Квантовый стандарт частоты

 

Использование: квантовая электроника, высокоточные квантовые стандарты частоты активного типа. Сущность изобретения: квантовый стандарт частоты содержит управляемый кварцевый генератор 1, фазосдвигающую цепочку 2, умножитель частоты 3, смеситель 4, эталонный генератор 5, усилитель промежуточной частоты 6, фазовый детектор 7. интегрирующую цепь 9 и синтезатор частоты 9 1-2-3-4-6-7-8-1, 1-9-7 4-5. В устройстве достигается уменьшение нестабильности выходной частоты благодаря включению фазосдвигающей цепи 2 с температурным коэффициентом фазы противоположными по знаку температурному коэффициенту фазы умножителя частоты 3/ и абсолютную величину примерно в N раз меньше, где N - коэффициент умножения умножителя частоты. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sr)s Н 03 1. 7/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ

1 (21) 4662976/09 (22) !7.03,89 (46) 15.12.92. Бюл. ¹ 46 (71) Ленинградский научно-исследовательский радиотехнический институт (72) О.П.Харчев (56) Кварцевые и квантовые меры частоты

n/ð Б,И.Макаренко. СССР, 1976. с. 176. рис., 5;26. (54) КВАНТОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ (57) Использование; квантовая электроника, высокоточные квантовые стандарты частоты активного типа, Сущность изобретения; квантовый стандарт частоты содержит уп,,5U, 1781821 А1, 2 равляемый кварцевый генератор 1, фазосдвигающую цепочку 2, умножитель частоты 3, смеситель 4, эталонный генератор 5, усилитель промежуточной частоты 6, фазовый детектор 7, интегрирующую цепь 9 и синтезатор частоты 9 1-2-3-4-6-7-8-1, 1-9-7

4-5. В устройстве достигается уменьшение нестабильности выходной частоты благодаря включению фазосдвигающей цепи 2 с температурным коэффициентом фазы противоположными по знаку температурному коэффициенту фазы умножителя частоты 3, и абсолютную величину примерно в и раз меньше, где N — коэффициент умножения умножителя частоты. 2 ил.

1781821

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в высокоточных квантовых стандартах частоты (КСЧ) активного типа.

Известен рубидиевый КСЧ с оптической накачкой, содержащий кольцо фазовой автоподстройки с умножителем частоты.

Недостатком данного КСЧ является большая нестабильность частоты выходного сигнала, обусловленная влиянием температуры окружающей среды.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является КСЧ, со. держащий последовательно соединенные в кольцо фазовой автоподстройки управляемый кварцевый генератор, умножитель частоты, смеситель, к другому входу которого подключен эталонный генератор, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор и интегрирующую цепь, а также синтезатор частоты, включенный между выходом управляемого кварцевого генератора и другим входом фазового детектора. Недостатком данного КСЧ является большая йестабильность частоты выходного сигнала при изменении температуры окружающей среды. обусловленная термозависимым сдвигом фазы в умножителе частоты из-за зависимости расстройки фильтрующих элементов, длительностей задержки прохождения сигналов от температуры.

Целью изобретения является уменьшение нестабильности выходной частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в известный квантовый стандарт частоты, содержащий последовательно соединенные в кольцо фазовой автоподстройки умножитель частоты, смеситель, к другому входу которого подключен эталонный генератор, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, интегрирующую цепь и управляемый кварцевый генератор; а также синтезатор частоты, включенный между выходом управляемого кварцевого генератора и другим входом фазового детектора, введена фаэосдвигающая цепочка с термозависимым фазовым сдвигом, противоположным

: по знаку термозависимому сдвигу фазы в умножителе частоты, величина которого выбрана из соотношения где Туч и N — температурный коэффициент фазы и коэффициент умножения умножителя частоты; Тфц — температурный коэффициент фазы фазосдвигающей цепочки, а постоянная времени фазосдвигающей цепочки выбрана меньшей трети постоянной времени кольца фазовой автоподстройки, при этом управляемый кварцевый генератор подключен к умножителю частоты через фазосдвигающую цепочку.

Дополнительно введенная фазосдвигающая цепочка компенсирует температурные изменения фазы умножителя частоты и тем самым ослабляет влияние температуры

10 окружающей среды на нестабильность частоты выходного сигнала всего КСЧ.

Соотношение абсолютных значений температурных коэффициентов фазы, опре15 деленное в виде неравенства, описываетобласть значений коэффициентов, при которых достигается положительный эффект

Соотношение постоянных времени описывает область возможных значений при

20 которых обеспечивается устойчивая работа кольца фазовой автоподстройки с фазосдвигающей цепочкой, Ка фиг. 1 представлена структурная схезосдвигающей цепочки.

КСЧ содержит последовательно соеди- . ненные в кольцо фазовой автоподстройки управляемый кварцевый генератор 1, фазосдвигающую цепочку 2, умножитель час- . тоты 3, смеситель 4, к другому входу

30 которого подключен эталонный генератор 5, усилитель промежуточной частоты 6, фазовый детектор 7 и интегрирующую цепочку 8, а также синтезатор частоты 9, включенный между выходом управляемого кварцевого генератора 1 и другим входом фазового детектора 7, 35

КСЧ работает следующим образом. Сигнал управляемого кварцевого генератора 1 после преобразования его фазы фазосдвигающей цепочкой 2 и умножения его частоты умножителем частоты 3 подается на вход смесителя 4. По другому входу смесителя 4

45 подается сигнал эталонного генератора 5. . На выходе смесителя 4 образуется сигнал разностной промежуточной частоты, который усиливается усилителем промежуточной частоты 6 и подается на вход фазового

50 детектора 7. На другой вход фазового детектора подается опорный сигнал от синтезатора частоты 9,. Фазовый детектор 7 вырабатывает выходной сигнал пропорциональный разности фаз входных сигналов.

Этот сигнал фильтруется интегрирующей цепочкой 8 и используется для управления частотой. управляемого кварцевого генератора 1, т.е. для стабилизации частоты его выходного сигнала по частоте высокостабильного эталонного генератора 5.

25 ма КСЧ; на фиг. 2 представлен пример фа1781821

При граничных значениях Тфц! общий температурный коэффициент фазы уменьшается в два раза, что соответствует уменьшению дисперсии частоты выходного сигнала КСЧ в два раза и уменьшению нестабильности частоты в 1,4 раза.

Фазосдвигающая цепочка 2 последовательно включена в кольцо фазовой автоподстройки. Ее длительность задержки должна быть минимальной, не более трети постоянной времени кольца фазовой автоподстройки для обеспечения устойчивости кольца, ограничения инерционности отработки возмущений частоты управляемого кварцевого генератора 1.

0.5 — "-" — — - 1.5.

45 где Туч и N — температурный коэффициент фазы и коэффициент умножения умножите50 ля частоты;

Тфц — температурный коэффициент фазы фазосдвигающей цепочки, а постоянная времени фазосдвигающей цепочки выбрана меньшей трети постоянной

55 времени кольца автоматической подстройки частоты, при этом управляемый кварцевый генератор подключен к умножителю частоты через фазосдвигающую цепочку.

Фазосдвигающая цепочка 2 имеет тем- На фиг. 2 приведен пример фазосдвигапературный коэффициент фазы Тфц проти- ющей цепочки с терморезистором R2 в кавоположный по знаку температурному честведатчика температуры, коэффициенту фазы умножителя частоты Таким образом, в КСЧ при нормальной

Туч, а абсолютную величину примерно e N 5 температуре, характеризуемой значением раз меньше,где N — коэффициент преобра- .температуры и дисперсией ее изменения, зования (умножения) частоты умножителя уменьшается дисперсия изменения частоты частоты 3. Благодаря такому включению (фазы) едва и более раз выходного сигнала температурный коэффициент фазы выход- умножителя частоты 3 и, следовательно, ного сигнала умножителя частоты 3 умень- 10 уменьшается нестабильность частоты всего шается. При этом ослабляется преобразо- . КСЧ в 1,4 и более раз по сравнению с извевание флуктуаций температуры окружаю- стным КСЧС прототипом. щей среды во флуктуации фазы и частоты Крометого. КСЧ будетиметьуменьшен-. выходного сигнала умножителя частоты, что ные значения нестабильности частоты вы- приводиткуменьшениюдисперсиичастоты 15 ходного сйгнала как при изменении (фазы) на выходе смесителя 4 и усилителя дисперсии температуры, так и среднего знапромежуточной частоты 6, а также дйспер- чения температуры окружающей среды. сии амплитуды сигналов на выходе фазово- Это приводит к расширению диапазона раго детектора 7 и интегрирующей цепочки 8, .: бочих температур КСЧ, эксплуатационных что в конечном итоге уменьшает дисперсию 20 возможностей и уменьшению температур. и нестабильность частоты управляемого ..ного коэффициента частоты. кварцевого генератора 1, т.е. всего КСЧ. Таким образом ослабляется прямо пропорци- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ональная зависимость дисперсии (нестабильности) частоты выходного сигна- 25 . Квантовый стандарт частоты, содержала от дисперсии температуры окружающей щий последовательно соединенные в кольсреды и общего температурного коэффици- цо фазовой автоматической подстройки ента фазы цепи преобразования от выхода - частоты умножитель частоты, смеситель, к управляемого кварцевого генератора 1 до . другому входу которого подключен эталонсмесителя 4. 30 ный генератор. усилитель промежуточной

Абсолютная величина температурного .. частоты, фазовый детектор. интегрируюкоэффициента фазы фазосдвигающей це- щуюцепьиуправляемыйкварцевыйгенерапочки 2 удовлетворяет соотношению, опи- тор, а также синтезатор частоты, сываемому область возможных значений, включенный между выходом управляемого при которых достигается положительный 35 кварцевого генератора и другим входом фаэффект. Сверху и снизу абсолютная величи- зового детектора, отличающийся тем, на ITyqI ограничена пятидесятипроцент- что, с целью уменьшения нестабильности ным изменением относительно оптималь- выходной частоты, в него введена фазосдвиного значения равного IT„,I /N гающая цепочка с термозависимым фазо40 вым сдвигом. противоположным по знаку

0 5 (Т 1 1 1 5 rePMOaaeuCeMOMy Ceeery Ф Зы e yMepxeTe Тфц N ле частоты, величина которого выбрана из соотношения

1781821

Составитель О,Харчев

Редактор В.Фельдман Техред М.Моргентал

Корректор О.Густи

: Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4281 " Тйраж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5