铷原子钟:铯原子钟即铯束原子频率标准。铯原子频率标准所用的是基态超精细磁能级之间的跃迁,即原子秒定义中描述的跃迁能级。铯原子频率标准的准确度高,短期频率稳定度比氢原子频率标准差,价格高,体积比铷原子钟大,一般只用作最高等级基准时钟或测试、研究必须的频率标准。
石英晶体振荡器:是利用石英晶体(SiO2)的压电效应制成的一种谐振器件,简称晶振。根据晶振的不同使用要求及特点,通常分为以下几类:普通晶振(XO)、压控晶振(VCXO),温补晶振(TCXO)和恒温晶振(OCXO)
高稳石英晶体振荡器:简称高稳晶振,具有完善的结构和良好的温控电路组成。主要措施有: 相位差比较器和软件锁相控制器,恒温槽技术。高稳石英晶体频率标准体积小、寿命长、价格低廉,尤其是秒以下的短期稳定度好,且利用锁相技术能使之同步于外来同步基准信号,所以高稳晶振在数字同步网中作为从钟被大量使用。 主要技术指标:
频率准确度:表征信号的实际频率值与理想的或定义的频率值(以UTC为标准的频率,实际是国际原子时ATI的频率)的偏离或符合程度,一般用相对频率偏差来表示。
频率稳定度:频率稳定度表示时钟输出频率因受噪声影响产生的随机起伏特性。可以从时域和频域来分析频率稳定度。频率稳定度用阿伦方差的平方根来表征。
频率漂移率:频率漂移率是指时钟输出频率随运行时间单调变化的线性率。随时间单位的不同,有日漂移率?p月漂移率和年漂移率。对于高稳有源晶振,由于频率漂移通常是由石英晶体的老化造成的,因此它的频率漂移率称为频率老化率。原子钟的漂移主要由内部器件造成,包括由量子结构的频率漂移、相检及运放的漂移引起。
频率重现性:频率重现性或称频率复现性是指时钟工作一段时间t1后,频率测得为f1,此时停机一段时间t2,再开机一段时间t3后,测得频率f3频率重现性表征的就是f3与f1的相对频率偏差。
1.频率标准的定义
频率标准是指能给出较高准确度的单一频率值的正弦波形振荡信号的装置,其频率值大都是1,5,10MHz,频率标准有时也简称频标。衡量频率标准的主要指标是频率准确度和稳定度。实用的频率标准由高稳石英晶体振荡器和原子频率标准2大类。
2. 频率准确度
是指频率的实际值相对于标称值的相对偏差。
3. 频率漂移(老化率)
频率值随时间呈单方向的变化,称为频率漂移或老化。近似描述频率老化特性的直线用最小二乘法计算,具体测定时,需要用一台老化率比被测频标小一个数量级的频标作为参考,如检定石英频标时用铷原子频标或铯原子频标作为参考,检定铷原子频标时用铯原子频标。 老化率计算公式
4. 频率稳定度
描述输出频率受噪声影响而产生随机起伏程度的量,数学表征用Allan(阿伦)方差的平方根值。阿伦方差计算公式:采样间隔为 ,测量m+1个数。
5. 相位噪声
频率稳定度在频域特性的表征用相位噪声表征。用单边带内的功率来描述频率的不稳定情况,称为相位噪声。用符号£(f)表示,f偏离载频的频率值,具体定义为:
£(f)=偏离载频f处1Hz单位频带平均功率/载频功率
6. 频率重现性
频标多次开机使用时,频率保持一致性的能力。计算公式为f1为频标关机前的频率值;f2为频标关机冷却后再开机到稳定工作的频率值;f0为标称频率值。
由于频标通常都有良好的恒温装置,因此通常冷却时间为24小时。
重现性这一指标都是对原子频标而言的,因为石英晶振受其机理限制,其重现能力较差。