JJF 1957-2021 铷原子频率标准校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF1957—2021铷原子频率标准校准规范CalibrationSpecificationforRubidiumAtomicFrequencyStandards2021-12-28发布2022-06-28实施国家市场监督管理总局发布学兔兔􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣􀧣􀧣􀧣JJF1957—2021代替JJG292—2009归口单位:全国时间频率计量技术委员会主要起草单位:北京无线电计量测试研究所参加起草单位:中国计量科学研究院中科院武汉物理数学研究所本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释JJF1957—2021学兔兔标准下载本规范主要起草人:沈婷梅(北京无线电计量测试研究所)柳丹(北京无线电计量测试研究所)参加起草人:张爱敏(中国计量科学研究院)张越(中国计量科学研究院)徐月青(北京无线电计量测试研究所)安绍锋(中科院武汉物理数学研究所)JJF1957—2021学兔兔标准下载目录引言(Ⅱ)………………………………………………………………………………………1范围(1)……………………………………………………………………………………2引用文件(1)………………………………………………………………………………3概述(1)……………………………………………………………………………………4计量特性(2)………………………………………………………………………………4.1输出信号(2)……………………………………………………………………………4.2谐波与非谐波(2)………………………………………………………………………4.3相对频率偏差(2)………………………………………………………………………4.4开机特性(2)……………………………………………………………………………4.5日频率漂移率(2)………………………………………………………………………4.6频率稳定度(3)…………………………………………………………………………4.7相位噪声(3)……………………………………………………………………………4.8频率复现性(3)…………………………………………………………………………4.9频率调整(3)……………………………………………………………………………4.10GNSS驯服铷频标相对频率偏差(3)………………………………………………4.11GNSS驯服铷频标秒脉冲定时偏差(3)……………………………………………4.12GNSS驯服铷频标秒脉冲定时稳定度(3)…………………………………………5校准条件(3)………………………………………………………………………………5.1环境条件(3)……………………………………………………………………………5.2测量标准及其他设备(4)………………………………………………………………6校准项目和校准方法(4)…………………………………………………………………6.1校准项目(4)……………………………………………………………………………6.2校准方法(5)……………………………………………………………………………7校准结果表达(11)…………………………………………………………………………8复校时间间隔(11)…………………………………………………………………………附录A原始记录格式(12)…………………………………………………………………附录B校准证书(内页)格式(15)………………………………………………………附录C主要校准项目不确定度评定示例(17)……………………………………………ⅠJJF1957—2021学兔兔—2010《国家计量校准规范编写规则》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》编写。本规范是对JJG292—2009《铷原子频率标准》的修订,与JJG292—2009相比,技术修订内容如下:———根据JJG2007—2015《时间频率计量器具》将频率准确度修改为相对频率偏差;———修正了扣除频率漂移时的阿伦标准偏差计算公式;———增加了GNSS驯服铷原子频率标准秒脉冲定时偏差、定时稳定度的校准项目;———完善了频率稳定度及相对频率偏差测量方法。本规范历次版本发布情况:———JJG292—2009;———JJG292—1996。ⅡJJF1957—2021学兔兔范围本规范适用于铷原子频率标准的校准,包括GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)驯服铷原子频率标准的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1180时间频率计量名词术语及定义JJF1403—2013全球导航卫星系统(GNSS)接收机(时间测量型)校准规范JJG2007—2015时间频率计量器具凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用本规范。3概述铷原子频率标准(以下简称铷频标)是一种被动型原子频标,工作原理如图1所示,晶振通过频率合成技术产生一个微波激励信号,铷同位素原子在微波激励信号感应下发生跃迁,原子跃迁信号与微波信号进行鉴频,产生误差信号,通过锁频环路控制晶振频率,使晶振合成的微波频率锁定到铷原子跃迁频率,输出高稳定信号。图1铷频标工作原理GNSS驯服铷频标工作原理如图2所示,利用时差(或相差)测量电路测量GNSS输出1PPS信号与待驯服铷频标输出1PPS信号间的时差,控制单元根据时差或相差变化量不断调节铷频标输出信号,使其具有更小的频率偏差。1JJF1957—2021学兔兔驯服铷频标工作原理铷频标广泛应用于武器装备、导航与定位、通信、时间频率计量等领域。4计量特性4.1输出信号4.1.1频率信号波形:正弦波;频率:1MHz,5MHz,10MHz;幅度:≥0.5V(有效值,50Ω负载)。4.1.2秒脉冲(1PPS)脉冲幅度:≥2V(峰-峰值);脉冲宽度:400ns~200ms;脉冲上升时间:≤10ns。4.2谐波与非谐波谐波:≤-40dBc;非谐波:≤-80dBc。4.3相对频率偏差±(2×10-10~2×10-11)。4.4开机特性±(5×10-10~1×10-11)。4.5日频率漂移率±(1×10-11~1×10-13)/d。2JJF1957—2021学兔兔σy(τ)(阿伦标准偏差)表示频率稳定度。表1频率稳定度取样时间间隔τ频率稳定度σy(τ)1s5×10-11~2×10-1210s2×10-11~8×10-13100s5×10-12~2×10-131000s2×10-12~8×10-1410000s2×10-12~2×10-141d5×10-12~2×10-144.7相位噪声见表2,f表示傅里叶分析频率,￡(f)表示相位噪声。表2相位噪声傅里叶分析频率f相位噪声￡(f)/(dBc/Hz)1Hz-70~-11010Hz-90~-140100Hz-110~-1501kHz-125~-16010kHz-130~-165100kHz-130~-1654.8频率复现性5×10-11~2×10-12。4.9频率调整范围:±2×10-9。4.10GNSS驯服铷频标相对频率偏差±(1×10-11~5×10-13)(τ=1d)。4.11GNSS驯服铷频标秒脉冲定时偏差锁定模式:|定时偏差|≥20ns;保持模式:|定时偏差|≥100ns。4.12GNSS驯服铷频标秒脉冲定时稳定度≥1ns。注:以上指标仅供参考。5校准条件5.1环境条件环境温度:在18℃~25℃范围内任选一值,温度最大允许变化±1℃;3JJF1957—2021学兔兔标准下载环境相对湿度:≤80%;供电电源:220(1±10%)V,50(1±2%)Hz;其他:周围无影响校准正常工作的电磁干扰和机械振动。5.2测量标准及其他设备5.2.1参考频标参考频标的频率稳定度:小于被校铷频标频率稳定度的1/3;开机特性、相对频率偏差、频率漂移率应小于被校相应技术指标1个数量级;相位噪声:小于被校铷频标相应傅里叶分析频率的相位噪声10dB。5.2.2参考时间源参考时间源的定时偏差优于被校铷频标定时偏差的1/3,定时稳定度优于被校铷频标定时稳定度的1/3。5.2.3示波器带宽≥500MHz。5.2.4频谱分析仪频率范围:500kHz~100MHz;电平测量动态范围:≥100dB。5.2.5频标比对器输入频率:1MHz,5MHz,10MHz;频标比对器引入的比对不确定度(用阿伦标准偏差表示)应小于被校铷频标相同取样时间频率稳定度的1/3。5.2.6秒产生器输入频率:1MHz、5MHz,10MHz;输出信号:1PPS;上升时间2ns;相位抖动:50ps。5.2.7通用计数器具有外频标输入功能;频率测量范围:10Hz~100MHz;最大允许误差:±1ns。5.2.8相位噪声测量系统输入频率:1MHz,5MHz,10MHz;傅里叶分析频率:1Hz~100kHz;相位噪声本底:优于被校铷频标相位噪声10dB。注:以上指标仅供参考。6校准项目和校准方法6.1校准项目校准项目见表3。4JJF1957—2021学兔兔)铷频标前面板或后面板上应有仪器名称、型号、制造厂、出厂序号和电源要求;b)铷频标的电源开关、输入输出端口、功能设置开关和旋钮应有明确的识别标志;c)铷频标不应有影响正常工作的机械损伤,电源开关、功能设置开关和旋钮应灵活、可靠,输入输出端口牢固;d)通电后,各输出端应有相应的信号输出,达到说明书规定的锁定时间后,铷频标应正常锁定,各状态指示正常。6.2.2输出信号6.2.2.1频率信号a)仪器连接如图3所示,被校铷频标的1MHz、5MHz、10MHz频率信号分别接入示波器;图3输出信号的校准b)示波器的输入阻抗按照被校铷频标产品说明书的规定值设置,示波器应显示稳定的正弦波形,读取输入信号的幅度有效值。6.2.2.2秒脉冲信号a)仪器连接如图3所示,将被校铷频标的1PPS信号接入示波器;5JJF1957—2021学兔兔)示波器的输入阻抗按照被校铷频标产品说明书规定值设置,调节示波器,使示波器上显示稳定的脉冲波形,读取输入1PPS信号的幅度峰峰值与脉冲宽度;c)调节示波器,使示波器上显示稳定的脉冲上升沿波形,测量1PPS信号幅度从10%上升到90%的时间间隔,即1PPS信号的上升时间。6.2.3谐波与非谐波仪器连接如图4所示。图4谐波与非谐波的校准6.2.3.1谐波设置频谱分析仪的分辨力带宽(RBW)、视频带宽(VBW)均为1kHz,合理设置频谱分析仪的起始频率和终止频率,分别测量基波电平及n次谐波电平。按式(1)计算n次谐波,选取Hn的最大值为测量结果。Hn=Pn-P1(1)式中:Hn———n次谐波,dBc;P1———基波功率电平,dBm;Pn———n次谐波(n取2、3、4、5)功率电平,dBm。6.2.3.2非谐波