为什么需要为射频设备提供稳定的参考信号?OCXO、铷原子钟和GPS

业余无线点 2025-02-03 21:54:33

射频基础知识:

为什么需要为射频设备提供稳定的参考信号?为初学者准备的简短主题。

并非所有的 SDR、无线电接收机、频谱分析仪和信号发生器都默认具有非常稳定和高质量的振荡器。这意味着两件事情:要么设备的频率读取/生成不是很准确,要么频率会随时间发生漂移,这是不希望看到的。

对于许多应用来说,这并不是什么大问题,但在某些使用情况下,例如在精确的实验室测量或移动基站中,这一点却很重要。

许多设备的 TCXO 比普通晶振要好,但比不上我要介绍的这些选择。

为了防止频率随时间变化而不稳定(漂移),并获得最大精度和稳定性,通常有三种解决方案可供最终用户和小型实验室选择:

1. OCXO:烤箱控制晶体振荡器的简称,它是一种内部装有小型烤箱的振荡器,在初始预热阶段(几分钟)后,通过保持稳定的温度,将温度变化引起的频率漂移降至最低,从而使其长期保持非常稳定的状态。OCXO 的常用频率为 10MHZ。您可以选择内置 OCXO 的设备,或者使用外部 OCXO 作为设备的时钟基准输入。(许多设备都有 10MHZ 基准输入)。

2. 基于铷原子钟:这是终端用户可以使用的最紧凑、最经济实惠的原子钟,但也有一些缺点(与 OCXO 相比,寿命相对较短、功耗较高)

我没有可以展示的。这是一张图片(斯坦福研究系统)。

3. GPS:信号无处不在,而且非常精确。

要将其用作频率参考,您需要使用像 Leo Bodnar 这样的 GPSDO,它可以锁定 GPS。

GPS 并不适合低抖动应用,其短期稳定性可能比 OCXO 更差。此外,它显然还需要天空的能见度。

您的设备既可以内置精确时钟(如 OCXO),也可以接受来自外部源(如 OCXO 或 GPS)的参考输入(通常为 10MHZ)。

在此,我展示了 Signal Hound BB60D、VSG60A 和 GenComm GC747A 上如何显示参考输入的 3 个示例。

结论:OCXO 非常适合实验室使用。GPS 对于长期稳定性而言非常出色。在射频实验室中配备 10MHZ OCXO 和 GPSDO 对测试和测量的准确性和稳定性非常有利。

附注:有些 SDR 还可以接受外部参考信号。

下面是一些产品(USRP B205mini、SDRPlay RSP2、bladeRF 2.0、Airspy)的图片

不过,并非所有这些设备都能接受(几乎)标准的 10MHZ。

例如,SDRPlay 使用 24MHZ。

这些系统通常需要多高的参考频率精度/准确度才能发挥作用?亚赫兹?

取决于应用。

实验室级仪器的精度为 1ppb(十亿分之一)或更高。

高端 SDR 和信号发生器:<= 0.5ppm。

在大多数正常使用情况下,您并不需要 subHz(顺便说一下,并非所有 OCXO 都是一样的。它们在老化和稳定性方面存在差异)

小叔来啦:

这些系统通常需要多高的参考频率精度/准确度才能发挥作用?亚赫兹?

取决于应用。

实验室级仪器的精度为 1ppb(十亿分之一)或更高。

高端 SDR 和信号发生器: <= 0.5ppm。

在大多数正常使用情况下,您并不需要 subHz(顺便说一下,并非所有 OCXO 都是一样的。它们在老化和稳定性方面存在差异)

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