频率稳定度研制工作的过去与现在

本文介绍我所在频率稳定度方面的工作情况。概括叙述了1966年以前我所研制的通信装备,频率稳定度工作以长稳为主。根据当时的具体情况及设备的技术要求采取相应的稳频措施。1966年以后,我所研制154、155、158等系统工程,频率稳定度工作转入以短稳为主。文章阐述了在各种情况下应根据设备的具体使用条件,正确处理频率稳定度的问题。另外还介绍了晶体室在研制石英晶体谐振器和晶振方面的进展及水平。     

5MHz高精密石英谐振器设计与制造

一、前言随着无线电技术的发展,高精密石英谐振器在卫星跟踪、宇宙通信、雷达导航、导弹制导以及时间和频率计量等领域中的应用日益广泛。对频率稳定度的要求越来越高。为满足频率稳定不断提高的需要,对高精密石英谐振器的质量指标提出了相应的要下列的一些基本要求是高精密石英谐振器所必须具备的:     

最小二乘法在研制石英谐振器中的应用

一切从事精密科学试验及精密测量的同志,应用数理统计来处理测试数据,是目前几乎离不开的手段。本文简要地介绍了最小二乘法这一数学方法,重点是借助由最小二乘法推证的一般公式,在研制石英谐振器时用于精确确定石英谐振器的频率温度特性,如T_(Z.T.C)温度、T_(Z.T.C)点频率、频率温度系数T_f以及温度频差等;计算并预估高稳定晶振的老化率及老化特性;确定石英片切角与谐振器T_(Z.T.C)温度的经验计算式;等等。为应用计算器来完成较烦锁的数据处理,文中以Ti—59为例,编制了若干典型实例的计算程序供参考。     

高稳定Ka波段微带耿氏振荡器

报道了一种使用介质谐振器稳频的高性能和高稳定的Ka波段全微带GaAs Gunn振荡器。在33GHz下,输出功率高达170mW,频率稳定度为9.7ppm/℃。     

基于声光调制器的光学锁相环He-Ne激光稳频方法研究

报道了一种基于声光调制器与光学锁相环相结合的高稳定度激光稳频方法,用于提高热稳频He-Ne激光器的频率稳定度和准确度。为了克服全内腔热稳频He-Ne激光精密调谐困难的缺点,发展了基于声光调制器两次移频的频率调谐光路,有效地消除声光调制器移频光束路径对衍射角θ的依赖。自行研制了具有高灵敏度与捕获带宽的光学锁相环系统,利用声光调制器的高频率响应特性实现热稳频He-Ne激光高速、准确的锁定。成功实现了热稳频He-Ne激光器偏频锁定至碘稳频HeNe激光器。实验结果表明,环路锁定后拍频频率波动在±0.2 Hz范围内,频率抖动的标准差为0.04。偏置频率为30 MHz时,系统在1 s和1 000 s积分时间的相对阿伦方差分别为3.3×10^-9和1.4×10^-12。系统锁定后,压缩后的拍频线宽小于2 kHz。该研究表明,采用基于声光调制器与光学锁相环相结合的激光稳频方法可以实现亚赫兹级的激光频差控制,通过将热稳频He-Ne激光器偏频锁定至高稳定度的参考激光源可以显著提升其频率稳定度和准确度。     

单基三电极石英晶体谐振器频率-温度特性研究

设计了一种新型的单基三电极石英晶体谐振器,并在大气环境条件下测试分析了这种谐振器的频率-温度特性,验证了其频率-温度特性与已有的单基单电极谐振器的频率-温度特性基本一致,曲线为三次曲线。在相同激励及环境条件下,在同一基片上设置多对电极时,各对电极构成的谐振器的频率-温度特性基本相同。根据这种相似特点,将同一基片上不同电极对应的谐振器的振动频率进行差频补偿,可有效地抑制温度对谐振器振动频率的影响。这种谐振器所采用的差频补偿方法可为石英谐振器相关特性的进一步开发利用提供依据。研究了这种结构的石英晶体谐振器的晶片表面处理(是否抛光)及边沿形状(是否倒边)对其频率-温度特性的影响。实验结果表明,对单基多电极石英晶体谐振器的晶片表面进行抛光并对边沿进行倒边处理后,谐振器的稳定性得到了有效的改善,性能得到了优化。     

利用精密单点定位技术评估晶振频率稳定度

在评估晶振频率稳定度时，目前常用一个频率稳定度比待测晶振高3倍以上的时钟作为参考，造成测试成本高昂。在分析精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）技术原理的基础上，提出了一种基于PPP技术的频率稳定度评估方法，并利用该方法对一款秒稳达到10-12的高稳定度恒温晶振（Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO）进行了评估，评估结果与利用氢原子钟为参考的传统频率稳定度评估方法基本吻合。最后给出了该方法对不同等级晶振的评估能力。该方法结构简单，测试方便且成本低廉，能满足常用时频设备（如通信设备、卫星导航接收机）的晶振评估需求。     

石英谐振器及其器件简介

采用压电石英单晶材料设计及精工制造的石英谐振器,是一种性能十分良好的稳频元件,将其应用于电子电路或网络中,可作成稳定度相当高的晶体振荡器和选频性能优良的窄带晶体滤波器,具有小体积及高可靠的特点,广泛应用于频率计量、通讯、雷达以及空间测控电子设备中,对提高设备的测控精度及抗干扰能力等均可获得特有的效用,是现代电子技术中不可缺少的元器件。下面将我所研制的主要成品性能简介如下:     

用介质諧振器的高稳定度微波集成固态源

本文主要阐述用介质谐振器稳频的两种高稳定度C波段固态源的分析、设计和实验结果。一种是将介质谐振器作成温度稳定的鉴频器,通过自动频率控制(AFC)环路对微波晶体管振荡器进行稳频的源;另一种是使介质谐振器与振荡器发生直接耦合,以加载带阻滤波器方式进行稳频的源。两种稳频方法均能获得极佳的稳频效果,实验证明这两种C波段的稳频源:在-40℃至 60℃环境温度范围内的频率漂移可做到小于±250KHz,一般的不超过±500KHz;源的输出功率在10毫瓦上下;其噪声比没有稳频措施时低20dB以上。这类微波源可作雷达、导航和通讯等设备中的本振源用。     

介质谐振器稳频FET振荡器的分析与设计

本文采用具有高Ｑ值高介电常数的陶瓷介质谐振器，对ＦＥＴ振荡器进行稳频、通过理论分析，导出了振荡条件，利用计算机优化，得出了各部分优化尺寸，最后研制出了Ｓ波段ＦＥＴ介质谐振器稳频振荡器。经测试，输出功率Ｐ０〉１０ｍＷ、频率稳定度△ｆ／ｆ〈１０＾－５。     

单基三电极石英晶体谐振器频率-温度特性研究

设计了一种新型的单基三电极石英晶体谐振器，并在大气环境条件下测试分析了这种谐振器的频率-温度特性，验证了其频率-温度特性与已有的单基单电极谐振器的频率-温度特性基本一致，曲线为三次曲线。在相同激励及环境条件下，在同一基片上设置多对电极时，各对电极构成的谐振器的频率-温度特性基本相同。根据这种相似特点，将同一基片上不同电极对应的谐振器的振动频率进行差频补偿，可有效地抑制温度对谐振器振动频率的影响。这种谐振器所采用的差频补偿方法可为石英谐振器相关特性的进一步开发利用提供依据。研究了这种结构的石英晶体谐振器的晶片表面处理（是否抛光）及边沿形状（是否倒边）对其频率-温度特性的影响。实验结果表明，对单基多电极石英晶体谐振器的晶片表面进行抛光并对边沿进行倒边处理后，谐振器的稳定性得到了有效的改善，性能得到了优化。     

单基三电极石英晶体谐振器频率-温度特性研究

设计了一种新型的单基三电极石英晶体谐振器,并在大气环境条件下测试分析了这种谐振器的频率-度特性,验证了其频率-度特性与已有的单基单电极谐振器的频率-温度特性基本一致,曲线为三次曲线.在相同激励及环境条件下,在同一基片上设置多对电极时,各对电极构成的谐振器的频率-温度特性基本相同.根据这种相似特点,将同一基片上不同电极对应的谐振器的振动频率进行差频补偿,可有效地抑制温度对谐振器振动频率的影响.这种谐振器所采用的差频补偿方法可为石英谐振器相关特性的进一步开发利用提供依据.研究了这种结构的石英晶体谐振器的晶片表面处理(是否抛光)及边沿形状(是否倒边)对其频率-温度特性的影响.实验结果表明,对单基多电极石英晶体谐振器的晶片表面进行抛光并对边沿进行倒边处理后,谐振器的稳定性得到了有效的改善,性能得到了优化.     

石英谐振器

<正> §2.1概述石英谐振器,有时简称为晶体,是晶体振荡器的核心元件。由石英晶体片、电极、支架及其它辅助装置组成。它是利用石英晶体的压电效应、逆压电效应原理制成的电——机械振荡系统。其质量好坏直接影响晶体振荡器的技术指标。用石英晶体稳频已有60多年的历史。由于石英晶体具有稳定物理和化学性能,因而其谐振频率也极为稳定。用石英晶体制成石英谐振器的品质因数,可达数百万,这是石英谐振器在稳频技术中广泛应用的重要原因。     

改善了短期频率稳定度的两级自限幅串联谐振石英晶体振荡噐

提出了普通石英晶体振荡器中采用的晶体管主振级的简化模型。考察这种模型和相应的噪声源,可解释几种广泛应用的自限幅石英晶体振荡器的输出频谱中所观察到的差别。介绍了一种特殊设计的自限幅石英晶体振荡器电路,这种电路同时具有改善振荡器短期频率稳定度和相位稳定度所需的三个重要电路特性:大的振荡器的谐振器有载 Q 值,1/f 相应起伏噪声的适当抑制,以及振荡器信噪比的改善。已制造了利用高质量三次泛音5兆赫 AT 和 BT 切割石英谐振器的几种振荡器样机。利用普通的锁相法和取样法测量振荡器的短期频率稳定度,结果证明此振荡器的短期频率稳定度比通常的自限幅振荡器显著改善。     

传输式介质稳频体效应振荡器

本文介绍了一种在X波段利用传输式高Q介质谐振器进行稳频的体效应振荡器。在叙述了高Q介质谐振器的基本工作原理之后,进一步介绍了传输式振荡器的设计问题。最后实验结果表明,在X波段这种振荡器可以达到小于±2×10~(-5)(在-20～+50℃之间)。因此,它可以满足SHF卫星电视直播接收机对本振频率稳定度的要求。     

环形激光的频率稳定

本文描述了密封石英谐振腔环形激光器的温度不稳定性及其对环形激光特性的影响;分析了主动型频率稳定的技术要求;介绍了稳频系统的结构和工件参数;给出了频率稳定度测试和用稳频环形激光测量角速度的实验结果。     

基于能陷理论的石英力敏谐振器集群的设计

石英谐振器可以作为传感器的敏感元件。为了减小温度等因素的干扰,提高石英晶体谐振器力敏特性,通过能陷理论及其厚度剪切石英晶体谐振能量分布曲线的计算,在同一圆形晶片上设计了多电极力敏谐振器集群。根据共模抑制原理,将谐振器集群输出频率信号作差频处理,以此抑制温度等因素的干扰,再将差频信号叠加以提高石英晶体谐振器集群整体力敏特性。实验结果表明,石英谐振器集群差频输出的温频特性明显优于传统的单电极谐振器,石英晶体谐振器集群整体力灵敏度系数提高到9 992 Hz/N。     

《电讯技术》专题资料《时间频率技术》题要（十）

锁相铷原子频标（王正忠） 铷原子频标具有高的频率准确度和良好的长期稳定度,而压控晶体振荡器具有高的短期稳定度和低相位噪声特性。利用锁相技术,可使两者优良性能有机结合,输出既具有原子频标的高频率准确度和良好长期稳定性,又具有晶振的高瞬稳和低相位噪声的频标信号。     

石英谐振器的“响应带宽”及“内调制”

前言根据空间技术发展的要求,为确保雷达和通讯等电子设备对快速飞行目标进行精确地测控,并可靠地传递信息,均要求电子设备的工作频率具有短期取样的高稳定性,即要求用于主控频率源的晶体振荡器具有相应的特性。为要获得短稳高(或噪声低)的“晶振”,除了要合理的设计并采用低噪声的电路外,还基于选用高性能的石英谐振器。本文着重对石英谐振器的这种运用机理作了分析,引述并解析了“响应带宽”及“内调制”的物理概念及表微式,为研究适应于短稳应用的石英谐振器提出了笔者的见解及合理设计的依据。     

BT切高Q精密石英谐振器

研制出一种新的高精密石英谐振器。该谐振器为BT切型,3次泛音,频率为5MHz。它具有很高的Q值,最高达到4.63×10~6;相当优良的老化性能,达到4×10~(-11)/天,以及很高的短期频率稳定度,最好的达到8×10~(-13)/s。此外,BT切石英谐振器还有易于控制翻转点温度的优点,对于切角公差的要求比较宽松,有利于提高成品率,降低成本。