原子频标作为精密基准频率源和频率标准

精密基准频率一般都会选择原子频标，原子频标目前使用最为广泛的有铷原子频率标准、铯原子频率标准和氢原子频率标准，当然铷原子频率标准是应用最广泛，价格也是相对便宜的，一般的铷原子频标价格在1万-3万之间，相比较于铯原子频标和氢原子频标动辄几十万甚至上百万的价格就实惠很多。另外恒温晶振也可以作为精密频率标准，主要是短稳和相噪比较好。

1、晶振频率基准

石英晶体振荡器与原子钟有很大的区别。将石英沿着其特殊晶轴切割以作成具有优良温度特性的薄片,薄片实际上在振荡器频率下作机械振动。对於约高于30MHz(AT切割)或50MHz(BT切割)的频率,都使用谐波晶体,这是因为用作高频基波振荡器时晶片会变得过于单薄和脆弱。调谐振荡槽路可使电路在典型三倍、五倍或七倍的晶体基波频率下振荡。最稳定的石英晶体振荡器将晶体置于小型恒温箱中以保持其温度恒定。

频率基准对于测量意义重大，比如校准振荡器或者延迟线,一台计数器/计时器就能够满足需要,除非你要求更加好的精确度。例如,如果你在制造计数器/计时器,并需要比1×10-10精确度至少好10X或者100X的基准源,你将怎么办呢解决此问题的答案是采用精确度和稳定性较之恒温石英晶体振荡器都更好的时基,如像称为原子钟的铷或铯振荡器。

西安同步电子科技有限公司研发生产的高精度低相噪恒温晶振，可以作为测量设备的高短稳频率标准或者低相噪频率标准使用，也可以作为普通计数器的外部参考使用。

2、原子频标

原子从一个能量状态跃迁至另一能量状态乃是铷和铯振荡器所基于的物理过程。铷时基依赖于气态铷在6.834682612GHz的频率下受激发时光学特性的微小变化。在此频率下经微波辐射,铷原子吸收能量,而通过该气体的光传输减弱约0.1%。反馈环对微波振荡器进行调谐以使光输出最小。在铯时基中,较高能量原子与较低能量原子是分离的。较高能量原子的计数充作反馈信号,驱动一个振荡器至9.192631770GHz。

标准秒定义为铯原子自然周期(1/f)的9192631770倍。Agilent公司的铯原子一次频率标准507IA是业界中最准确、最稳定可靠的实验室和外场使用的仪器,它的短期和长期稳定度**,自动设置简单和无需调节,容易维修和使用,广泛用于先进的跟踪系统,它的主要特性如下:输出频率:5MHz,10MHz频率准确度:5×10-13长期稳定度:1×10-14平均故障时间(MTBF):10万小时。

西安同步电子科技有限公司生产的铷原子频率标准，内置进口高精度铷原子钟，输出多路10mhz正弦信号，具有精度高，低相噪等特点，满足计量用户的需求。

3、GPS驯服频率标准

人们还需要GPS能够应用于精确计时。对于汽车跟踪和通信应用,我们需要较目前GPS体积更小、功能更低和采集更快的新技术。基于GPS定时接收机的最新发展是GPS规范振荡器(GPSDO)。正如其名称所表露的那样,此仪器包含有一个单独的、非常稳定的振荡器,它能被操纵得紧紧追踪GPS所导出的频率。

GPSDO的优越处在于其相对价廉而具有高精确度。GPS定时接收机可以同时追踪几颗卫星,提供出时间和频率信号的平均值。在一天或更长的周期里,GPSDO的精确度可以是10-14或更好。周期短时GPSDO的精确会降低,其短期精确度类似于内部恒温石英或者铷振荡器的水平。

Fluke公司910/910RGPS驯服频率标准将追踪能力加至GPSDO中,此追踪能力是靠将一个计时器/计数器集成到频率基准电路中而获得的。它能连续测量误差,并在长达两年的时期内保持住频率偏移的内部数据库。

Fluke公司的910/910RGPS受控频率标准内装恒温可控晶体振荡器或铷频标,它具有如下特性:输出频率:5MHz,10MHz;输出电压:0.5V(50Ψ);老化率:5×10-11/月(910R),3×10-9/月;稳定度-短期:5×10-11/ls(910R),5×10-12/ls(910);中期:1×10-12/1000s(910R),5×10-11/1000s(910);工作方式—强制方式:受GPS信号连续调节,保持方式:不受外部信号调节。

西安同步电子科技有限公司研发生产的GPS北斗驯服晶振/原子钟种类齐全，产品输出接口丰富，功能多样，满足一般用户的绝大多数需求，还可以根据用户特殊要求进行定制。

4、GPS共视频率标准

所谓共同观察技术可以消除与单接收机GPS测量系统相关联的大部分误差来改善精确度。两台相隔不超过数千英里的接收机对一颗或多颗同样的卫星进行跟踪,确定时间和频率,然后比较它们的结果。由于这两台接收机遭受由电离层和对流层引起的误差相类似,同时它们采用相同的卫星数据,它们的时间和频率之间所保持的差别十分小。

作为一个即将进入市场的频率精确度的实例,请看最近在NIST建造的样机系统。它将一台多通道共同观察接收机与PC集成在一起,并接入至互联网。一个类似的系统可以被送至远距离的地点,并连接至当地的GPS频率标准。数据从远处的接收机以及NIST基的基准接收机上载至中央万维网服务器。软件能够自动处理数据组以提供远处的频率相对于UTC的当前不稳定性。只要所采用的数据是前10分钟以内的,对UTC(NIST)的联机跟踪能力就差不多与采用实时数据一样好。

5、基准频率源发展应用

利用互联网获得GPS的精确频率显然是简单易行的办法。但是,以铯原子固有振动作为频率标准不觉已经五十年的历史,精确性达到1500年误差1秒,人们期待更精确的频率标准的出现。

2001年美国NIST的研究人员开发成功基于光原子固有振动的光子频率标准,由于光波具有比微波更短的波长,新的光子钟精确性达到150亿年误差1秒,比现有的铯原子钟准确1000倍。天文学家认为宇宙的寿命约150亿年,故光子钟在宇宙寿命期内误差只有1秒。

光子钟的光源是来自低温冷却的失去一个电子的汞离子,它的固有振动光波耦合到激光振荡器上,再测量出它的两个能级转换周期的1.064×1024倍就是1秒。这种光子频率标准已在实验室内运行,10年后将有产品问世,到时科学界将可用于研究有关宇宙的基本问题,例如,爱因斯坦相对论的正确性、万有引力对电磁场的影响。

时间/频率计量技术的发展必然促进其它技术的进步,随着光子钟的普及,科技人员可创造出更多的应用,从高科技的卫星轨道精确控制、深太空导航,到日常生活的互联网电子邮件收发、同步电视、银行电子结帐都有深远的影响。同时,测量仪器的时频测量及频率基准源将更为精确,并将出现更多、更好的测量仪器和原子频率标准。