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时间频率传输(时频传输)

发布时间:2020-04-14 15:19:00 点击:

时间频率标准的产生和传递对国民经济、国防建设和日常生活起着至关重要的作用。从科学的角度看,高准确度和稳定度的频率标准帮助科学家解决更基本的科学问题,如基本物理常数的变化、暗物质的探测、固体潮汐等。从1955年第一台原子钟的发明为开端,基于原子频率的频率标准稳定度不断提高。通过提高本振频率可以有效提高频率标准的稳定度。从微波原子钟到光频原子钟(光钟)是目前的发展趋势,世界主要发达国家都致力于光钟的发展。2014年,光钟的不确定度已经达到10-18量级[1]。2015年,我国计量院的锶原子光钟系统频移自评估不确定度也达到2.3×10-16[2]。

然而,传统的基于自由空间的的微波频率传递的方法并不能满足如此高精度频率标准的传递,以GPS系统为例,需要长时间(平均时间:天)平均(频率不稳定度能达到 10-15)以平均掉传输路径中环境条件的变化,不能够提供用于时间同步所必须的高精度短稳时间信号,因此基于GPS的授时系统没有能力传递高稳定的新一代光钟。目前研究表明,利用与环境隔离的光纤网络进行精密频率传递,并采取主动补偿措施后,频率传递不稳定度可以达到天稳10-19。因此,目前最有前途的新一代授时方式就是光纤网络。2015年6月,欧洲开始执行一项通过光纤比对四个单位的光钟的计划,这些单位包括英国国家物理研究所NPL,巴黎天文台,德国物理技术研究院PTB和意大利国家计量科学研究院(INRIM) [3]。

目前,基于光纤链路的精密频率传递和时间同步已成了重要的时频传输手段,在其具体方案实施中,采用电子学方法和光学方法结合进行系统设计,同时检测光纤传输链路中由于温度、机械振动等引起的相位抖动并利用主动补偿的手段对其进行稳定。通过光纤进行频率传递,需要将某一端的原子钟/光钟的精密频率基准无损失地传递到另一端,在另一端重现此精密的频率基准,或者将两端已有的精密频率基准进行高精度的比对。目前,利用光载波进行射频传递的技术方案分为以下三种:射频调制传递、光频传递以及光频率梳传递。最新研究进展是Droste S. [4]等人完成的从德国马克斯普朗克量子光学研究所(MPQ)-德国联邦物理技术研究院(PTB)-MPQ构建的1840 km光纤中光频传递的实验,频率传递不稳定度可以达到10-15/100 s。

北大实验组已经完成了在120 km电信级光纤中,以光学频率梳的脉冲串作为载波,利用数字式前馈补偿技术以及波分复用技术进行精密频率传递和利用光纤双向同步技术进行高精度时间同步。频率传递不稳定度达到6.18×10-20/2000 s,时间同步精度< 40 ps。原理框图如图1所示。

图1 精密频率传递和时间同步原理框图

 


      
在120 km光纤精密频率传递和时间同步的基础上,完成了一对四点的星状组网。将近端原子钟输出的频率信号和时间信号经过120 km光纤的传递传递到物理远端,在远端再现“原子钟”信号,以此信号作为基准向在远端附近(<8 km)的四个节点发送信号,实现远端的四个节点也再现“原子钟”。星状组网的原理框图如图2所示。

图2 站与站之间的拓扑图

 

精密频率传递和时间同步技术在物理基本原理测试、原子钟比对、深空探索、军民信息网络的下一代发展等方面都有着重大的技术推动意义。精密频率时间同步技术是量子信息领域的一项重要基础研究内容,属于前沿领域高新技术。基于光纤通信网络为物理载体的站点间频率和时间传递与同步技术研究,发展同频率源一对一以及一对多的高精度播发技术,并在此基础上提高站点间时间同步精度,可以为导航、电力、通信等重要应用提供核心技术支撑。

北京同相科技有限公司以清华和北大技术实力为依托,专注于时间频率领域,为客户提供高性能的产品和服务。同相科技是国内唯一自主可控拥有完整时频产品线,可为客户提供完整的时频解决方案的高科技民营企业

公司标准化产品主要包含以下几类:

基准源产品,主要包含高性能晶振,铷原子钟,铯原子钟等,可以为高性能时频系统,雷达,大科学设备提供高性能时频参考。

钟组时频设备,主要包含信号分配器,倍频器,分频器,相位微跃器,无缝隙切换开关,噪声净化器等,可以为钟组的构建提供全方位的产品支持。

时频传输与同步产品,主要包含基于光纤的时频传输设备,可以利用现有光纤网络资源,实现任意节点之间的高精度时频同步。该技术在军工,天文,加速器,电网,传感器网络,无线定位等领域均有重要应用。

科研级时频组件,主要包含高稳定度频率综合器,铯、铷、汞原子钟微波频率源,变带宽锁相环等产品。

稳定度测试产品,主要包含频率稳定度测试仪,用于晶振,原子钟的稳定度测量。

我们不仅向用户提供完整的时频设备,还提供模块化定制产品,保证产品高性能的同时便于用户的进一步开发集成。

北 京  同  相  科  技  有  限  公  司

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