銣原子鐘由銣量子部分和壓控晶體振蕩器組成。壓控晶體振蕩器的頻率經(jīng)過(guò)倍頻和頻率合成，送到量子系統(tǒng)與銣原子躍遷頻率進(jìn)行比較。誤差信號(hào)送回到壓控晶體振蕩器，對(duì)其頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其鎖定在銣原子特有的能級(jí)躍遷所對(duì)應(yīng)的頻率上。銣原子頻標(biāo)短期穩(wěn)定度最高可達(dá)到10-12量級(jí)，準(zhǔn)確度為+5*10-11，在分類(lèi)上常分為:普通型、軍用型、航天型等。由于它體積小、精度高，所以應(yīng)用最廣。
銣原子鐘主要由單片機(jī)電路、伺服電路、微波倍頻電路、頻率調(diào)制、倍頻綜合電路幾個(gè)模塊組成。銣頻標(biāo)是一種被動(dòng)型原子頻率，利用的是基態(tài)超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷原子遷躍對(duì)微波信號(hào)起鑒頻作用而產(chǎn)生誤差信號(hào)，通過(guò)鎖相環(huán)路伺服晶振的頻率，使激勵(lì)信號(hào)頻率鎖定到原子躍遷頻率，實(shí)現(xiàn)晶振輸出頻率的高度穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
銣鐘的基本工作原理與銫鐘相似，均利用能級(jí)躍遷的諧振頻率作為基準(zhǔn)。原子是按照圍繞在原子核周?chē)煌娮訉拥哪芰坎?，?lái)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(gè)高“能量態(tài)”躍遷至低的“能量態(tài)”時(shí)，它便會(huì)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(shuō)的共振頻率。通過(guò)以這種共振頻率為節(jié)拍器，原子鐘可以來(lái)測(cè)定時(shí)間。銣鐘利用光抽運(yùn)的辦法進(jìn)行原子選態(tài)，諧振的檢測(cè)則是利用光檢測(cè)器（光電池）去測(cè)量經(jīng)諧振腔的抽運(yùn)光（激勵(lì)原子躍遷）的傳遞衰減來(lái)完成。當(dāng)微波頻率在躍遷概率的峰值時(shí)，傳遞的光波大概降低1% 10%。銣鐘的體積小，預(yù)熱時(shí)間短，長(zhǎng)期的老化率為2 10-10/年，如果為改進(jìn)性能參數(shù)而加大體積，則與銫鐘同樣大小的銣鐘也會(huì)具有幾乎與銫鐘一樣的性能。
高性能銣鐘主要用丁國(guó)防軍工產(chǎn)業(yè)，主要突出性能指標(biāo)及產(chǎn)品可靠性方面的要求，同時(shí)還應(yīng)具備易丁操作、功能完善、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。其主要功能與性能的參數(shù)如下:
頻率穩(wěn)定度是頻率偏差的起伏程度，實(shí)際上是一種可以用隨機(jī)過(guò)程(平穩(wěn)的或不平穩(wěn)的)來(lái)研究和處理的問(wèn)題。頻率穩(wěn)定度在時(shí)域上的數(shù)學(xué)表征是阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差。
漂移率
頻率漂移率是銣原子頻標(biāo)的重要指標(biāo)之一，通常認(rèn)為光頻移是導(dǎo)致整機(jī)頻率漂移的主要因素，一般在零光強(qiáng)頻移泡溫點(diǎn)，光強(qiáng)頻移貢獻(xiàn)約為1 10-12/1%，燈光強(qiáng)日漂移一般可達(dá)千分之一至萬(wàn)分之幾，銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的月漂移率應(yīng)在4 10-11-5 10-12范圍內(nèi)。
銣頻標(biāo)開(kāi)機(jī)一段時(shí)間后關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)一段時(shí)間后，再開(kāi)機(jī)一段時(shí)間后的相對(duì)平均頻率偏差和關(guān)機(jī)時(shí)的相對(duì)平均頻率偏差的一致程度。一般為:1 10-11~5 10-11。
頻率準(zhǔn)確度
頻率準(zhǔn)確度指頻率偏差的最大范圍，表明頻率實(shí)際值靠近標(biāo)稱值的程度。用數(shù)值定量表示，不帶正負(fù)號(hào)，一般為：5 10-11 5 10-12。
穩(wěn)定度
包括短期穩(wěn)定度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度，指標(biāo)一般為5 10-11~1 10-12（取樣時(shí)間為1s）、1 10-11~1 10-12（取樣時(shí)間為1d）。根據(jù)對(duì)穩(wěn)定度的要求選擇長(zhǎng)穩(wěn)好還是短穩(wěn)好的銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)。
由我司生產(chǎn)的SYN010A型微型銣原子鐘是一款小體積低相噪寬溫的銣原子振蕩器，具有快速鎖定，工作溫度范圍寬、相躁低和體積小巧等特點(diǎn)，是替代國(guó)外小體積原子鐘的理想的產(chǎn)品。目前被廣泛應(yīng)用于無(wú)線基站、RF測(cè)試設(shè)備和其它需要內(nèi)置高性能銣振蕩器的領(lǐng)域。
它輸出1路10MHz@50Ω正弦波，單路+12VDC電源供電，可適應(yīng)-40~+75 工作環(huán)境，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于5E-11/1s；采用壓控方式（0~5V）調(diào)整輸出頻率 5E-9。
該銣原子鐘具有短期穩(wěn)定性高，體積小巧，便于攜帶，價(jià)格合適的特點(diǎn)，非常適合于在各個(gè)領(lǐng)域使用，但由于銣原子的原子特性的原因，銣鐘并不具有銫鐘和氫鐘那樣優(yōu)秀的長(zhǎng)期穩(wěn)定度，因而需要校準(zhǔn)。為了提高銣鐘的長(zhǎng)期穩(wěn)定度，可以通過(guò)使用GPS系統(tǒng)來(lái)對(duì)銣鐘進(jìn)行控制和校準(zhǔn)。
GPS系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)定位測(cè)量，為了達(dá)到較高的定位精度，GPS系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間測(cè)量精度極高。通過(guò)使用GPS系統(tǒng)來(lái)對(duì)銣鐘進(jìn)行校正，可以很好的提高銣鐘的長(zhǎng)期穩(wěn)定度，降低銣鐘輸出信號(hào)的飄移。
銣鐘的應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：科研測(cè)量，生產(chǎn)制造，廣電電力。
在科研測(cè)量研究單位，銣鐘既可以為測(cè)量提供高精度的基準(zhǔn)源，也可以作為測(cè)量校準(zhǔn)儀器的高精度外部時(shí)基。
在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，銣鐘可為需要高精度頻率基準(zhǔn)輸出的生產(chǎn)線提供頻率基準(zhǔn)輸出，這些基準(zhǔn)信號(hào)被用來(lái)對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行校準(zhǔn)。銣鐘還可以作為產(chǎn)線測(cè)量?jī)x器的外部高精度時(shí)基，大大提高產(chǎn)線測(cè)試的精度，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
在廣電電力系統(tǒng)中，銣鐘可以被作為系統(tǒng)的主鐘來(lái)使用，從而有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)部分的同步。
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