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Bliley太空原子鐘的石英晶振應用及工作原理

來源：金洛鑫瀏覽：- 發(fā)布日期：2019-07-10 09:43:30【大中小】

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從上個世紀開始人們開始探索宇宙外太空,發(fā)射了數(shù)百次人造衛(wèi)星,2019年1月3日,中國的嫦娥四號成功登錄月球背面,在此之前從來沒有任何一個國家可以做到,考驗了我國的航空工程和太空建設能力.完成這個重大項目的基礎上,有非常重要的兩個東西,分別是原子鐘和石英晶振,那么什么是原子鐘?它與石英晶體和晶體振蕩器有什么關聯(lián)?對航天設備和事業(yè)有怎樣的貢獻和作用?答案都在這篇文章里,感興趣的客戶歡迎閱讀,如有任何與晶振相關的問題,可在金洛鑫電子官網(wǎng)上留言.

你知道關于太空中的原子鐘以及它們是如何工作的嗎?如果沒有,那就是你做的時間.在GPS衛(wèi)星和其他空間應用方面,時間就是一切.即使只是一微秒的定時誤差也可能導致地面300米的誤差.原子鐘可以保持非常精確的定時,使其成為GPS和其他LEO衛(wèi)星的理想定時解決方案.

什么是原子鐘?

就像擺鐘將用作舊模擬時鐘中的頻率參考一樣,原子鐘是更精確的頻率參考.原子鐘的核心是石英晶體.當向晶體施加電壓時,石英晶體產(chǎn)生非常特定的頻率脈沖(類似于擺的擺動).晶體產(chǎn)生的所需輸出頻率取決于石英的切割和制造方式.石英晶體和石英晶體振蕩器廣泛應用于從手機到高端軍用和PNT設備的各種應用中.然而,當涉及GNSS和GPS衛(wèi)星星座標準時,僅由石英晶體或晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率通常不夠精確.它仍然慢慢地失去了時間的追蹤.需要一種升級的策略來幫助創(chuàng)建今天使用的超精確原子鐘.

什么是原子鐘類型?

其他原子的特定元素用于原子鐘中以滿足不同的要求.3種原子鐘包括銫,氫和銣.銫原子鐘-如上所述,原子鐘采用一束銫原子.時鐘通過磁場分離不同能級的銫原子.氫原子鐘-在具有特殊材料的壁的容器中維持所需能級的氫原子,使得原子不會太快地失去其較高的能量狀態(tài).

銣原子鐘-所有原子鐘中最簡單,最緊湊的.他們使用銣氣體玻璃池,當周圍的微波頻率恰到好處時,它會改變光學銣頻率下的光吸收.在Bliley晶振公司,我們將我們85年的石英晶體和振蕩器制造與Accubeat相結合,創(chuàng)造了AR133銣原子鐘.AR133原子鐘旨在提供精確的時序和頻率,超出石英振蕩器的典型時序和頻率.

物理學家發(fā)現(xiàn)特定元素的原子以完全相同的速率振蕩.1967年,原子鐘時序標準被確定為每秒9,192,631,770次振蕩(銫133原子共振頻率).當應用與銫完全相同的無線電波時,它開始共振并使原子擺動到更高的能量狀態(tài).這類似于歌劇演唱者唱出特定的高音,導致玻璃共振然后粉碎.

這里的想法是使用這種增強的能量狀態(tài)來表明無線電波頻率是完全正確的.因此,使用Quartz Crystal的共振,它產(chǎn)生的頻率脈沖用于確定無線電波發(fā)射器的頻率(以赫茲為單位,即’每秒波浪數(shù)’).就像計算石英晶體時鐘中的電脈沖數(shù)一樣,原子鐘將計算頻率波的數(shù)量,以確定非常準確的秒數(shù).例如,如果一塊石英以每秒33,138次諧振......無線電發(fā)射器將發(fā)射33,138Hz的頻率.當從無線電發(fā)射器計算相同數(shù)量的波時,我們知道已經(jīng)過了一秒鐘.

但是,隨著時間的推移保持相同的頻率是非常困難的.這是因為石英的頻率可能會因環(huán)境因素(例如振動,溫度和g力的變化)而發(fā)生偏差.有時,高質量,超穩(wěn)定的貼片振蕩器有助于保持晶體所需的頻率.然而,原子鐘通常使用銫.高能態(tài)銫原子的流動由原子鐘中的傳感器檢測.如果無線電波頻率是準確的,銫原子將繼續(xù)以其峰值速率流過傳感器.但如果頻率不完全正確,傳感器會確定更少的銫原子.在這種情況下,電壓會發(fā)送到石英振蕩器,這會改變頻率,使其恰好適合正確的銫原子共振速率.此過程稱為反饋循環(huán).這基本上使原子鐘自我校正.