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概述
时间与频率标准
频率与时间的测量原理
高分辨时间与频率测量技术
微波频率测量技术
频率稳定度测量与频率比对
调制域测量技术
作 业
简述GPS定位原理及其与时间/频率基准的关系。
分析通用电子计数器各测量功能的实现。
分析双游标法减小时间量化误差的原理。
简述频率比对的常用方法。
简述阿伦方差的物理意义及测量方法。
简述相位噪声的物理意义及测量方法。
教材思考与练习题：4-5、4-7、4-8
概述
时间:“时刻”、“时间间隔”
频率:周期信号在单位时间（1s）内的变化次数（周期数）。如果在一定时间间隔T内周期信号重复变化了N次，则 f＝N/T
（1）时间/频率的基础性
任何物理现象都在一定的时间和空间里呈现
时间单位是7个基本国际单位之一
m, kg, s, A, K, mol, cd
（2）频率基准及频率测量精度极高
铯原子频率基准准确度达10-15，未来光学频标准确度可望达10-18
很多物理量测量转换为时间/频率测量
长度单位：根据光在真空中一定时间内所经历的路径长度而定义 电压标准：应用约瑟夫森效应将电压转换为频率基准进行测量
双斜式ADC：基于V-T变换
概述
时频测量技术应用广泛
几乎所有的电子设备都离不开时钟
最有代表性的应用领域：导航和通信
全球卫星定位系统(美GPS、俄GLONASS、北斗)
GPS:24颗卫星, 任何地方任何时候都可以至少看到4-11颗卫星。
GPS定位原理：测距
如果卫星与用户接收机的时钟严格同步，并且卫星的位置、发射导航信号的时刻信息确定，则可以通过在同一时刻tr同时接收3颗GPS星的发播信号，求解用户接收机的坐标位置。
实际上,用户接收机与卫星时钟存在一定的时间差,需同时观测4颗卫星实现定位.
世界时（UT,Universal Time）:以地球自转为依据。1/(24×60×60)=1/86400 天为1秒，10－7量级。
平太阳时：自转不均匀性，以假想平太阳作为基本参考点。
零类世界时（UT0 ）：以平太阳的子夜0时为参考。
第一类世界时（UT1）：修正极移效应（自转轴微小位移）。
第二类世界时（UT2）：修正季节性变化。准确度3×10－9 。
历书时（ET）：以地球绕太阳公转为依据。
1/31 556 年 为1秒。
参考点为1900年1月1日0时（国际天文学会定义），准确度1×10－9 。
1960年第11届国际计量大会接受为“秒”的标准。
时间与频率标准
（1）原子时标（AT）的量子电子学基础
原子(分子)在能级跃迁中将吸收(低能级到高能级)或辐射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的。
hfn-m=En-Em （h=×10-27普朗克常数）
常用于原子频标的原子：铯（Cs133）、铷（Rb87）、氢
只有一个价电子，电子和原子核的自旋要么平行要么反平行
原子对应的能量只有两种，构成超精细结构能级
铯、铷、氢在两个能级之间迁跃将吸收或释放能量，、、，都在微波段，应用方便。
（2）原子时标的定义
1967年10月，第13届国际计量大会。“秒是Cs133原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续9,192,631,770个周期的时间”
1972年起实行。天文实物标准原子自然标准，准确度提高4-5个量级，达10-15(相当于数百万年±1秒) 。
（3）原子频率标准（原子钟）
原子时标的实物仪器，用于时间、频率标准的发布和比对。
铯原子钟:10-14~10-15
被动型铯束管，准确度高，长稳高
大铯钟,专用高稳基准；小铯钟,工作基准
铷原子钟:10-11，短稳10-12
被动型铷气泡、主动型铷激射器
体积小、重量轻，工作基准
氢原子钟: 10-12，短稳10-14~10-15
主动型氢激射器、被动型氢激射器
笨重昂贵，一级标准
？ 北斗原子钟
最常用的工作基准
晶振
压电效应
电场-压力（形变）
主要影响因素
温度：频率-温度特性曲线
【拐点温度】零频率温度系数点温度，在此温度附近温度系数最小。晶体零温度系数点大多在室温附近。
老化：长期稳定度。前期老化、后期老化。
激励电平：频率相对变化与激励电流的平方成正比
由于噪声电平限制，激励电平也不能过小
高精密晶振激励电流一般小于70uA
核辐射及加速度影响：军事应用
3 石英晶体振荡器
3 石英晶体振荡器
温补晶振（TCXO）：10-6- 10-7
恒温晶振（ OCXO ）：优于10-8
三类晶振
普通晶振：10-5
差频法
拍频法
示波法
电桥法
谐振法
比较法
直读法
李沙育图形法
测周期法
模拟法
频率测
量方法
数字法
电容充放电法
电子计数器法
时间与频率测量原理
测量方法分类
不同的实现原理，不同的准确度和适用范围