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水素Maserは、高周波安定性と低周波数ドリフトを備えた高精度時間測定機器であり、衛星ナビゲーション、地上時間維持、周波数測定、およびその他のフィールドで広く使用されています。アクティブ水素Maser（AHM）は、周波数の安定性とドリフト速度の観点から、軌道上の現在の空間パッシブ水素Maser（PHM）よりも優れていますが、大量と重量の欠点があります。回路の体積と重量をさらに減らすために、このペーパーでは、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（FPGA）に基づいたデジタル回路制御システムを示しています。デジタル温度制御、デジタル検出器、デジタルダウンコンバージョン、デジタルフェーズロックループ、および温度制御、キャビティオートチューニング、およびCRYSTALフェーズロックのためのその他のデジタル方法を使用して、回路システムの統合と柔軟性を向上させます。一方、水素の流れに基づくチューニング方法が提案されており、これは、外部環境の変化を伴う水素メーザー共鳴頻度の変動の問題を効果的に解決します。実験結果は、設計されたデジタル回路制御システムがオーブン制御されたクリスタルオシレーター（OCXO）ループとキャビティループの要件を満たしていることを示しています。その周波数の安定性は、2.6×10-13/1秒と1.4×10-15/10,000秒に達する可能性があります。このスキームには、特定の実用的なエンジニアリング価値があり、次世代空間ナビゲーション衛星のための水素メーザーの設計、ディープスペース探査、および宇宙ステーションに使用できます。
水素Maserは、高周波安定性と低周波数ドリフトを備えた高精度時間測定機器であり、衛星ナビゲーション、地上時間維持、周波数測定、およびその他のフィールドで広く使用されています。アクティブ水素Maser（AHM）は、周波数の安定性とドリフト速度の観点から、軌道上の現在の空間パッシブ水素Maser（PHM）よりも優れていますが、大量と重量の欠点があります。回路の体積と重量をさらに減らすために、このペーパーでは、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（FPGA）に基づいたデジタル回路制御システムを示しています。デジタル温度制御、デジタル検出器、デジタルダウンコンバージョン、デジタルフェーズロックループ、および温度制御、キャビティオートチューニング、およびCRYSTALフェーズロックのためのその他のデジタル方法を使用して、回路システムの統合と柔軟性を向上させます。一方、水素の流れに基づくチューニング方法が提案されており、これは、外部環境の変化を伴う水素メーザー共鳴頻度の変動の問題を効果的に解決します。実験結果は、設計されたデジタル回路制御システムがオーブン制御されたクリスタルオシレーター（OCXO）ループとキャビティループの要件を満たしていることを示しています。その周波数の安定性は、2.6×10-13/1秒と1.4×10-15/10,000秒に達する可能性があります。このスキームには、特定の実用的なエンジニアリング価値があり、次世代空間ナビゲーション衛星のための水素メーザーの設計、ディープスペース探査、および宇宙ステーションに使用できます。
A hydrogen maser is a high-precision time measurement instrument with high frequency stability and low frequency drift, which is widely used in satellite navigation, ground time keeping, frequency measurement, and other fields. An active hydrogen maser (AHM) is better than the current space passive hydrogen maser (PHM) in orbit in terms of its frequency stability and drift rate, but it has the disadvantages of large volume and weight. To further reduce the volume and weight of the circuit, this paper demonstrates a digital circuit control system based on a field-programmable gate array (FPGA). It uses digital temperature control, digital detectors, digital down-conversion, digital phase-locked loops, and other digital methods for temperature control, cavity auto-tuning, and crystal phase locking, which improve the integration and flexibility of the circuit system. Meanwhile, a tuning method based on hydrogen flow is proposed, which effectively solves the problem of fluctuations in hydrogen maser resonance frequency with changes in the external environment. Our experimental results show that the designed digital circuit control system meets the requirements of an oven-controlled crystal oscillator (OCXO) loop and a cavity loop. Its frequency stability can reach 2.6×10-13/1 s and 1.4×10-15/10,000 s, which is close to the stability index of ground active hydrogen maser. This scheme has certain practical engineering value, and can be used in the design of hydrogen masers for next-generation space navigation satellites, deep space exploration, and space stations.
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