频率标准是一种生成高准确度和高稳定度标准频率信号的设备,在日常生活和科学研究中都具有广泛的应用。频率标准的稳定持续工作,保证了包括电网系统、移动通信、互联网、全球定位系统等日常系统的正常运行。随着制作工艺与技术水平的不断进步,频率标准的可靠性越来越高。但是频率标准的工作环境复杂,在长期工作中,周围环境的电磁干扰、温度变化、振动干扰以及元器件老化都有可能影响到频率标准的工作状态,导致频率标准输出异常,从而影响整体系统的性能。在这种情况下,对频标进行冗余配置可以有效地提高系统的可靠性与稳定性。当主频标出现故障或损坏时,冗余配置的频率标准可以作为备援,及时承担主频标为时频系统提供频率信号的工作,保证系统的正常运行。随着时频技术的高速发展,越来越多的时频系统发展为多用户系统,即一个系统内的多台设备需要由频标提供频率信号。高精度的频标造价昂贵而且带负载的能力较差,单台频标很难为多用户系统提供频标信号,一台频标只能为一个设备或系统提供参考频率,使用成本太高。除此之外,通常的频标受到自身信号输出特性和同轴电缆传输特性的限制,输出模式和传输距离有限。基于上述考虑,本文开展频率标准的冗余切换和多模分配方法研究,并研制相应的系统原理样机。当主用频标出现输出故障时,系统可以自行检测并快速切换至备用频标信号,提升了频标的稳定性与可靠性。同时系统拥有四路射频信号输出,一路光信号输出,这样即可以为多台设备或系统提供参考频率,也可以为远距离的设备提供参考频率,丰富了频标的分配形式。本文主要工作如下:(1)针对频标输出故障,提出了一种基于幅值比较的频率信号检测与快速切换的方法。基于传统PIN射频开关做出改进,在传统PIN串并联型开关的基础上,加入了分流装置和匹配网络,设计了一款新型串并联型PIN射频开关,提高了主备频标的切换速度和频标信号间的隔离度。(2)针对频率标准带负载能力较差的缺点,设计了一款具有鲁棒性的分配放大电路。该分配放大器引入具有动态输入特性的缓冲电路,大大提高了系统的抗干扰能力,增加了频率标准的带载能力,可以让频率标准驱动更多设备。(3)针对频标信号自身特性以及同轴电缆的传输特性,设计了一款频标信号的光纤分配系统。该系统理论上可将频标信号传递2.5km。实测实验结果充分证明了本文所提出的频率标准的冗余切换与多模分配系统提高了频率标准的可靠性、多驱动能力以及频率信号远程传递的能力。频标切换速度达到了352.60ns,主备频标之间的隔离度为76.33d B,信号的稳定度为1.52E-12,准确度为4.29E-12。