小型铷原子频标温度系数的优化

铷原子频标物理部分改进陈溶波;崔敬忠;梁耀廷;张金海;涂建辉;杨炜【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2016(050)002【摘要】本文对星载铷原子频标物理部分进行技术改进。

改善磁控管微波腔的结构，使信噪比得到了提高；优化了物理部分光路系统，使光电探测信号强度提高了25％。

此外，通过Ansoft HFSS仿真软件建立了微波腔的模型，对腔内场型分布和谐振频率进行了仿真，数字仿真和性能测试显示这种微波腔的谐振模式为TE011模式，且拥有较大的质量因子。

最后，对改进后的铷原子频标系统进行了初步测试，发现短期稳定度达到了6畅0×10－13τ－1／2（τ为取样时间）。

研究结果表明，改进后的物理部分满足铷原子频标的研制需求，适合应用于高性能的星载铷原子频标。

【总页数】5页(P380-384)【作者】陈溶波;崔敬忠;梁耀廷;张金海;涂建辉;杨炜【作者单位】中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所，甘肃兰州 730000;中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所，甘肃兰州 730000;中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所，甘肃兰州 730000;中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所，甘肃兰州 730000;中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所，甘肃兰州 730000;中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所，甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】TM935.11【相关文献】1.铷原子频标物理部分的小型化 [J], 赵家铭;周善钰2.改进铷原子频标中微波功率频移的试验研究 [J], 杨世宇;涂建辉;冯浩;张金海;崔敬忠3.一种改进的被动型铷原子频标伺服电路 [J], 雷海东4.铷频标物理部分的改进与长期稳定度的测量 [J], 刘淑琴;董太乾5.铷原子频标温度系数补偿技术研究 [J], 张文玺;崔敬忠;廉吉庆;刘志栋;王宽;张金海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

铷原子频标赝温度系数研究赵峰;王芳;钟达;安绍锋;夏白桦;梅刚华【摘要】提出了一种测量铷原子频标赝温度系数的方法,该方法具有灵敏度高、简便、快速的特点.分析了赝温度系数的物理机理,指出了克服赝温度系数的技术对策.实验结果表明,通过加热器的合理设计,赝温度系数可以降低1到2个量级.【期刊名称】《波谱学杂志》【年(卷),期】2007(024)002【总页数】7页(P191-197)【关键词】铷原子频标;温度系数【作者】赵峰;王芳;钟达;安绍锋;夏白桦;梅刚华【作者单位】波谱与原子分子物理国家重点实验室(中国科学院,武汉物理与数学研究所),湖北,武汉,430071;波谱与原子分子物理国家重点实验室(中国科学院,武汉物理与数学研究所),湖北,武汉,430071;波谱与原子分子物理国家重点实验室(中国科学院,武汉物理与数学研究所),湖北,武汉,430071;波谱与原子分子物理国家重点实验室(中国科学院,武汉物理与数学研究所),湖北,武汉,430071;解放军通信指挥学院,湖北,武汉,430012;波谱与原子分子物理国家重点实验室(中国科学院,武汉物理与数学研究所),湖北,武汉,430071【正文语种】中文【中图分类】O455.1引言气泡型铷原子频标经过几十年的发展，性能指标已经得到了很大提高. 例如，美国GPS卫星定位导航系统所用的铷频标的日稳定度已经达到小系数10-14 [1]，比商品小铯钟还要好. 最近，出现了铷频标天稳定度指标达到10-15量级的报道[2，3]. 要设计出如此高指标的铷原子频标，要求对影响铷频标稳定度指标的每一种物理因素进行仔细研究，并找到有效的技术对策加以克服.温度系数是影响铷频标稳定度指标的最重要因素之一. 它是指环境温度变化引起的输出频率的变化. 铷频标温度系数的起因十分复杂. 通常情况下，温度系数与原子体系的物理特性有关，处理这类温度系数应从铷泡充制参数、滤光方式、铷泡工作温度的选取和优化入手，许多文献作过专门讨论[4-6]. 物理系统的加热器设计不合理，也可以引入可观的温度系数. 产生这种温度系数的原因是，环境温度变化时，加热电流将发生变化，变化的电流在原子周围感生出附加的磁场，在磁场作用下，由于Zeeman效应，原子能级发生移动，最终导致原子频标的输出频率发生变化. 在这种情况下，频率变化的确由温度变化引起，但不直接，故称为赝温度系数. 赝温度系数如果处理不好，对原子频标性能也会产生很大影响.本文以铷原子频标为例，提出一种测量赝温度系数的方法，分析赝温度系数产生的原因，给出克服赝温度系数技术措施.1 赝温度系数物理机理在铷原子频标中，起鉴频器作用的物理系统由腔泡系统和铷光谱灯组成. 赝温度系数仅与腔泡系统有关. 图1给出我们使用的一种腔泡系统结构. 腔泡系统主要由微波腔和充有金属Rb的吸收泡构成. 微波腔由开槽管、圆柱型腔筒、介质环和耦合环等组成. 吸收泡安装在微波腔内. 光电池安装在腔端盖内表面. 微波通过耦合环耦合进腔. 耦合环串装用于倍频、混频的阶跃二极管. C 场线圈缠绕在腔筒外表面，通以恒定电流后，产生微波腔轴向的恒定磁场，用来定义原子跃迁的量子化轴. 为了产生频标工作物质，即Rb蒸气，需要对吸收泡加热. 加热器由加热三极管、热敏电阻和温控电路(图中未示出)构成.为了提高加热效率，将温控电路的末级大功率三极管贴装在微波腔上作为加热元件. 其相对于微波腔的安装方式及引线结构如图2所示.图1 铷频标腔泡系统结构示意图Fig.1 Structure of the cavity-cell assembly of a rubidium atomic frequency standard图2 加热三极管安装方式以及对外引线示意图. 其中e、 b、 c分别为连接加热三极管发射极、基极和集电极的引线Fig.2 Arrangement of the heater in which a transistor was used. e, b and c indicate leads connecting to emitter, base and collector of the transistor respectively图3 共振区磁场示意图. B0为C场，B1为加热管导线电流在共振区产生的磁场，B为总磁场Fig.3 Magnetic fields in resonance area. B0 is C field, B1, the magnetic field induced by heating currents and B, the composition of both 三极管3根引线基本平行，线间距约2 mm. 在系统正常工作的时候，3根引线内均有直流加热电流通过Ie=Ic+Ib. 电流会在各自导线周围产生磁场. 根据电磁场理论，此时磁力线是以导线为轴心的同心圆，磁场方向在与轴垂直的平面内. 由于3根导线的位置在空间上不重合，导线中的电流在腔泡系统的微波共振区产生的磁场不能互相抵消，剩余磁场B1方向垂直于C场B0，且与C场叠加形成总磁场B，作用于共振区的铷蒸气原子，如图3所示.如果B1能保持恒定，也不会对系统产生不良影响. 但是当环境温度发生变化时，为了保持腔泡系统温度恒定，在温控电路的作用下流过3根导线的电流就会相应发生改变，从而导致B1发生变化，造成共振区铷蒸汽原子感受到的总磁场B发生变化. 当B变化时，铷原子能级发生Zeeman频移，原子微波跃迁频率发生变化，最终导致输出标准频率变化. 所以，赝温度系数的物理起源在本质上是一种由热环境变化造成的磁致频移. 由图3的模型还可以分析出，这种加热模式产生的是负温度系数. 当环境温度升高，加热电流变小，B1减小，从而B减小，此时铷原子微波跃迁频率变低，故输出频率降低，体现为负温度系数.2 实验为了定量考察赝温度系数的现象，我们设计了如图4所示的实验.图4 赝温度系数测量框图Fig.4 Block diagram of experimental setup for measuring pseudo temperature coefficient我们使用外置的综合器产生一个从5.312 MHz到5.322 MHz连续扫描的频率信号与倍频链产生的6 840 MHz信号一起送入物理系统微波腔混频. 物理系统的光电池信号输出直接接入锁相放大器的信号输入端. 综合器的扫描电压信号接入记录仪的X输入端口，经锁相放大器放大的光检信号接入记录仪的Y输入端口. 在综合器持续扫描过程中，微波共振区的微波信号将在6 834.688 MHz到6 834.678 MHz之间连续变化. 当扫描的微波信号频率与共振区内87Rb原子的基态超精细能级间隔吻合时，就会发生微波共振. 此时，87Rb原子要重新吸收光子，由光电池探测到的透射光强--即光检信号也要变化. 光检测信号经过锁相放大器放大后输出记录.环境温度恒定，加热电流为93 mA时，扫描记录一次数据. 然后使用固定位置固定风速的冷风机对着物理系统的腔泡系统端吹风，降低环境温度，腔泡系统的加热电流相应增大，通过电流表可以读取电流的变化. 在腔泡系统降温过程中，综合器持续重复扫描，测试系统保持工作直到腔泡系统稳定在新的温度平衡点，腔泡系统加热电流变到148 mA. 这样，我们就得到了一组光检曲线，如图5所示. 其中左边的一组峰即对应87Rb原子基态超精细能级间的(0，0)跃迁，也就是铷原子频标的钟频跃迁；右边的一组峰对应基态超精细能级间的(0，1)跃迁. 为了使赝温度系数更容易观察，采用了小的C场.图5 87Rb原子基态超精细能级跃迁频率随加热电流变化Fig.5 Transition lines of ground hyperfine levels of 87Rb atoms in various heating currents3 结果分析由图5的曲线我们可以看到在腔泡系统温度变化的过程中，对应的0-0跃迁曲线中心频率变化很小，而(0，1)跃迁曲线中心频率发生了明显的变化. 当加热电流从93 mA变化到148 mA时，(0，1)跃迁谱线的中心频率增高了1.55 kHz.当磁场较弱时，磁场与(0，1)跃迁频率的关系为B=1.4(ν0，1-ν0，0)，(1)磁场变化与(0，1)跃迁频率变化则满足ΔB=1.4×Δν0，1.(2)两式中磁场单位为10-7T，频率单位为kHz. 图5显示(0，1)跃迁与(0，0)跃迁的频率差为3.7 kHz，由(1)可算出B为4.7×10-7 T. 将Δν0，1实测数据代入(2)，可得ΔB为2.17×10-7 T.对原子频标而言，温度系数是指(0，0)跃迁频率随温度的变化，(0，0)跃迁频率与磁场的二次方成正比，即：ν0，0=ν0+573B2，(3)其中ν0为磁场为零时(0，0)跃迁频率. 外磁场变化引入的频率变化为：Δν0，0=573×((B+ΔB)2-B2 ).(4)代入B和ΔB数值得Δν0，0为0.014 4 Hz. 相对频率变化Δν/ν0≈2×10-12.2×10-12的频率变化是加热电流从93 mA变化到148 mA引起的. 为了定量分析温度系数的大小，还需要知道环境温度每变化1 ℃时加热电流的改变量数据. 为此，我们将物理系统放入恒温箱，改变恒温箱的温度，用电流表检测腔泡系统的加热电流. 实验得到，加热电流随环境温度变化为2 mA/℃.根据以上结果，并考虑到温度系数为负值，最终得到，图2所示物理系统的赝温度系数为-7.3×10-14/℃.4 赝温度系数的改善图6 加热器引线捆扎后的腔泡系统 Fig.6 Cavity-cell assembly with heater leads bound对于极高稳定度的铷原子频标，大系数10-14的温度系数仍然是不可忽视的，应设法进一步减小. 前已论述，产生赝温度系数的原因是加热器的3根导线的电流在腔泡系统的微波共振区产生的磁场不能互相抵消. 所以，减小温度系数的方法就是将3根引线尽可能的靠近. 我们用套管将3根导线捆扎，形成如图6所示的物理系统.对图6所示的腔泡系统，重复了上面的实验，观察87Rb原子基态超精细能级间的(0，0)和(0，1)跃迁频率随加热电流的变化，结果如图7所示.图7 加热管引线位置调整后87Rb原子超精细能级跃迁频率随加热电流变化Fig.7 Transition lines of ground hyperfine levels of 87Rb atoms when heater leads were rearranged由图7我们可以看到将加热管的引线位置重新调整后，当加热电流同样变化时，(0，1)跃迁频率变化非常小，仔细观察发现其不超过100 Hz，比导线调整前小了约15倍. 相应地，赝温度系数至少也应小15倍，达到-5×10-15/℃水平. 即便是对于极高稳定度的铷频标，这种温度系数也是可以忽略的.5 讨论和结论本文提出了一种赝温度系数的测量方法. 基于赝温度系数本质上是一种磁致频移的事实，本方法选用对磁场敏感的(0，1)跃迁测量温度系数，而不是象通常那样直接用对磁场不敏感的(0，0)跃迁来测量，因而大大提高了测量方法的灵敏度. 本方法特别适用于测量微小的赝温度系数. 事实上，用(0，0)跃迁来观察10-14量级的温度系数是极其困难的. 本文的方法简便、快速. 由于以上特点，该方法可以用来帮助进行物理系统优化设计.本文的结果显示，加热器设计不合理是赝温度系数的技术起源. 腔泡系统常用的加热方式有两种，一种为大功率管加热，本文所采用的就是这种方式，另一种是用电阻丝制成的加热线圈加热. 克服赝温度系数的技术措施就是要保证通有等量反向加热电流的导线在空间上尽可能重合，使得它们产生的磁场能够处处抵消. 在采用加热线圈加热时，加热线圈一般采用双线并绕的方法绕制，道理即在于此. 本文结果表明，只要加热器设计合理，赝温度系数可以降低1到2个量级.参考文献:【相关文献】[1] Beard R, Golding W, White J. Proceedings of 2002 IEEE international frequency control symposium and PDA exhibition[C]. New Orleans, USA, 2002. 499.[2] Epstein M，Freed G, Rajan J. Proceedings of 35th annual PTTI meeting[C]. San Diego, USA, 2003. 117.[3] Oaks J，Senior K, Largay M, et al. Proceedings of 35th annual PTTI meeting[C]. San Diego, USA, 2003. 173.[4] Xia Bai-hua(夏柏桦), Liu Jin-ting(刘金廷), Hu Chang-quan(胡昌泉), et al. Proceedings ofnational time and frequency symposium(全国时间频率学术报告会论文集)[C]. ChengDu(成都), 2001. 67.[5] Mei Ganghua, Liu Jintin. A miniaturized microwave resonator for rubidium frequency standards[C]. Proc Joint Meeting of the 13th EFTF & 1999 IEEE IFCS, Besancon, France, 1999. 601.[6] Huang Xue-ren, Xia Bai-hua, Zhong Da, et al. Proceedings of 2001 IEEE international frequency control symposium and PDA exhibition[C]. Danvers, USA, 2001. 106.。

铷原子频标基于铷原子能级跃迁结合光抽运技术形成的铷原子振荡器。

由晶体振荡器(VCO)输出的信号经过倍频综合后得到铷原子谐振器相关的微波激励信号。

谐振器将该信号相关处理(铷原子跃迁判定)后产生误差信号，再经伺服电路反馈给压控晶体振荡器，使压控晶振频率锁定在铷谐振器的中心频率，从而实现以铷原子跃迁为参考的晶体振荡器。

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。

主要特点1内置铷振荡器2.日平均频率准确度<2×10P-12P3.时间实时显示4.驯服、保持自动切换5.GPS失锁后依靠铷钟高精度守时6.低相噪频率信号输出7.测频精度<2×10P-12P/天8.具备TRAIM算法的GPS接收机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。

铷原子频率标准常常被分为普通型、军用型、航天型。

SYN3102型铷原子频率标准产品概述SYN3102型铷原子频率标准是是西安同步电子科技有限公司研发生产的一款高性能铷原子频率标准源，选用国外进口的高精度铷原子振荡器，提供精确的频率（量值）信号，能够为计量、通信、国防等部门提供高精度频率标准信号。

产品功能1)提供一路标准的10MHz正弦信号；产品特点a)锁定快；b)低相噪；c)高可靠性；d)可长期连续稳定工作。

agilent 铷原子频率标准安捷伦铷原子频率标准是一种高性能的频率参考设备，具有高稳定性、高精度和高可靠性，被广泛应用于电信、雷达、无线通信、电子测量和导航等领域。

一、安捷伦铷原子频率标准概述安捷伦铷原子频率标准是一种基于铷原子能级跃迁的频率参考设备，具有高精度和高稳定性。

它利用铷原子能级跃迁的频率作为参考，通过锁相环技术将外部信号与参考频率进行同步，实现高精度的频率测量和校准。

二、安捷伦铷原子频率标准的特点1.高稳定性：铷原子频率标准的稳定性极高，可以在长时间内保持稳定的输出频率，有效避免了因温度、湿度和气压等因素引起的频率漂移。

2.高精度：铷原子频率标准的精度非常高，可以达到纳秒级别，因此被广泛应用于高精度的频率测量和校准。

3.高可靠性：铷原子频率标准具有高可靠性和低故障率的特点，可以在恶劣的环境条件下稳定工作，确保了测量和校准的可靠性。

4.易于操作：铷原子频率标准的操作简单方便，用户可以通过面板或计算机接口进行参数设置和数据读取，大大降低了使用难度。

5.宽频带：铷原子频率标准具有宽频带的特点，可以覆盖从低频到高频的广泛频带范围，适用于各种不同的应用场景。

6.多种输出接口：铷原子频率标准具有多种输出接口，可以满足不同用户的需求，如RF接口、TTL电平接口、RS232接口等。

7.远程控制：铷原子频率标准支持远程控制，用户可以通过计算机或网络进行远程操作，方便对设备进行远程管理和控制。

8.完善的售后服务：安捷伦作为知名品牌，拥有完善的售后服务体系，为用户提供及时、有效的售后服务保障。

三、安捷伦铷原子频率标准的适用范围1.电信：在电信领域中，铷原子频率标准被广泛应用于传输网络中的时间同步和频率同步系统，为网络提供了高精度的时间和频率基准。

2.雷达：在雷达系统中，铷原子频率标准作为高精度的时间和频率参考源，可以提高雷达的测量精度和抗干扰能力。

3.无线通信：在无线通信领域中，铷原子频率标准为基站和终端设备提供了高精度的频率参考，确保了通信的稳定性和可靠性。

一种微型化铷原子钟曹远洪;杨林;何庆;杜伦宇;项骏骐;蒲晓华【摘要】报道了一种微型化铷原子钟,它采用一种新型陶瓷填充微波腔来减小物理部分体积,其铷光谱灯采用升压电路以实现快速点亮,整机电子线路采用低电压技术,在国内首次对这类铷钟实现12 V直流供电,并且首次对这类铷钟加入与外秒同步的功能.该铷原子钟体积为190 mL,开机3 min后可实现锁定,锁定后频率稳定度为1.5×10~(-11)/(√τ)(τ:1～1 000 s),稳态功耗为5.5 W.【期刊名称】《时间频率学报》【年(卷),期】2009(032)002【总页数】4页(P92-95)【关键词】铷原子钟;陶瓷微波腔;微型化;低功耗【作者】曹远洪;杨林;何庆;杜伦宇;项骏骐;蒲晓华【作者单位】四川天奥星华时频技术有限公司,成都,611731;四川天奥星华时频技术有限公司,成都,611731;中国西南电子设备研究所,成都,610036;四川天奥星华时频技术有限公司,成都,611731;四川天奥星华时频技术有限公司,成都,611731;四川天奥星华时频技术有限公司,成都,611731【正文语种】中文【中图分类】TM935.115铷原子钟，又称铷原子频标，简称铷钟，具有体积小、重量轻和功耗低的特点，应用领域广泛。

近年来，随着数字通信技术的飞速发展，越来越多的通信设备需要内置频率精度更高的铷原子钟，促使铷原子钟小型化成为铷原子钟的重要发展方向[1]。

国外几家著名的铷原子钟厂家已经研制出了多款小型化铷原子钟产品，包括板块插槽式的小型化铷原子钟[2]。

铷原子钟的小型化设计主要在于减小物理系统和电子线路的体积，其中，物理系统体积的减小对小型化问题的解决更为有效[3]。

本文涉及的工作则通过引入一种小型化微波腔以及优化铷光谱灯结构而设计出小型化的物理系统，同时辅以新型电子线路，最终实现了一种微型化铷原子钟。

铷原子钟的腔泡系统占据铷钟的大部分体积，主要包括微波腔、吸收泡、光电组件以及附属加热部分。

WR-1011铷原子频率标准技术说明书目 录1、概述2、技术指标3、结构特征4、连接端口及通信协议5、/A抗振加固型说明1、概述1.1 主要特性☆ 宽温度范围☆ 短期稳定度好☆ 低漂移率☆ 低功耗☆ 快速启动☆ 小体积☆ 长使用寿命☆ 标准接口输出☆ RS232通讯接口☆ 抗振动（/A选项）1.2 主要应用☆ 同步光网络☆ 移动通信、有线数字通信☆ 供电网运行监测系统、广播电视系统☆ 舰载、车载、机载及其他振动环境（/A选项）2、技术指标指标项技术要求/T、/D选项电气特征输出频率10MHz（5MHz、20 MHz可选）输出路数1路（**2路可选）频率稳定度3×10-11/1s（**1.5×10-11/1s）1×10-11/10s（**5×10-12/10s）3×10-12/100s（**1.5×10-12/100s）相位噪声（10MHz）-70dBc/Hz at 1Hz（**-80dBc/Hz at 1Hz）-80dBc/Hz at 10Hz（**-100dBc/Hz at 10Hz）-115dBc/Hz at 100Hz（**-130dBc/Hz at 100Hz）-135dBc/Hz at 1KHz（**-140dBc/Hz at 1KHz）-140dBc/Hz at10KHz（**-145dBc/Hz at 10KHz）频率漂移率（无秒脉冲同步）±1.2×10-11/天（通电1天后）±5×10-11/月（通电1月后）±5×10-10/年（通电1年后）频率数字调节范围细调1.27×10-9（±10%）粗调1.27×10-7（±10%）频率数字调节精度细调1×10-11（±10%）粗调1×10-9（±10%）精细调节6.8×10-13（±10%）频率模拟调节范围＞±1×10-9（依客户要求有此功能）/频率同步精度/ ＜5×10-12（秒脉冲同步12小时后）1PPS同步精度/ ±50ns（秒脉冲同步8小时后）1PPS波形/ 正极性脉冲，宽度：10ms±20ns 1PPS上升沿宽度/ ≤10ns1PPS输出方式/ 3.3V TTL输入PPS电平/ 3.3V TTL输入PPS占空比/ ≤0.6时间保持能力（无秒脉冲同步时）/ ＜1 us/天（通电1天后）频率复现性±5×10-11锁定/预热特性＜10分钟锁定（常温）15分钟＜5×10-10（常温）出厂准确度±1×10-10输出波形正弦波输出幅度＞+5dBm|50Ω谐波抑制＞40dBc杂波抑制（f0±100k）＞100dBc锁定指示信号 3.3V TTL——Lo：未锁Hi：锁定（电平提升方法见4.3）供电电源单直流+24V（±5%） 可选单直流+12V（11～17V）启动功率≤36W稳态功率≤12W（常温）环境特性地磁场敏感度±2×10-11(X、Y、Z三个方向)储存温度[1]-40～+80℃（**-55～+85℃[2]可选）工作温度[1]-25～+60℃（**-45～+70℃[2]可选）频率温度特性＜5×10-10|工作温度范围力学环境符合GJB367A-2001有关条款物理特征主体尺寸77×75.5×36.5mm3（±0.5）重量＜350g体积0.212L（±5%）对外接口DB9(9针)＋SMA可选**DB9(9针)＋2×SMA可靠性MTB F：100,000小时注：[1]环境温度，空气对流；[2]特殊订制；**项目为优选或特制型，将产生额外费用。

一种用于高精度小型化铷频标的开槽管微波腔王鹏飞;王晨;何胜国;梅刚华【摘要】A slotted-tube microwave cavity with a volume of 11 mL was designed for miniaturized high-performance rubidium atomic frequency standards (RAFS). The magnetic field orientation factor of the cavity was measured to be 0.83. A miniaturized physics package for RAFS was designed based on the dimensions of the cavity, and a desk prototype of RAFS was built. Short-term frequency stability of the miniaturized RAFS built was measured to be better than12210/, suggesting that the microwave cavity can be utilized for construction of RAFS with small size and high performance.%针对小型化高精度铷原子频标应用需求，设计了体积为11 mL的小型化开槽管微波腔．实验测量了微波腔内微波场的方向因子，结果为0.83．利用该微波腔设计了小型化铷频标物理系统，形成了铷频标桌面系统．测试了系统的短期频率频率稳定度，结果优于12210/，远高于一般商用小型化铷原子频标．【期刊名称】《波谱学杂志》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】6页(P452-457)【关键词】铷原子频标;开槽管微波腔;小型化;高精度【作者】王鹏飞;王晨;何胜国;梅刚华【作者单位】中国科学院武汉物理与数学研究所，武汉 430071; 中国科学院原子频标重点实验室，武汉 430071; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院武汉物理与数学研究所，武汉 430071; 中国科学院原子频标重点实验室，武汉430071; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院武汉物理与数学研究所，武汉 430071; 中国科学院原子频标重点实验室，武汉 430071;中国科学院武汉物理与数学研究所，武汉 430071; 中国科学院原子频标重点实验室，武汉 430071【正文语种】中文【中图分类】O482.53铷原子频标在高精度和小型化两方面的研究都取得了长足进展.用于卫星导航的高精度铷频标短期频率稳定度已达到优于的水平[1]，但体积达4~5 L.一般商用小型化铷频标的体积多在200 mL左右，但其短稳通常在水平[2].由此可见，现有的铷原子频标或是精度高但体积大、或是体积小但精度低，小型化和高精度很难同时兼顾.得到体积小、共振模式好的微波腔是研制兼具小型化和高精度特性铷原子频标的关键.共振模式决定微波腔中微波场的分布，如果微波场磁力线沿C场方向均匀、密集分布，就可以激励出强的原子跃迁信号，保证铷频标的频率稳定度.减小微波腔体积主要有两种途径：一种是在标准腔（如TE111腔）中填充介质[3]，但是这样得到的微波腔小型化程度依然不高，共振模式也不理想；另一种是采用非标准腔，如磁控管式微波腔[4]和本实验室研制的开槽管微波腔[5]，效果更好一些.康松柏等人[6]报道过一款体积为18 mL的开槽管微波腔，该微波腔可以满足研制短期频率稳定度为3.8× 10-12/τ的小型化铷频标的需求.在此基础上，我们设计了一种体积更小的开槽管微波腔，可用于研制频率稳定度更高的铷频标.该文主要介绍这种微波腔的特性.在铷原子频标中，微波腔是腔泡系统的重要部件.开槽管微波腔是一种新型微波腔，由腔筒、腔端盖、介质环和开槽管组成（如图1所示）.开槽管是微波腔的核心，主体结构是一个上端开有若干个等间距窄槽的金属圆筒.开槽管外安装一个由电介质材料制作的介质环，内部安装铷吸收泡和滤光泡，底部通过法兰与腔筒连接.开槽管腔的工作原理与环隙腔[7]类似，都是通过由极片和窄槽组成的感容结构与外部通入的微波信号的共振，激发所需的驻波场（如图2所示）.开槽管腔内微波能量主要集中在开槽处，即开槽管的上部，没有开槽的下部能量弱.利用这种特性，将吸收泡放置在开槽管内的上部，滤光泡放置在开槽管内的下部，就可以得到一个集成度很高的分离滤光腔泡系统.腔泡系统采用分离滤光设计有利于提高原子鉴频信号的信噪比，从而使铷频标具备高的频率稳定度.2.1 开槽管和腔的结构对于铷原子频标，要求微波腔的谐振频率为钟跃迁频率6 834 MHz.开槽管腔的微波谐振频率与槽的数目、宽度、深度，极片厚度，开槽管内径，介质环长度，腔筒长度和内径等参数相关[8].减小腔体积的关键是减小腔筒的长度和内径，但是这两个尺寸减小后会使得腔频升高.另一方面，开槽数目对微波腔频率影响也很显著：槽数越少，谐振频率越低，故可通过减少槽数降低腔频.文献[6]使用的是8个槽，高频结构仿真软件HFSS仿真结果显示，此时很难将微波腔体积进一步减小.为了在保持腔频不变的情况下进一步减小腔的体积，我们采用了如图3所示的开槽管设计方案，将槽数减至3个.通常使用的吸收泡侧壁有一泡尾，为方便吸收泡的安装，需要在开槽管下端开一个宽槽.仿真计算显示，如果仅开一个宽槽，会破坏微波场的对称性.为了保证微波场的对称性，我们在开槽管的下部开了3个均匀分布的宽槽.根据仿真参数设计加工得到的微波腔实物示于图4，腔的外形轮廓体积仅为11 mL，比文献[6]减小了约1/3.2.2 微波场分布对于铷原子频标，在微波腔内铷吸收泡所在的原子共振区，只有与C场平行的微波场磁分量才能激励钟跃迁.共振区内微波场磁分量与C场方向（即腔轴方向）的平行度越高，原子跃迁信号就越强，铷频标的频率稳定度也会越高.所以，微波场的方向因子是微波腔的关键特性，它定义为共振区中微波场轴向分量场（Hz）强度与其总强度之比[9]：其中，Vcell为吸收泡所占区域，Hz表示微波场轴向分量. 用HFSS软件仿真得到的开槽管腔中微波场磁力线分布示于图5.磁力线颜色由蓝变红表示微波能量由弱变强.由图5可看出，开槽管内上部共振区内微波能量最强，磁力线的方向基本上与腔轴平行.方向因子可以用软件仿真得到，也可以从实验上测量.文献[10]给出了一种通过测量87Rb原子基态Zeeman子能级跃迁谱线强度确定微波方向因子的方法.用该方法测量了开槽管腔腔泡系统中铷原子Zeeman跃迁谱，结果示于图6.基于实测结果，开槽管腔的微波方向因子可用下式确定：其中Sσ(v)为图6中微波场轴向分量激发的跃迁信号（σ）的强度，Sπl(v)和Sπr(v )分别为左右两个微波场径向分量激发的跃迁信号（π）的强度.实验测量得到的方向因子为0.83，相应的软件仿真计算结果为0.89，两者相差不大.表明共振区内，微波磁场与C场平行度较高，有利于激发较强的原子共振跃迁信号，进而实现较高的频率稳定度，所以本文设计的微波腔可用于小型化高精度铷频标.利用这种开槽管腔，设计了小型化铷原子频标物理系统，形成了小型化铷原子频标桌面系统.以氢原子钟为参考源，用瑞士SpectraTime公司的Picotime频率稳定度测试仪测量了系统的频率稳定度，其采样间隔为1 s，结果示于图7.由图7可见，采样时间为1 s、10 s和100 s的频率稳定度分别为2.3×10–12、7.2×10–13和1.6×10–13.该款频稳测试仪的1 s稳和10 s稳测量能力受限，而100 s稳的测量结果是可信的.据此分析，系统的短期频率稳定度应该优于.该结果远高于目前市场上小型化铷频标，比文献[6]的结果还要高出约1倍.这表明该种小型化开槽管微波腔可以用于高精度小型化铷原子频标.本文设计了一种用于铷原子频标的开槽管微波腔.通过减少开槽数量，得到了迄今为止体积最小的开槽管微波腔，体积仅为11 mL.仿真计算得腔内微波场的方向因子为0.89，通过测量87Rb原子基态Zeeman子能级跃迁谱线的强度，得到腔内微波场方向因子为0.83，和仿真结果大致相当.基于该微波腔制作了一台铷原子频标桌面整机，短期频率稳定度测量结果优于2× 10-12/τ，远高于目前市场上的商用小型化铷频标，表明该微波腔可用于高精度小型化铷原子频标的研制.【相关文献】[1] Vannicla F, Beard R, White J, et al. GPS block IIF rubidium frequency standard lifetest[C]. Santa Ana Pueblo, USA: 41st Annual Precise Time and Time Interval (PTTI) Meeting, 2009.[2] LPFRS High-Performance Rubidium Oscillator[EB/OL]. .[3] Wang Yan(王艳), Yu Fang (余钫), Zhu Xi-wen(朱熙文), et al. A downsized microwave cavity for the rubidium vapor cell frequency standard(汽室型铷原子频标中微波腔的小型化)[J]. Journal of Astronautic Metrology and Measurement (宇航计测技术), 2007, 27(5): 41-44. [4] Schweda H, Busca G, Rochat P. Atomic frequency standard: European patent, 0561261[P]. 1997.[5] Xia B H, Zhong D, An S F, et al. Characteristics of a novel kind of miniature cell cavity for rubidium frequency standards[J]. IEEE T Instrum Meas, 2006, 55(3): 1 000-1 005.[6] Kang Song-bai(康松柏), Zhao Feng(赵峰), Wang Fang(王芳), et al. Design of miniaturized physics package forrubidium atomic frequency standards(铷原子频标物理系统小型化设计)[J]. Acta Metrologica Sinica(计量学报), 2012, 33(1): 72-76.[7] Mehdizadeh M, Ishii T, Hyde J, et al. Loop-gap resonantor: A lump mode microwave resonant structure[J]. IEEE T Microw Theory, 1983, 31(12): 1 113-1 118.[8] Xia Bai-hua(夏白桦). Physics Package and Parameter Optimization for Vapor Cell Rubidium Atomic Frequency Standards(铷原子频标物理系统研制与参数优化)[D]. Wuhan(武汉): Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院武汉物理与数学研究所), 2004.[9] Stefanucci C, Bandi T, Merli F, et al. Compact microwave cavity for high performancerubidium frequency standards[J]. Rev Sci Instrum, 2012, 83(10): 104706.[10] Xu Feng(许风). 基于开槽管微波腔的高信噪比铷钟物理系统[J]. Acta Metrologica Sinica(计量学报), in press(待出版).。

小型化铷原子钟高精度频率调节电路设计余志辉;阎世栋;明刚;梅刚华;钟达【摘要】在GPS驯服铷钟等相关应用领域中,小型化铷原子钟的频率调节精度是一项重要性能指标.该性能一般由铷钟整机系统中倍频综合器的数字锁相环(PLL)分辨率决定,目前作者所在的课题组研制了一款小型化高性能铷原子钟,具有良好的稳定度指标,但其频率调节无法满足高精度的需求.针对这一问题,本文对原小型化铷原子钟的倍频综合电路进行了分析研究和改进设计,基于一款高精度直接数字频率合成器(DDS)芯片设计了一种小数倍频综合电路,在保证小型化铷原子钟仍具有高稳定度指标的同时,实现了其高精度频率调节的功能.【期刊名称】《波谱学杂志》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】10页(P103-112)【关键词】小型化铷原子钟;倍频综合器;直接数字频率合成器(DDS);频率调节精度【作者】余志辉;阎世栋;明刚;梅刚华;钟达【作者单位】中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院大学,北京100049;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071【正文语种】中文【中图分类】O482.53小型化是铷原子钟发展的一个重要方向，为通信基站设备、高稳电子设备、机载和弹载装备等领域的应用，提供了一个高精度的频率标准源．小型化铷原子钟在使用的过程中，由于受量子系统谱线中心频率漂移、受控振荡器频率的老化漂移、相检波器及直流放大器输出电压的漂移等因素的影响[1]，存在较大频率漂移（普通商品铷钟约为5E−13/天），导致频率准确度缓慢变化，所以需要每隔一段时间对铷原子钟进行频率校准．频率校准通常采用GPS驯服铷钟的方式，校准精度在E-12量级，为满足这一需求，小铷钟的频率调节精度必须优于E-12量级．本课题组最新研制了一款小型化高性能铷原子钟，其倍频综合电路模块采用了一款具有极低相噪的数字锁相环（PLL）芯片，使整机稳定度以及相噪等主要性能指标达到较高水平．但该PLL芯片只具有24位分辨率的能力，最高调节精度在E-9量级，无法满足频率调节精度的应用需求．因此为了使其频率调节精度优于E-12，并且不影响小铷钟稳定度以及相噪等主要性能指标，本文设计了一款新型的数字倍频综合电路，实现小型化铷原子钟输出频率的高精度调节（其调节精度达到E-18量级），完全能满足相关的应用需要．在小型化铷原子钟电路系统中，需要将圧控振荡器输出信号的频率转换为铷原子的共振跃迁频率6.834 687 5 GHz，并对这一微波信号进行调制，作为探询信号送入以物理系统为核心的鉴频系统，得到伺服晶振的误差信号[2]．这个频率转换由数字倍频综合电路完成，该单元电路一般由数字倍频电路和微波倍频电路组成．原有的数字倍频综合电路的倍频方法是，将压控晶体振荡器输出的10 MHz信号通过一款数字PLL芯片进行数字锁相倍频得到455.645 8 MHz信号，并通过单片机对该信号进行调制，将带有调制信息的455.645 8 MHz信号送入到微波倍频器进行15次倍频，得到带有调制信息的频率为6.834 687 5 GHz的微波探询信号送入到物理系统进行鉴频，原数字倍频综合电路原理框图如图1所示．由于原方案所采用的数字PLL芯片分辨率较低，调节精度在E-9量级，无法满足应用需求．我们在原方案基础上进行改进设计并提出了一种新方案，新方案中数字PLL倍频电路将圧控晶振输出的10 MHz信号倍频得到一个带调制的频率为455.6 MHz的信号，与小数频率综合器产生的频率为0.687**MHz的信号进行合路（**为频率可调），合路器中并未直接进行混频，而是在送入到微波倍频器内进行15次倍频和混频（455.6 MHz×15+0.687**MHz=6834.687**MHz），最终得到带调制信息的频率为6.834 687 5 GHz的微波探询信号．其中小数频率综合器采用了一款高精度的直接数字频率合成器（DDS）芯片AD9956，该芯片具有48位分辨能力，使微波（6.834 687 5 GHz）频率控制精度可达到四十亿分之一[3]，同时由于环路中倍频系数的存在，理论上能实现10 MHz输出信号在5.2E-18量级上的高精度频率调节，完全能满足应用需求．新数字倍频综合电路原理框图如图2所示．小数频率综合器电路主要由电源模块、单片机系统（STC89C52RC）、DDS电路（AD9956）、滤波电路、阻抗匹配电路、选频放大等电路组成，原理框图如图3所示．由图3可知，圧控晶振输出的10 MHz信号作为AD9956的参考输入，通过STC89C52RC单片机控制AD9956频率控制寄存器中的频率控制字，输出一个高精度小数信号，该方案中输出的小数信号的频率为0.687**MHz．同时还在输出信号末端配套设计了滤波、匹配、选频放大等单元电路．本文仅给出DDS电路（AD9956）、滤波电路、选频放大电路的设计及其相应的输出信号测试频谱图，其余部分从略．图4、图5分别为AD9956电路图和AD9956输出信号测试频谱图．在DDS电路（AD9956）中，REFCLK即为输入时钟管脚，接10 MHz参考源信号，OUT1和OUT2为分频后输出的0.687**MHz信号，单片机通过控制PS0、PS1、PS2的高低电平，将频率控制字分别存储到AD9956的频率控制字寄存器中，来改变输出的频率，同时单片机与AD9956之间的通信采用两线串行方式（SDO、SDI、SCLK），CS为I/O选通信号，I/O_UPD为寄存器数据更新．由图5可知，AD9956直接输出的0.687**MHz信号包含有较多的谐波成分和杂散信号，必须经过滤波器进行滤除处理后方可使用．椭圆函数滤波器由于其过渡带很窄、下降迅速的特点，相比其他函数滤波器性能更好[4]．根据铷钟电路的应用需求，本设计方案选择七阶椭圆低通滤波器，它具有通带-阻带过度快的特点．该七阶椭圆低通滤波器的主要技术指标是：3 dB截止频率fc为1 MHz、输入输出阻抗为50 Ω、最低阻带频率fs为1.2 MHz、最小阻带衰减为50.96 dB、通带内纹波小于0.1 dB. 具体参数值由滤波器仿真软件计算得出．图6、图7分别为本方案设计的七阶椭圆低通滤波器电路图和计算机仿真得到的幅频特性曲线图．由图7可知，该七阶椭圆低通滤波器通带为0~1 MHz，带外衰减达到50 dB，在1 MHz的两倍镜像频率2 MHz附近出现一个极点，图8为通过七阶椭圆滤波器后0.687**MHz信号实测频谱图．通过对图5、图8中输出信号的频谱进行对比可以发现，该七阶椭圆低通滤波电路对AD9956输出信号的谐杂波有较好的滤波效果．滤波后小数频率综合器输出信号0.687**MHz的功率为-16.52 dBm，无法满足后续电路的功率要求，所以需要对该信号进行功率放大．在铷钟电路初步调试过程中，我们选用信号源代替小数频率综合器，将信号源输出频率设定在0.687**MHz，通过不断改变其输出的射频信号功率，寻求最佳锁定信号．实测时，当0.687**MHz 信号功率在−4 dBm附近时，铷钟锁定信号幅度最大．所以我们设计了一款三极管选频放大电路，对信号功率进行选频放大，其中三级管选用的是NPN型高频小功率硅管3DG6，并选择LC并联谐振回路作为选频电路，经过相关分析计算得到电路的具体参数值．图9、图10分别为三极管选频放大电路和选频放大后信号测试频谱．由图10可知，小数频率综合器输出信号0.687**MHz通过选频放大后功率达到-3.60 dBm，可满足后续微波倍频混频电路的功率要求，并能实现铷原子钟系统闭环锁定工作．在完成了高精度频率调节电路设计、制作和调试后，我们将其与小型化铷原子钟整机联机进行闭环调试，并对铷钟电路系统进行了参数优化，最终实现了铷钟的闭环锁定和稳定工作．我们以高性能主动型氢钟作为频率参考源，使用Picotime频率稳定度测试仪测量了改进后的小型化铷钟整机的频率稳定度，将测试结果与原方案铷钟的稳定度指标进行了对比，得到两组频率稳定度测试曲线．新、旧两种方案的频率稳定度测试结果如图11、图12所示．对于高性能原子钟的频率稳定度测试，Picotime频稳测试仪（Orolia集团下属SpectraTime公司生产）的短稳测试能力略显不足，该仪器测试10 s以下稳定度指标时，其自身的本底噪声相对较大，测1 s稳定度时的本底噪声在3.0E−12水平，对测试结果有影响，但测10 s以上稳定度时其本底噪声足够低，能真实反映被测原子钟的性能．据此，由上述图11、图12给出的稳定度测试结果可得，新方案的10 s稳定度和100 s稳定度分别为1.06E−12和4.1E−13；原方案的10 s 稳定度和100 s稳定度分别为1.03E−12和4.6E−13．该结果能较真实的反映新旧两种方案的铷钟性能，所以可得出结论，新方案铷钟的短期稳定度指标为4.1E−12水平，原方案铷钟的短期稳定度指标为4.6E−12水平，即新旧两种方案小型化铷钟的短稳指标处于同一水平．AD9956是一款具有48位分辨能力的高精度DDS芯片，根据公式FOUT=REFCLK*N/248（FOUT为输出频率，REFCLK为参考频率，N为频率控制字，48为频率寄存器位数）．当取N=1时，计算可得AD9956输出信号频率的步进精度为3.55E−15，根据铷钟倍频综合电路的倍频系数（约683.4）计算，理论上10 MHz输出信号频率的最高调节精度为5.2E−18，完全能满足各类铷钟的应用需求．考虑到小型化铷钟10 MHz输出信号的秒稳定度指标在4E−12水平，当频率调节幅度过小时无法通过测试仪器精确测量其频率准确度的变化．为了验证本文设计并实现的高精度频率调节电路方案的实际效果，我们做了以下一组对比测试实验，通过计算可知，当DDS频率控制字变化量DN设为192 360时，变化频率为192 360倍步进值，此时10 MHz输出信号的准确度变化量为1E−12．我们通过使用Picotime频率稳定度测试仪对上述频率调节前后的10 MHz输出信号分别进行测试，数据采样间隔为1 s，测试采样时间为100 s，记录这100个点的频率准确度，并计算其平均值，通过对比频率调节前后频率准确度平均值的偏差来验证该方案的频率调节精度，频率准确度测试结果如图13、图14所示．测试及分析计算结果表明，频率调节前输出频率准确度测试结果平均值为−2.588 976 2E−11，频率调节后频率准确度测试结果平均值为−2.487 676 2E−11，故实际测得的频率准确度调节变化量为1.013E−12．通过以上实验验证及测试数据分析可知，当变化量为192 360倍最小步进值时，可实现输出频率准确度在1E−12量级上的精确调节．并由此我们可以推论，当DDS频率控制字变化量DN设为1（最小步进值）时，该方案可实现5.2E−18的最高频率调节精度．最后，我们将改进设计后具备高精度频率调节功能的小型化铷钟性能指标与原方案以及国内外两款高性能小型化铷钟的相关指标作了对比，比较情况如表1所示．由表1可知，在采用了本文高精度频率调节设计方案后，我们的高性能小型化铷钟保持了良好的短期频率稳定度指标，并且输出频率调节精度相比于原方案以及国内外的两款同类型铷钟产品有了大幅度的提升．为实现小型化铷原子钟输出频率高精度调节这一应用需求，本文在原有高性能小型化铷原子钟的基础上，对数字倍频综合电路进行改进设计，运用AD9956芯片设计了一款小数倍频综合电路，并通过DDS+PLL的方式进行倍频综合．根据实验测试结果及数据分析可知，该方案在保证了其稳定度指标与原方案相当的同时，实现了小型化铷原子钟输出频率在E−18量级高精度可调的功能，且其频率调节精度远优于原方案以及国内外两款同类型铷钟产品．同时该方案的实现也为今后高性能驯服铷原子钟等做好了一定的技术储备，具有较广泛的应用价值．【相关文献】[1] 王义遒,王庆吉,傅济时,等.量子频标原理[M]. 北京: 科学出版社, 1986.[2] 曹远洪. 小型化铷原子频标研究[D]. 武汉: 中国科学院武汉物理与数学研究所, 2007.[3] WEN S J, QIAN C. 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gps卫星铷原子钟在中电25所的成功案例2017年年末，西安同步电子自主研发生产的gps卫星铷原子钟在中国电子集团第25所的成功使用。

为25所提供标准的频率源，为后续的科研工作提供了必不可少的基准源。

前言时间频率标准分为一级频率标准、二级频率标准。

现代多以实验室铯束频率标准、铯原子喷泉频标为一级频率标准，一级频率标准根据秒的定义、通过实验测量和理论计算，估计出各种已知因素引起的频率偏差的数值，并给出估算的不确定度，定出频标的准确度。

虽然一级频率标准有很好的长期稳定度和准确度，但是其使用条件苟刻，维护成本高，而且售价昂贵，因而只能使用在一些有条件的实验室中。

二级频率标准中的铷原子频标价格较为低廉，是使用最广泛的频率标准设备，同时输出频率具有较好的的频率稳定度和频率准确度指标。

目前，许多工程应用领域对时间频率提出了高精度的要求，例如智能电网、数字移动通信网和无源定位系统等。

但是，铷原子频标的频率不够准确，频率被校准后还会随着时间缓慢漂移，因而并不能满足高精度的时间同步的要求。

最近二十年，随着美国的全球卫星导航系统的不断现代化、俄罗斯的、欧洲的系统，以及中国正在全面部署的北斗卫星导航系统的迅猛发展，通过导航卫星将守时实验室的时间频率的准确度传递到远端的用户已经非常易实现，或者说这种技术大范围应用的条件己经非常成熟，已经能够提供廉价并且性能优越的时间频率产品。

而小型铷原子频标，因为其功耗低、体积小、价格低廉、抗恶劣环境能力出众，并且具有较好小型伽原子频标的时间应用研究旳中短期稳定度，可以显著消除时间在传递路径中引入的中短期稳定度的恶化，能很好的完成用户端的时间频率的传递和保持功能。

因而，通过授时设备将守时实验室的标准的时间频率的准确度传递给小型铷原子频标，最终提高用户端的时间同步精度将成为一种很好的选择。

gps卫星铷原子工作原理gps卫星接收机能够提供非常好的频率长期稳定度和准确度，恰好能够补偿铷原子频标的频率漂移和频率准确度差的缺点。

铷原子频率标准TR2005C技术指标在现代科技发展日新月异的今天，高精度的时间频率标准已经成为各个领域不可或缺的重要工具。

铷原子频率标准TR2005C作为当前世界上最先进的原子钟之一，其技术指标和性能优势备受关注。

本文将从深度和广度两方面对铷原子频率标准TR2005C进行全面评估，并剖析其在现代科技中的重要地位。

一、铷原子频率标准TR2005C技术指标概述1.频率稳定度铷原子频率标准TR2005C的频率稳定度极高，达到了每秒10的负14次方的水平，这意味着其频率误差仅为每秒几个万亿分之一，可以满足各种高精度时间测量的需求。

2.频率准确度TR2005C的频率准确度非常高，可以稳定地输出特定的频率信号，通常误差在每秒几个十亿分之一以内。

这样的准确度使得其在卫星导航、通信网络以及科学研究领域有着广泛的应用。

3.短期稳定度TR2005C在短时间内的频率稳定度也很突出，可以在毫秒甚至微秒的时间尺度上保持高稳定的频率输出，这对于需要高速数据传输或者实时信号处理的应用至关重要。

4.长期稳定度除了短期稳定度外，TR2005C在长时间尺度上也能够保持出色的频率稳定性，这对于天文观测、卫星定位和导航系统的精准定位以及地震监测等方面具有重要意义。

二、铷原子频率标准TR2005C的应用领域1.卫星导航高精度的时间频率标准是卫星导航系统的核心，而TR2005C凭借其卓越的频率稳定度和准确度，成为了众多卫星导航系统的首选时钟设备，为全球定位系统（GPS）、北斗导航系统等提供了可靠的时间基准。

2.通信网络在高速通信网络中，精准的时间同步对于数据传输和网络安全至关重要。

TR2005C作为高稳定频率标准的代表，被广泛应用于各种通信基站的时间同步系统，保障了通信网络的高效运行。

3.科学研究在科学实验和研究中，时间频率的精准度直接影响着实验数据的准确性和科学结论的可靠性。

TR2005C在科学研究领域有着广泛的应用，为实验数据的采集和分析提供了可靠的时间基准。