通过FS740设备利用GPS/北斗驯服铷钟_北京卓立汉光仪器有限公司

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通过FS740设备利用GPS/北斗驯服铷钟

通过FS740设备利用GPS/北斗驯服铷钟

铷钟又被称为铷原子钟，是由铷原子部分和压控晶体振荡器组成。铷频标是一种被动型原子频率，利用的是基态超精细能级之间的跃迁，跃迁频率为6.834,682,612 GHz。原子迁跃对微波信号起鉴频作用而产生误差信号，通过锁相环路伺服晶振的频率，使激励信号频率锁定到原子跃迁频率，实现晶振输出频率的高度稳定和准确。

铷原子钟主要由单片机电路、伺服电路、微波倍频电路、频率调制、倍频综合电路几个模块组成。

美国SRS公司铷钟PRS10的10MHz输出来自第三倍频，应力补偿（SC-cut）晶体振荡器工作在一个恒温室中，双回路RF合成器（晶体频率22.482MHz）产生359.72MHz，并让6.834 GHz频率通过阶跃恢复二极管。这样的设计可以使相位噪声非常低（< −130 dBc/Hz at 10 Hz），即便在没有锁定铷原子的情况下，其输出表现也很良好（老化率：<5 × 1E−10 /day），与传统铷钟相比相位噪声降低42dB（如下图），并使用侧臂装有1毫克铷的灯。消除了铷耗尽作为一种失效机制，并提供了更好的温度控制，而没有多余的闪烁噪声。

PRS10铷钟主要性能：

· 输出频率：10MHz

· 相位噪声：< −130 dBc/Hz (10 Hz)

· 准确性：±5 × 10E−11

· 老化率：<5 × 1E−11 (monthly)

· 稳定性：<2 × 10E−12 (100 s)

· 体积：2.00" × 3.00" × 4.00" (HWD)

铷原子钟具有体积小、功耗低、环境适应能力强、价格便宜等特点，并拥有较好的中短期频率稳定度。但由于量子结构的频率漂移、相检及运放的漂移等因素,会产生频率漂移,从而导致时差漂移。为保证频率源的可靠性,铷频标需要定期送厂进行频率校准。

下面向大家简单介绍下通过美国SRS公司的FS740 GPS Time and Frequency System来驯服铷钟，此设备同样适用于GLONASS和我国的北斗系统。

FS740提供10MHz的频率基准，服从GPS、北斗等规范，长期稳定性优于1×10E–13。该仪器还可以对与UTC或GPS有关的外部事件进行时间标记，并测量用户输入的频率。具有DDS合成频率输出、可调速率（和宽度）脉冲输出和AUX输出，用于包括IRIGB时间码输出在内的任意波形。

GPS由星载高性能铷钟或铯钟产生，其相位受地面站精确控制，因此其长期特性非常稳定，高于普通的铷钟、铯钟或氢钟。从而可利用其长期稳定特性对晶振、如中等频标进行校准。（以下驯服原理示意图来源于网络）

在FS740系统中对于输出的1pps由内置的晶振或者铷钟产生，若铷钟或晶振独立产生秒脉冲，其相位会随其老化特性而逐渐漂移。而FS740中存在一个反馈，通过每秒或更高速率将1pps脉冲与GPS进行实时对比，计算出1pps脉冲与GPS的相位差，并利用FS740内部DDS进行相位调整。*终输出的1pps即利用调整后的10MHz产生。由于存在相位调整，故1pps的长期相位特性与内置的晶振的长期漂移不再相关，而与GPS/北斗卫星时间直接相关。因此，可利用其长期稳定的特性对铷钟进行驯服。

两图是典型的对比：