迁频率进行比较。误差信号送回到压控晶体振荡器,对其频率进行调节使其锁定在铷原子特有的能级跃迁所对应的频率上。铷原子频标短期稳定度最高可达10-12量级,准确度为±5×10-11。


铷频率标准不需要真空系统、致偏磁铁和原子束,因而体积小、质量小、预热时间短、价格便宜,但准确度差、频率漂移比较大,仅能用作二级标准。铷频率标准可通过GPS进行快速驯服和外秒同步,克服铷振荡器本身的漂移,可被看作是一个基本的同步时钟单元。通过设计和工艺的改进,产品的可靠性和批量生产也得到保证,现已具备产业化的条件。可以预计,这种带外秒驯服的高性能小型化铷钟将应用于无人值守等苛刻环境,将大大拓展铷钟的应用领域。

铷原子钟主要由单片机电路、伺服电路、微波倍频电路、频率调制、倍频综合电路几个模块组成。铷频标是一种被动型原子频率,利用的是基态超精细能级之间的跃迁,相应的跃迁频率为6834.682614MHz。原子迁跃对微波信号起鉴频作用而产生误差信号,通过锁相环路伺服晶振的频率,使激励信号频率锁定到原子跃迁频率,实现晶振输出频率的高度稳定和准确


铷钟的基本工作原理与铯钟相似,均利用能级跃迁谐振频率作为基准。原子是按照围绕在原子核周围不同电子层的能量差,来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个高“能量态”跃迁至低的“能量态”时,它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是固定的,这也就是人们所说的共振频率。通过以这种共振频率为节拍器,原子钟可以来测定时间。铷钟利用光抽运的办法进行原子选态,谐振的检测则是利用光检测器(光电池)去测量经谐振腔的抽运光(激励原子跃迁)的传递衰减来完成。当微波频率在跃迁概率的峰值时,传递的光波大概降低1%~10%。铷钟的体积小,预热时间短,长期的老化率为2×10-10/年,如果为改进性能参数而加大体积,则与铯钟同样大小的铷钟也会具有几乎与铯钟一样的性能

铷钟的应用领域主要有三个方面:科研测量,生产制造,广电电力。在科研测量研究单位,铷钟既可以为测量提供高精度的基准源,也可以作为测量校准仪器的高精度外部时基。在生产制造领域,铷钟可为需要高精度频率基准输出的生产线提供频率基准输出,这些基准信号被用来对电子产品进行校准。铷钟还可以作为产线测量仪器的外部高精度时基,大大提高产线测试的精度,确保产品质量。在广电电力系统中,铷钟可以被作为系统的主钟来使用,从而有效地实现系统内部各个部分的同步。




我司生产的SYN3306型高性能铷原子钟它提供1MHz/5MHz/10MHz信号,提供1路1PPS脉冲和RS232时间信号,它具有快速锁定、低相噪、高可靠性、可长期连续稳定工作,该铷钟选件功能丰富有18种选,其一大特点便携式自带安装孔可安装在机箱或者单独使用,其二选配北斗GPS接收机可驯服内部铷钟提高精准度。

我司与多所知名大学,中电集团,中国航空,航天集团,中国兵器,中船重工,华为等相关单位紧密合作。在产品优化方面可做到根据用户需求而定制满足其要求的技术参数产品。

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