Oscillateur Ultra Stable
USO PHARAO (réalisé par CMAC)
Les USOs (Oscillateurs Ultra Stables) de Pharao doivent avoir des performances très strictes en termes de stabilité de fréquence et bruit de phase, mais aussi en termes de sensibilité en température et une sensibilité aux accélérations très faible.
Design de l'USO de PHARAO
Les USOs de Pharao sont basés sur la seconde génération d'USOs DORIS qui ont été conçus entre 1990 et 1995 et qualifiés en 1997 sous contrat CNES par la société CMAC Argenteuil France. Cet USO utilise un cristal de quartz résonateur de très haute performance associé à une électronique sélectionnée pour avoir un bruit de phase très bas près de la porteuse. Pour avoir une sensibilité thermique très basse dans l'air et dans le vide, le cristal et l'électronique (oscillateur, séparateur, amplificateur,...) sont placés dans un double dewar avec un contrôle de température de 0.01°C dans la gamme de température de qualification. L'analyse mécanique a été réalisée pour assurer la robustesse et les modèles de qualification EQM 25 @ 10 MHz et EQM 33 @ 5 MHz ont été testés à 45 g rms.
Pour avoir le meilleur bruit de phase noise et la meilleure stabilité court terme, il a été nécessaire de mesurer le bruit de plusieurs résonateurs et transistors, en utilisant des bancs de bruit de phase dédiés, et de sélectionner les meilleures pièces pour Pharao. Il a été décidé d'utiliser un résonateur QHS (Quartz Haute Surtension) 5 MHz, et de sélectionner les meilleurs résonateurs selon plusieurs critères (paramètres électriques aussi bien que stabilité court terme et vieillissement).
Performances des USOs de PHARAO
Le tableau suivant donne les principales performances obtenues par FM 34 et FM 35. La stabilité de fréquence pour 
= 1s et 10s et le bruit de phase ont été mesurés dans l'air et dans le vide par CMac en utilisant le meilleur USO comme référence, puis par LNE-SYRTE en utilisant un oscillateur cryogénique au saphir et un banc de test très faible bruit comme référence, ce qui donne les valeurs absolues des performances du FM de l'USO.
Meilleur USO du monde utilisé pour tester l'USO de PHARAO
| Items | Spécifications | Buts | FM 34 | FM 35 |
| Stabilité en fréquence = 1s = 10s |  y() = 1 x 10-13y() = 1 x 10-13 | 7 x 10-14 7 x 10-14 | 6 x 10-14 6 x 10-14 | 7 x 10-14 7 x 10-14 |
| Bruit de phase @ 5 MHz en dBrd²/Hz Distance au porteur 0.1 Hz 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 kHz | -98 -128 -144 -153 -153 | -101 -131 -147 -153 -153 | -102 -130 -144 -152 -153 | -100 -130 -144 -152 -154 |
| Sensibilité thermique | = 2.5 x 10-12/°C | entre 0 et 48.5°C | 1.9 x 10-13/°C | 1 x 10-12/°C |
| Sensibilité aux accélérations | = 1.8 x 10-9/g | = 1.8 x 10-10/g | 1.69 x 10-9/g | 1.87 x 10-9/g |
USOs de faible sensibilité aux accélérations de PHARAO
Néanmoins, en raison des perturbations de micro-vibrations entre 0.1 Hz et 50 Hz à bord de l'ISS, la sensibilité aux accélérations des 2 FMs était trop forte pour obtenir la performance de stabilité de Pharao de 1 x 10-16 pour = 1 jour sur une période de mesure en continu de 1 semaine. Il a été décidé de réaliser les études sur un résonateur QAS (Quartz Auto Suspendu, type BVA) à 5 MHz. Un banc de plusieurs cristaux de résonateurs QAS a été fabriqué et mesuré en priorité en sensibilité aux accélérations, et ensuite sélectionné pour tous les paramètres électriques et de bruit de phase.
Le tableau suivant donne les performances obtenues par le résonateur QAS 5 MHz sélectionné pour le FM 45 de l'USO
| Items | Spécifications | Buts | Résonateur FM 45 |
| Stabilité de fréquence = 1s = 10s | y() = 1 x 10-13y() = 1 x 10-13 | 7 x 10-14 7 x 10-14 | 7.5 x 10-14 à mesurer pour FM 45 |
| Sensibilité G | = 1.8 x 10-9/g | 1.76 x 10-10/g |
Ces performances ont été confirmées sur le FM 45 quand il a été entièrement intégré, puis au niveau de la Source Micro-onde à 100 MHz et 9.2 GHz.
