1、.,高性能的時間頻率標(biāo)準(zhǔn),Ideal for telecommunications, metrology and electronics industry.,安 排,鐘的工作原理 儀器常用指標(biāo)及實現(xiàn) 相關(guān)產(chǎn)品介紹 其它競爭產(chǎn)品比較 總結(jié),鐘的工作原理,根據(jù)量子物理學(xué)的基本原理，原子是按照圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續(xù)的。當(dāng)原子從一個高“能量態(tài)”躍遷至低的“能量態(tài)”時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特征頻率是固定的，這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的例如銫133的共振頻率為每秒9192631770周。因此銫原子便用作一種節(jié)拍器

2、來保持高度精確的時間。 波爾能量關(guān)系公式:,銫鐘的工作原理（銫束管）,磁選態(tài)銫鐘(德國PTB)： 利用磁偏轉(zhuǎn)的方式將符合工作要求的特定能量態(tài)的銫原子選取出來，并將其輸入銫束管（微波諧振腔），銫束在微波諧振腔中與外部受控震蕩器相作用發(fā)生能級躍遷。輸出的銫束與高溫金屬絲相作用形成銫離子電流，當(dāng)銫離子電流輸出達(dá)到最大的時候，諧振腔的可控震蕩器頻率與銫的共振頻率相同。,銫鐘的工作原理（銫束管）,光抽運銫鐘(法國LPTF）： 在光抽運銫束頻標(biāo)中，利用激光（第一光學(xué)區(qū)）對銫束照射，使得不同能量態(tài)的原子發(fā)生躍遷達(dá)到統(tǒng)一的能量態(tài)。再利用諧振腔的受控外部震蕩器對銫束管中的銫原子加以作用，形成能級躍遷。最后發(fā)生躍

3、遷的原子在第二光學(xué)區(qū)被加以檢測，以測定原子的共振頻率。,銫鐘的工作原理（噴泉鐘）（美國NIST）,由銫原子組成的氣體，被引入到時鐘的真空室中，用激光減慢了原子的運動速度并將其冷卻到接近絕對零度。 兩束垂直的激光輕輕地將這個銫原子氣球向上舉起，穿過微波腔，形成“噴泉”式的運動。 在地心引力的作用下，銫原子氣球開始向下落并將所吸收的能量全部釋放出來。 在微波腔的出口處，另一束激光射向銫原子氣，探測器將對輻射出的熒光的強度進(jìn)行測量。,銣鐘的工作原理,銣鐘的工作原理： 光源燈泡中的銣87在無極放電的工作狀態(tài)下產(chǎn)生特定波長的電磁波，通過超精細(xì)濾光泡對某些波長的光進(jìn)行濾除后照射進(jìn)入諧振泡。利用光抽運技術(shù)使

4、得諧振泡中的銣87發(fā)生能級躍遷。調(diào)整微波腔的頻率，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換電路的輸出電流達(dá)到最大的時候可得到銣的共振頻率。,GPS的工作原理,GPS系統(tǒng)操作原理為:每一顆衛(wèi)星不斷發(fā)射包含其位置和精確到十億分之一秒的時間的數(shù)字無線電信號。GPS的接收裝置接收到來自于四顆衛(wèi)星的信號，然后計算出在地球上的位置。接收裝置將接收時間與衛(wèi)星發(fā)射的時間進(jìn)行比較，通過二者之差計算出遠(yuǎn)離衛(wèi)星的距離。通過比較這個時間與其他三個已知位置的衛(wèi)星的時間，接收裝置便能夠確定經(jīng)緯度及海拔高度。,GPS的工作原理,銫鐘或者銣鐘 原子鐘通過 NIST 和 USNO加以校準(zhǔn) 每一個衛(wèi)星傳輸時間和位置編碼信(1575.42MHz的L1載波和頻率

5、為1227.60HMz的L2載波) 所傳送的GPS時間& 頻率基準(zhǔn)對于NIST 和 UTC是可追蹤的。,已有的時間頻率標(biāo)準(zhǔn),獨立工作源 首選標(biāo)準(zhǔn) 銫,氫鐘 第二選擇 銣, OCXO（高穩(wěn)晶振） 發(fā)送系統(tǒng) 衛(wèi)星無線電系統(tǒng) GPS, GLONASS, 伽利略 地面無線電系統(tǒng) Loran-C, DCF-77 光纖同步系統(tǒng) E1, T1 (SSU),安 排,鐘的工作原理 儀器常用指標(biāo)及實現(xiàn) 公司相關(guān)產(chǎn)品介紹 其它競爭產(chǎn)品比較 總結(jié),頻率準(zhǔn)確度：表征信號的實際頻率值與理想的或定義的頻率值（以UTC為標(biāo)準(zhǔn)的頻率，實際是國際原子時ATI的頻率）的偏離或符合程度，一般用相對頻率偏差來表示。 頻率穩(wěn)定度：頻率穩(wěn)

6、定度表示時鐘輸出頻率因受噪聲影響產(chǎn)生的隨機起伏特性。可以從時域和頻域來分析頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度用阿倫方差的平方根來表征。 頻率漂移率（老化率）：頻率漂移率是指時鐘輸出頻率隨運行時間單調(diào)變化的線性率。隨時間單位的不同，有日漂移率?p月漂移率和年漂移率。對于高穩(wěn)石英晶體振蕩器，由于頻率漂移通常是由石英晶體的老化造成的，因此它的頻率漂移率稱為頻率老化率。原子鐘的漂移主要由內(nèi)部器件造成，包括由量子結(jié)構(gòu)的頻率漂移、相檢及運放的漂移引起。,儀器常用指標(biāo),儀器常用指標(biāo),老化率： 頻率值隨時間呈單方向的變化，稱為頻率漂移或老化。近似描述頻率老化特性的直線用最小二乘法計算。其主要的計算公式為：,為N次測量的平

7、均頻率,為N次測量的測量時序平均值,儀器的常用指標(biāo),頻率穩(wěn)定度阿倫偏差（Allan Deviation）:描述輸出頻率受噪聲影響而產(chǎn)生隨機起伏程度的量，在數(shù)學(xué)上用Allan(阿倫)方差的平方根值來加以表示。 其主要的計算公式為：,頻率標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度,頻率標(biāo)準(zhǔn)的選擇,頻率標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定度,銣原子鐘 穩(wěn)定度： 1E-11，體積小、重量輕，便于攜帶，可作為工作基準(zhǔn)。 銫原子鐘 穩(wěn)定度：1E-131E-14。 大銫鐘，專用實驗室高穩(wěn)定度頻率基準(zhǔn)；小銫鐘，頻率工作基準(zhǔn)。 氫原子鐘 短期穩(wěn)定度高：1E-141E-15，但準(zhǔn)確度較低（1E-12）。,對于不同頻率標(biāo)準(zhǔn)的一般性比較,時間頻率標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍,測量和測試

8、行業(yè) 研究所 企業(yè) 生產(chǎn)行業(yè) 電信部門 航空電子設(shè)備，導(dǎo)航設(shè)備制造企業(yè) 其他電子生產(chǎn)企業(yè) 服務(wù)行業(yè) 廣播與電信網(wǎng)絡(luò)運營商/安裝商 軍方 獨立的校準(zhǔn)/維護(hù)承包商,移動時鐘網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖,中國移動時鐘網(wǎng),北京，武漢，廣州和沈陽4地各建一套以銫鐘為基礎(chǔ)的基準(zhǔn)鐘PRC； 在其余的12個城市及北京皂君廟各建一套以衛(wèi)星接收機（GPS和GLONASS）為基礎(chǔ)的區(qū)域性基準(zhǔn)鐘LPR；帶GPS的銣鐘 在這16個城市建多個二級節(jié)點時鐘BITS，BITS跟蹤于同城的PRC/LPR。 晶體振蕩器,安 排,鐘的工作原理 儀器常用指標(biāo)及實現(xiàn) 相關(guān)產(chǎn)品介紹 其它競爭產(chǎn)品比較 總結(jié),主要時間頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,氫鐘： Kvarz CH1-

9、90A CH1-75A Ch1-76A VCH 1003M 1006 Symmetricom MHM 2010 T4 Science iMaser 3000 OSA 3700 PHM 上海天文臺 SOHM-4,氫鐘指標(biāo)對比表,主要時間頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,銫鐘： Symmetricom 5071A Cs4000 CsIII 4400 4500 OSA 5585B PRS 3230 Cesium Clock,主要時間頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,銣鐘： Pendulum 6689 GPS-12R SRS FS725 OSA 5581C Symmetricom 8040C，TSC4400,Pendulum主要時間頻率標(biāo)準(zhǔn)

10、產(chǎn)品,GPS控制的銣鐘GPS-12R,帶銣鐘的6689,高穩(wěn)恒溫晶振的6688,高穩(wěn)定度頻率標(biāo)準(zhǔn)6688和6689,6688和6689的主要特點,以銣鐘和高穩(wěn)晶振作為參考標(biāo)準(zhǔn) 具有良好的性能與價格比，經(jīng)濟(jì)實惠 標(biāo)準(zhǔn)配置為510MHz和15MHz的頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出 可選擇的1010MHz的頻率輸出 在十年之內(nèi)的老化率為0.001ppm（銣時基頻率標(biāo)準(zhǔn)） 便于攜帶，適用于通信測試和校準(zhǔn)實驗室,GPS控制的頻率標(biāo)準(zhǔn)GPS-12R,Pendulum公司生產(chǎn)的GPS-12R是一款便攜式、受GPS控制的超高穩(wěn)定度的銣鐘基準(zhǔn)源；其高穩(wěn)定度和低噪聲輸出使之成為通信和測試設(shè)備的理想基準(zhǔn)源。當(dāng)GPS-12R鎖定到GP

11、S時，更是具有接近銫鐘的穩(wěn)定度。,GPS-12R,GPS-12R的主要特點,GPS控制的銣鐘，接近銫鐘穩(wěn)定性的。 適用于通信行業(yè)的2.048 (or 1.544 MHz) & 1-pps 標(biāo)準(zhǔn)輸出。 適用于普通實驗室的1, 5 & 10 MHz可選擇低噪聲輸出。 高穩(wěn)定性1-pps 輸出（ 24小時后的飄移量1us）。 適用于運輸和本地頻率標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)置式電池 和 +12V 直流選件。 適用于電信交換機房固定測量的-48 VDC 選件。 適用于緊急或者非緊急警報狀況的可配置的警報輸出。 易使用性(UI圖, 面向菜單的設(shè)置) 。 作為GPS控制的銣鐘具有極高的性價比。,GPS-12R的便攜特點,可用

12、于汽車運輸?shù)?2V DC 電源,可隨處使用的電池電源,頻率穩(wěn)定性和預(yù)熱時間,高穩(wěn)晶振 （OCXO）的環(huán)境穩(wěn)定性,頻率穩(wěn)定性和預(yù)熱時間,銣鐘（Rb）的環(huán)境穩(wěn)定性,頻率穩(wěn)定性和預(yù)熱時間相關(guān)指標(biāo)對比,安 排,鐘的工作原理 儀器常用指標(biāo)及實現(xiàn) 公司相關(guān)產(chǎn)品介紹 其它競爭產(chǎn)品比較 總結(jié),獨立時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Symmetricom Rubisource 2000 (Acterna TSR-37) 獨立的銣鐘配合外部GPS模式 5/10/2.048/1.544 MHz, 2.048/1.544 Mbps,獨立時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Stanford Research FS725 獨立的銣鐘 3x 10

13、MHz /1x 1pps的輸出,獨立時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,GPS控制的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Symmetricom 58503B GPS控制的高穩(wěn)晶振（ OCXO ） 10 MHz, 1-pps, 1-pp2s,GPS-12R與58503B的比較,GPS-12R 銣的低額外花費穩(wěn)定性 鎖定到銣的1-pps輸出 多種輸出方式選擇 電池電源選件,58503B 可選用的1pp2s,GPS控制的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Schomandl FN-GPS/R GPS控制的銣鐘 10 MHz, 2.048 MHz (選件), 1-pps,GPS-12R與Schomandl FN-GPS/R的比較,GPS-12

14、R 鎖定到銣的1-pps輸出 多種輸出方式選擇 電池電源選件,FN-GPS/R 對于頻率補償量的存儲 (非永久性存儲器) PC顯示的軟件,GPS控制的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Symmetricom Rubisource 2000 (Acterna TSR-37) 獨立的銣鐘配合外部GPS模式 5/10/2.048/1.544 MHz, 2.048/1.544 Mbps,GPS-12R與Rubisource 2k的比較,GPS-12R 鎖定到銣的1-pps輸出 電池電源選件 較低的價格,Rubisource 2k 更多標(biāo)準(zhǔn)輸出 (5, 10, 2.048 and 1.544 MHz 外加 2.04

15、8/1.544 Mbps),GPS控制的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Berkeley Varitronics Rhino-2 GPS控制的銣鐘，并有電池選件。 10 MHz, 19 MHz, 1-pps, 1-pps 以及可調(diào)相位,GPS-12R與Rhino-2的比較,Rhino-2 專用于 CDMA 輸出 19 MHz 1-pps 可調(diào)節(jié)相位,GPS-12R 多種輸出方式選擇 較低的價格,GPS控制的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Tekelec Epsilon 2T GPS控制的高穩(wěn)晶振（ OCXO ） 4x2.048 MHz,1-pps,3x 2.048 Mbps (選件),時間編碼輸出,GPS-12R

16、與Epsilon 2T的比較,Epsilon 2T 時間編碼輸出 PC顯示軟件,GPS-12R 鎖定到銣的1-pps輸出 多種輸出方式選擇 電池電源選件,GPS控制的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)競爭比較,Datum ExacTime 6000 GPS控制的銣鐘 10 MHz, 1-pps, 2.048/1.544 MHz/Mbps (選件), 脈沖輸出到 10 MHz IRIG-B 時間編碼輸出, 比較輸入,GPS-12R與ExacTime 6000的比較,ExacTime 6000 IRIG B 時間編碼輸出 相頻測量輸出 3 可編程限制型輸出 1 /10 /100 pps1 / 10 /100 kpps1 / 10 Mpps,GPS-12R 鎖定到銣的1-pps輸出 電池電