日本研制成功一款超低功耗、超小体积的高精度原子钟原型

东京理工大学、理光公司、日本先进工业科学与技术研究所(AIST)等机构,共同开发了一种用于小型卫星的超低功率原子钟(ULPAC),面向后5G时代的通信系统。该产品在各种测试中优于当前的行业标准,例如尺寸,稳定性和功耗。


图1.原子钟原型(33 mm x 38 mm x 9 mm)

随着电信技术的不断发展,全球用户所需的数据传输速率和总数量也相应增加。 为了满足这种不断增长的需求,一种有前景的办法是部署一系列微纳卫星,这些卫星位于低轨道上。 然而,这样一群卫星需要在全球范围内极其精确地进行时间同步,在每个卫星上安装非常精确的原子钟是必要的。

传统的原子钟很大(通常155-755立方厘米),功耗巨大(高达10瓦),无法用于微纳卫星。这款原子钟通过采用“相干捕获”的方法,大大减小了尺寸和功耗。  原子钟的锁定环路的耗电量比已有产品低一个数量级。

除了低功耗之外,产品的体积和阿伦方差大大优于已有产品。产品原型的阿伦方差在τ=10e5s时达到2.2×10e-12,而通信行业常见原子钟(例如铷钟)在τ=1s时为3.0×10e-10。此时,原型产品体积仅为15.4 cm3。

根据研究小组的说法,还有改进的余地。 “总功耗为59.9 mW其实主要来自于微控制器单元,还可以通过采用ASIC来进一步降低,”Okada教授解释说。 最终产品的照片可以在图1和图2中看到。理光和AIST致力于改善阿伦方差,而东京理工大学的研究人员则专注于降低功耗。 这次合作的最终结果是一个非常有前途的原子钟的原型,它推动了当前的基准技术,使得未来电信系统,例如5G以后的电信系统可以成为现实。


图二:原子钟封装

信息来源:

Authors :
Haosheng Zhang1, Hans Herdian1, Aravind Tharayil Narayanan1, Atsushi Shirane1, Mitsuru Suzuki2, Kazuhiro Harasaka2, Kazuhiko Adachi2, Shinya Yanagimachi3, Kenichi Okada1
Session :
Session 29: Quantum & Photonics Technologies
Session title :
Ultra-Low-Power Atomic Clock for Satellite Constellation with 2.2×10−12 Long-Term Allan Deviation Using Cesium Coherent Population Trapping
Affiliations :

1Tokyo Institute of Technology

2Ricoh

3National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Conference :

[修改于 8 个月前 - 2019-02-26 07:21:14]

来自 仪表与测量空间技术
2019-2-27 01:57:38
1楼

SA45了解一下,这个功耗更低

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2019-3-9 14:36:38
2019-3-9 14:36:38
2楼

谢谢你的分享,受益匪浅,向你学习。

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2019-3-10 18:35:07
2019-3-10 18:35:07
3楼

楼上公司全称莫非是中山实力有限公司……

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2019-4-7 19:37:42
2019-4-7 19:37:42
4楼

外国大学还是有人搞研究的。中国大学研究来研究去都是研究怎么弄钱了。

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