一种低功耗被动型CPT原子钟

介绍了一款新研制的被动型相干布局囚禁(CPT)原子钟样机及其主要性能.样机功耗约为4 W,频率稳定度达到在τ＜8000s范围内优于6×10-11τ-1/2,10 MHz 输出频率在1Hz范围内的相位噪声达到-79.1dBc/Hz .所研制的CPT原子钟具有小型、低功耗的特点.     

原子钟相位与频率估计的误差特性

本文讨论了原子钟内部的3种噪声即白色调相噪声，白色调频噪声和随机游走调频噪声对相位和频率估计的影响，分析表明，这3种噪声对相位估计和频率估计的影响完全不同，在相位估计中，选择适当的平滑长度和取样间隔可以控制估计误差，而在频率估计中，估计精度不能通过[估计器或测量设备的改进而任意提高，存在一个极限，这个极限由原子钟的内部噪声来决定。     

芯片相干布居囚禁原子钟

对基于相干布居囚禁（CPT）态原子的芯片级原子钟技术进行了综述,包括CPT原子钟的基本原理、Ramsey?CPT原子钟技术、CPT原子钟的微小型化方案、CPT芯片原子钟的发展等,对其中的关键技术：激光频率调制、Ramsey技术、左右旋圆偏振光泵浦（push?pull）、激光和微波稳频以及微光机电加工系统（MOEMS）等技术进行分析讨论,最终总结出CPT原子钟向着低功耗、芯片化和时钟精度高的方向发展。     

相位噪声参考源的研制

<正>一、概述在现代无线电通信和雷达技术中,系统灵敏度和选择性一直是设计者的难点或重点。其中的主要限制因素之一就是相位噪声,更一般地说是边带噪声,即相位噪声和AM噪声的组合。相位噪声是指(正弦)频率的短期稳定性。由于相位噪声的存在,引起载波频谱的扩展,其范围可以从偏离载波小于1Hz一直延伸到几兆赫兹(加相位噪声的影响)。频率稳定性是振荡器在整个规定时间范围内产生相同频率的一种量度。如果信号频率存在瞬     

新型国产氢原子钟的设计改进及其在守时中的初步应用

氢原子钟是一种稳定的频率标准,环境温度变化及微波谐振腔的老化比较容易引起其输出频率的变化,从而导致钟的长期性能变差.上海天文台针对这些年来许多氢钟出现的相关的问题,结合国外氢钟实验室的经验,对谐振腔自动调谐器、温度控制的设计进行了改进以改善氢原子钟的长期性能.描述了为国家授时中心守时系统所研制的氢原子钟的技术改造特点与所达到的性能指标及在守时中的应用结果.     

微振动的高精度测量

为了测量振幅小于1μm的微振动信号,在传统迈克尔逊干涉仪的基础上,提出了一种大光程差情况下的实时高精度测量系统。该系统使用单频窄线宽光纤激光器来减小长光程差下的相位噪声影响;用零差解调方法来抑制环境影响导致的相位漂移;双路平衡检测的使用将光源强度噪声降低16dB左右。当测量距离为10m时,光源引起的相位噪声仅为5.28×10-rad/Hz1/2;但由于6电路处理上的限制,实际可探测的最小灵敏度约为10-rad/Hz1/2。当被测信号在100Hz~4kHz之间5时,系统具有良好的线性响应度。     

铷原子钟技术对于汞离子钟研制的借鉴性分析

谱灯光抽运被动型铷原子钟具有长寿命、极低的随机频率漂移噪声和较好的短、中期稳定度等显著的优点,在卫星导航定位系统中有着广泛的应用。但是这种铷原子钟的准确度和长期稳定度较差,已经不能满足新一代导航定位系统的要求。离子阱汞离子微波(Hg~+)钟已经达到了主动型氢原子钟的性能指标,与传统铷原子钟相比,具有更加广泛的应用前景。铷原子钟和汞离子微波钟有许多相同点和不同点,对两者差异性进行分析可以借鉴现有铷原子钟的研究,加深对汞离子微波钟工作过程的认识。本文对两者的原理和关键技术进行了比较分析,对汞离子微波钟的发展具有一定的借鉴作用。     

低压CMOS压控振荡器设计

通过对LC压控振荡器原理的分析,设计了一种新型CMOS集成压控振荡器.该电路通过利用振荡器的输出产生高电压来控制开关电容阵列的开启来实现输出频率在不同频段中转换,从而提高输出频率范围和降低相位噪声.电路采用TsMc18rf工艺,用cadence的spectre工具进行仿真.结果表明:在0.6V的电源电压下,频率覆盖了2.07GHz到2.78GHz,可调控范围约为29%,总功耗约为1.8mw,1MHz频偏处相位噪声约为一120dB/Hz,满足了设计要求.     

CPT原子钟系统的数字正交解调算法及实现

介绍了将数字正交解调算法应用于CPT原子钟系统的锁相环路,通过FPGA硬件结构实现解调功能所开展的研究.经MATLAB和QUARTUS2的联合仿真表明,该算法抗噪声能力强,解调结果可靠性高,是应用于高性能CPT原子钟的理想算法.实际应用于CPT原子钟的实验结果与理论预期和实验仿真结果相一致.该方案有利于原子频标的工作状态调整和保持产品性能一致性.     

基于前后向子分段和频移补偿的频率与相位联合估计器

频率估计和相位估计是物理学中的两个基本的测量问题。现有的估计器难以对这两个参数实现高精度的联合测量。为实现联合测量,对已有前后向子分段频率估计器做如下两方面改进:(1)对前、后向子分段快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)谱峰相位值做平均,获得中心样点的瞬时相位估计;(2)引入频移补偿措施,使得前、后向子分段的峰值谱能量更为集中,增强了估计器抵御噪声的能力,同时提升了估计器的频率和相位估计精度。理论分析和仿真实验表明,该联合估计器性能高于原有前后向子分段估计器和全相位FFT/FFT相位差估计器,对于频率偏离情况,其频率估计方差为克拉美-罗限的4/3倍,其相位估计方差可达到克拉美-罗限。     

短电磁脉冲标准场装置实验室比对

研制了基于单锥TEM室的短电磁脉冲标准场实验装置,并联合清华大学工程物理系、俄罗斯全俄光学与物理测量研究院,以D-dot传感器为传递标准,分别在中国和俄罗斯开展了短电磁脉冲标准场实验装置的实验室联合比对。比对结果表明,在单锥TEM室内θ=70°、 r=0.6m位置处,三方实验室测量的D-dot传感器响应波形与激励波形基本一致,传感器等效面积差异小于2%。比对结果进一步检验了单锥TEM室作为短电磁脉冲标准场装置的有效性,并验证了其用于短脉冲测量天线参数时域标定的技术可行性。     

基于NTN校准技术的脉冲标准法

脉冲标准法是校准宽带取样示波器的一种行之有效的方法,但它需要波形参数已知的脉冲信号源,当取样示波器的带宽很宽时,这种脉冲信号源是很难得到的。近年来发展起来的NTN校准技术可以不受带宽的限制,但是它只限于对某些结构的取样示波器的校准。提出了一种基于NTN校准技术的脉冲标准法,该法克服了上述限制,可以实现更多种类的宽带取样示波器的校准。实验结果表明,该方法是非常有效的。     

高电压脉冲校准装置研究

为解决高电压脉冲的校准问题,对高电压脉冲的校准方法进行研究,并建立了一套脉冲校准装置。校准装置将高电压脉冲信号进行电压转换,变为脉冲小电压,通过数据采集系统,在频带范围10Hz~1kHz、电压范围1~1600V内,对脉冲电压的关键参数进行测量,得到高电压脉冲的电压幅度、脉冲频率、脉冲宽度、上升时间和下降时间。通过实验室标准仪器设备对高电压脉冲校准装置进行测试,其中脉冲幅度的测量误差为 0.02%~0.4%。     

一种新型电磁能量选择表面结构设计与仿真分析

电磁干扰是通信系统在可靠性及设备安全性中必须考虑的因素,近些年迅速发展的高功率电磁脉冲对雷达天线等通信设备造成严重的威胁.提出一种新型电磁能量选择表面(ESS),该表面在十字形ESS的基础上增加了4个金属枝节,通过单元间加载PIN二极管获得自适应特性.在枝节处加载二极管可以在金属网格结构中引入栅格结构,有效增加屏蔽带宽,而且在透波模式下,枝节形成的二维狭缝阵列结构会在高频产生透射共振,使得表面在高频有一个频带使工作信号通过.仿真结果表明,提出的ESS在高功率电磁脉冲作用下会处于防护模式,其-20 dB带宽可达3.4 GHz;正常工作信号作用下ESS处于透波模式,此时表面为频率选择表面(FSS),其在低频和高频各有一个工作频带,低频部分带宽为0 GHz~1.3 GHz,高频谐振频率为5.36 GHz,带宽可达150 MHz.     

脉冲磁场传感器的时域标定

针对脉冲磁场测量的要求，对传感器的时域标定问题进行了研究，组建基于高压脉冲源，ＴＥＭ传输室，数字存贮示波器及计算机的时域标定系统，提出了基于输出误差模型的时域定数据处理方法，利用该模型可方便地获得的传感器的灵敏度，转折频率等参数，成功地利用所建立的误差修正模型对传感器造成的测量失真进行了恢复。     

Performance and characterization of new micromachined high-frequency linear arrays

A new approach for fabricating high frequency (> 20 MHz) linear array transducers, based on laser micromachining, has been developed. A 30 MHz, 64-element, 74-microm pitch, linear array design is presented. The performance of the device is demonstrated by comparing electrical and acoustic measurements with analytical, equivalent circuit, and finite-element analysis (FEA) simulations. All FEA results for array performance have been generated using one global set of material parameters. Each fabricated array has been integrated onto a flex circuit for ease of handling, and the flex has been integrated onto a custom printed circuit board test card for ease of testing. For a fully assembled array, with an acoustic lens, the center frequency was 28.7 MHz with a one-way -3 dB and -6 dB bandwidth of 59% and 83%, respectively, and a -20 dB pulse width of -99 ns. The per-element peak acoustic power, for a +/- 30 V single cycle pulse, measured at the 10 mm focal length of the lens was 590 kPa with a -6 dB directivity span of about 30 degrees. The worst-case total cross talk of the combined array and flex assembly is for nearest neighboring elements and was measured to have an average level -40 dB across the -6 dB bandwidth of the device. Any significant deviation from simulation can be explained through limitations in apparatus calibration and in device packaging.     

The Density of High Energy Phonons Created from a Low Energy Phonon Pulse in Liquid 4He

We calculate the energy density of high energy phonons created from a pulse of low energy phonons spatially confined to a narrow cone. We include the tangential expansion of the propagating pulse and the interactions between high energy phonons within the pulse as well with low energy phonons. The expansion of the pulse causes it to cool so much that the creation of high energy phonons stops within 3 mm of the heater. The decay rate of high energy phonons governs the dynamic equilibrium inside the pulse. The magnitude of the high energy phonons, emitted by the pulse into the cold liquid helium, is calculated for different length pulses. It is found that small heaters can produce short pulses of high energy phonons from relatively long injected pulses.     

基于动态可变阈值的低功耗单声道气体超声波流量计

为克服气体涡轮流量计存在压损和需定期校准的缺点,研制了耐高压低功耗单声道气体超声波流量计.针对换能器因阻抗不匹配造成的回波信号质量差的问题,分析了回波信号的特征,提出了动态可变阈值和过零检测的数字信号处理方法.该方法可精准定位回波信号特征点.研制了以STM32为核心的低功耗气体超声波流量变送器.变送器采用了新的激励方式...     

锥管结构消声性能的有限元分析

声学性能和空气动力学性能是评价消声器的两项重要指标,锥管结构因其良好的空气动力学性能和低频消声性能受到相关研究人员的关注。运用有限元数值计算方法,以传递损失作为评价指标,探索其结构参数对扩张式消声器消声性能的影响。研究发现,随着锥角增大,锥管消声频带向高频方向扩展;锥管长度主要影响消声带宽;扩散管口与收缩管口面积比主要影响消声峰值;锥管结构运用于扩张式消声器中对传递损失曲线具有移频、降幅、改善通过频率处消声性能的作用。     

Current induced along horizontal wire above an imperfectly conducting half-space

The boundary element/exponential approximation technique for calculating the loaded straight wire horizontally located above a dissipative half-space is presented. The influence of a lossy ground is taken into account via Sommerfeld integrals appearing within the kernel of the electric field integral equation for thin wire. These integrals are computed by means of the exponential approximation technique. The resulting integral equation for loaded wire above an imperfect earth is solved by the boundary element method. Numerical results are obtained for current distribution along a resistively loaded dipole antenna and along a transmission line of a finite length.