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1、第4章時間與頻率測量4.1概述4.2時間與頻率標準4.3頻率與時間的測量原理4.4高分辨時間與頻率測量技術4.5微波頻率測量技術4.6頻率穩(wěn)定度測量與頻率比對4.7調(diào)制域測量技術作業(yè)簡述GPS定位原理及其與時間/頻率基準的關系。分析通用電子計數(shù)器各測量功能的實現(xiàn)。分析雙游標法減小時間量化誤差的原理。簡述頻率比對的常用方法。簡述阿倫方差的物理意義及測量方法。簡述相位噪聲的物理意義及測量方法。教材思考與練習題：4-5、4-7、4-84.1概述時間:“時刻”、“時間間隔”頻率:周期信號在單位時間（1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時間間隔T內(nèi)周期信號重復變化了N次，則
2、f＝N/T（1）時間/頻率的基礎性任何物理現(xiàn)象都在一定的時間和空間里呈現(xiàn)時間單位是7個基本國際單位之一m,kg,s,A,K,mol,cd（2）頻率基準及頻率測量精度極高銫原子頻率基準準確度達10-15，未來光學頻標準確度可望達10-18很多物理量測量轉(zhuǎn)換為時間/頻率測量長度單位：根據(jù)光在真空中一定時間內(nèi)所經(jīng)歷的路徑長度而定義電壓標準：應用約瑟夫森效應將電壓轉(zhuǎn)換為頻率基準進行測量雙斜式ADC：基于V-T變換概述（3）時頻測量技術應用廣泛幾乎所有的電子設備都離不開時鐘最有代表性的應用領域：導航和通信全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(美GPS、俄GLONASS、北斗)GPS:24顆衛(wèi)星,任
3、何地方任何時候都可以至少看到4-11顆衛(wèi)星。GPS定位原理：測距如果衛(wèi)星與用戶接收機的時鐘嚴格同步，并且衛(wèi)星的位置、發(fā)射導航信號的時刻信息確定，則可以通過在同一時刻tr同時接收3顆GPS星的發(fā)播信號，求解用戶接收機的坐標位置。實際上,用戶接收機與衛(wèi)星時鐘存在一定的時間差,需同時觀測4顆衛(wèi)星實現(xiàn)定位.4.2時間與頻率標準1.天文時標世界時（UT,UniversalTime）:以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)。1/(24×60×60)=1/86400天為1秒，10－7量級。平太陽時：自轉(zhuǎn)不均勻性，以假想平太陽作為基本參考點。零類世界時（UT0）：以平太陽的子夜0時為參考。第一類世界時（U
4、T1）：修正極移效應（自轉(zhuǎn)軸微小位移）。第二類世界時（UT2）：修正季節(jié)性變化。準確度3×10－9。歷書時（ET）：以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為依據(jù)。1/31556925.9747年為1秒。參考點為1900年1月1日0時（國際天文學會定義），準確度1×10－9。1960年第11屆國際計量大會接受為“秒”的標準。2.原子時標（1）原子時標（AT）的量子電子學基礎原子(分子)在能級躍遷中將吸收(低能級到高能級)或輻射（高能級到低能級）電磁波，其頻率是恒定的。hfn-m=En-Em（h=6.6252×10-27普朗克常數(shù)）常用于原子頻標的原子：銫（Cs133）、銣（Rb87）、氫只有
5、一個價電子，電子和原子核的自旋要么平行要么反平行原子對應的能量只有兩種，構(gòu)成超精細結(jié)構(gòu)能級銫、銣、氫在兩個能級之間遷躍將吸收或釋放能量，對應的遷躍頻率分別為9.192GHz、6.834GHz、1.420GHz，都在微波段，應用方便。（2）原子時標的定義1967年10月，第13屆國際計量大會?！懊胧荂s133原子基態(tài)的兩個超精細結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應的射線束持續(xù)9,192,631,770個周期的時間”1972年起實行。天文實物標準?原子自然標準，準確度提高4-5個量級，達10-15(相當于數(shù)百萬年±1秒)。2.原子時標（3）原子頻率標準（原子鐘）原子時標的實物儀器，用
6、于時間、頻率標準的發(fā)布和比對。銫原子鐘:10-14~10-15被動型銫束管，準確度高，長穩(wěn)高大銫鐘,專用高穩(wěn)基準；小銫鐘,工作基準銣原子鐘:10-11，短穩(wěn)10-12被動型銣氣泡、主動型銣激射器體積小、重量輕，工作基準氫原子鐘:10-12，短穩(wěn)10-14~10-15主動型氫激射器、被動型氫激射器笨重昂貴，一級標準？北斗原子鐘3石英晶體振蕩器最常用的工作基準晶振壓電效應電場-壓力（形變）主要影響因素溫度：頻率-溫度特性曲線【拐點溫度】零頻率溫度系數(shù)點溫度，在此溫度附近溫度系數(shù)最小。晶體零溫度系數(shù)點大多在室溫附近。老化：長期穩(wěn)定度。前期老化、后期老化。激勵電平：頻率相對變
7、化與激勵電流的平方成正比由于噪聲電平限制，激勵電平也不能過小高精密晶振激勵電流一般小于70uA核輻射及加速度影響：軍事應用3石英晶體振蕩器溫補晶振（TCXO）：10-6-10-7恒溫晶振（OCXO）：優(yōu)于10-8三類晶振普通晶振：10-5測量方法分類不同的實現(xiàn)原理，不同的準確度和適用范圍差頻法拍頻法示波法電橋法諧振法比較法直讀法李沙育圖形法測周期法模擬法頻率測量方法數(shù)字法電容充放電法電子計數(shù)器法4.3時間與頻率測量原理4.3.1模擬測量原理1.直接法利用電路的某種頻率響應特性來測量頻率值，分為諧振法和電橋法兩種。（1）諧振法調(diào)節(jié)可變電容器C使回路發(fā)生
