從上個(gè)世紀(jì)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(guó)的嫦娥四號(hào)成功登錄月球背面,在此之前從來沒有任何一個(gè)國(guó)家可以做到,考驗(yàn)了我國(guó)的航空工程和太空建設(shè)能力.完成這個(gè)重大項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,有非常重要的兩個(gè)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(guān)聯(lián)?對(duì)航天設(shè)備和事業(yè)有怎樣的貢獻(xiàn)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(guān)的問題,可在金洛鑫電子官網(wǎng)上留言.

你知道關(guān)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(shí)間.在GPS衛(wèi)星和其他空間應(yīng)用方面,時(shí)間就是一切.即使只是一微秒的定時(shí)誤差也可能導(dǎo)致地面300米的誤差.原子鐘可以保持非常精確的定時(shí),使其成為GPS和其他LEO衛(wèi)星的理想定時(shí)解決方案.

什么是原子鐘?

就像擺鐘將用作舊模擬時(shí)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(dāng)向晶體施加電壓時(shí),石英晶體產(chǎn)生非常特定的頻率脈沖(類似于擺的擺動(dòng)).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(yīng)用于從手機(jī)到高端軍用和PNT設(shè)備的各種應(yīng)用中.然而,當(dāng)涉及GNSS和GPS衛(wèi)星星座標(biāo)準(zhǔn)時(shí),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(shí)間的追蹤.需要一種升級(jí)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(shí)鐘通過磁場(chǎng)分離不同能級(jí)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(jí)的氫原子,使得原子不會(huì)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(jiǎn)單,最緊湊的.他們使用銣氣體玻璃池,當(dāng)周圍的微波頻率恰到好處時(shí),它會(huì)改變光學(xué)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(jié)合,創(chuàng)造了AR133銣原子鐘.AR133原子鐘旨在提供精確的時(shí)序和頻率,超出石英振蕩器的典型時(shí)序和頻率.

物理學(xué)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(shí)序標(biāo)準(zhǔn)被確定為每秒9,192,631,770次振蕩(銫133原子共振頻率).當(dāng)應(yīng)用與銫完全相同的無線電波時(shí),它開始共振并使原子擺動(dòng)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(dǎo)致玻璃共振然后粉碎.

這里的想法是使用這種增強(qiáng)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(jì)算石英晶體時(shí)鐘中的電脈沖數(shù)一樣,原子鐘將計(jì)算頻率波的數(shù)量,以確定非常準(zhǔn)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(dāng)從無線電發(fā)射器計(jì)算相同數(shù)量的波時(shí),我們知道已經(jīng)過了一秒鐘.

但是,隨著時(shí)間的推移保持相同的頻率是非常困難的.這是因?yàn)槭⒌念l率可能會(huì)因環(huán)境因素(例如振動(dòng),溫度和g力的變化)而發(fā)生偏差.有時(shí),高質(zhì)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(dòng)由原子鐘中的傳感器檢測(cè).如果無線電波頻率是準(zhǔn)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(huì)確定更少的銫原子.在這種情況下,電壓會(huì)發(fā)送到石英振蕩器,這會(huì)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.