Квантовый стандарт частоты и времени

 

Союз Советских

Социаписткческих

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >943633

l

//

Ore г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Занвлено 30. 10.78 (21) 2682933/18-10 (51) М. Кл.

G04 С 3/00 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет (еоудврстееииый комитет

СССР (53) УДК 681. 11 (088. 8) ао делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 15 07.82. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 18.07.82 (72) Авторы изобретения

В. N. Гусев и В. А. Погачев (71) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ

И ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к квантовым стандартам частоты и времени и может быть использовано в службе времени.

Известные квантовые стандарты час» тоты представляют собой устройства, в которых низкочастотный генератор стаби5 лизируется по частоте за счет системы синхронизации, используюшей в качестве опорного генератора - квантовый генератор (1) .

|о

Недостатком устройств такого рода является сравнительно большой шаг смены шкал времени.

Наиболее близким к предлагаемому является квантовый стандарт частоты вре-15 мени, содержаший квантовый генератор, делитель частоты, синтезатор частоты. и кольцо фаэовой автоматической подстройки частоты, включаюшее смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый 20 детектор, кварцевый генератор и умножитель частоты, причем выход квантового генератора подключен к второму входу смесителя, вход делителя соединен с первым выходом кварцевого генератора, вход синтезатора соединен с вторым выходом кварцевого генератора, а выход синтезатора соединен с вторым входом фазового детектора $2) .

Недостатком этого устройства является большая величина шага задержки.

IIemü изобретения» уменьшение шага дискретного смешения выходных секундных импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в квантовый стандарт частоты и времени введены последовательно соединенные второй делитель частоты и формиро ватель интервалов времени коррекции, причем выход формирователя интервалов времени коррекции соединен с управляюшим входом синтезатора, а вход второго делителя соединен с третьим выходом кварцевого генератора. . На фиг. -1 приведена схема квантового стандарта частоты и времени; на фиг.2функциональная схема одной иэ возможР43633 ных реализаций формирователя интервалов времени коррекции.

Квантовый стандарт частоты и времен ни содержит усилитель 1 промежуточной частоты, смеситель 2, квантовый генератор 3, фазовый детектор 4, умножитель 5 частоты, управляемый синтезатор

6 частоты, кварцевый генератор 7, делитель 8 частоты, формирователь 9 интервалов времени коррекции, делитель 10 частоты.

Формирователь интервалов времени коррекции содержит делитель с переменным коэффициентом 11 деления, кодовый переключатель 12, вентили 13 - 15, триггеры 16 и 17, кнопки 18.

Усилитель 1 промежуточной частоты и последовательно включенные фазовый детектор 4, кварцевый генератор 7, умножитель 5 частоты, смеситель 2, включенный на вход усилителя 1 промежуточной час то ты, образуют к ол ьцо фазо вой автоматической настройки частоты, ФАПЧ опорным генера тором которого служит квантовый генератор 3, включенный на второй вход смесителя 2. Делитель частоты 8 понижает частоту кварцевого генератора 7, к которому он подключен до частоты 1 Гц. К другому выходу кварцево го генератора 7 подключен управляемый синтезатор 6 частоты, выходом включенный на второй вход фазового детектора 4.

Квантовый стандарт частоты и времени работает следующим образом.

Сигнал квантового генератора 3 поступает на смеситель 2, куда подается также сигнал с умножителя частоты 5, полученный от кварцевого генератора 7.

Сигнал промежуточной частоты после усиления в усилителе 1 поступает на один вход фазового детектора 4, на второй вход которого подается опорный сигнал от синтезатора 6 частоты. Сигнал ошибки с фазового детектора 4 подстраи"вает кварцевый генератор 7. Делитель 8 частоты формирует из сигнала кварцевого генератора последовательность секундных импульсов. Одновременно сигнал кварцевого генератора поступает на второй делитель 10 частоты, откуда сигнал низкой частоты поступает на формирователь

9 интервалов времени коррекции, который формирует интервалы времени, в течение которого на управляющий вход синтезатора 6 частотыпоступает сигнал, изменяющий его частоту. При изменении частоты синтезатора на величину b% происходящем в течение времени д, секундный импульс с выхода делителя 8 получает смешение на величину дт= д

5 где — относительное смешение д| кв частоты кварцевого генератора.

Смещение частоты кварцевого генератора связано со смещением частоты синтезатора соотношением ьfc (2) дквп

l5 где Yl> — коэффициент умножения умножителя частоты 5, (3) КГ кВ где — частота квантового генератора, КГ и величина сдвига с учетом (2) и (3) равна ь, (4) дТ=

КГ

Например, для водородного стандарта частоты и времени 1к.= 1,4 ° 10 Гц, 9

Д|с = 0,28 Гц, смешение секундного импульса на 1 нс получается за время М

5 с. Уменьшая интервал коррекции И, можно получить сколь угодно малый шаг перестройки, а увеличивая его, можно получить величины сдвигов до + 100 нс.

Для получения больших величин сдвигов целесообразно использовать регулируемую задержку в делителе 8 по известному способу.

Для упрощения второго делителя частоты 10 входной сигнал для него можно снимать с промежуточного выхода перво40 го делителя частоты 8 или с промежуточного выхода делителя частоты, являющегося составной частью синтезатора 6. На фиг. 1 возмбжные точки подключения входа второго делителя частоты 10 показа45 ны пунктиром.

Формирователь интервалов работает следующим образом, При нажатии одной из кнопок 18

"Пуск +" или "Пуск -" происходит установка триггера 17 в положение, соответствующее знаку коррекции (логическая единица на выходе Ц соответствует кор.рекции фазы в направлении опережения), и подготовка команд перестройки на вентилях 14 и 15. Одновременно с этим происходит установка триггера 16 в состояние 0 положительным фронтом, поступающим с выхода вентиля 13, осушеств9436

Формула изобретения

Квантовый стандарт частоты и времени, содержащий квантовый генератор, делитель частоты, синтезатор частоты и

5 ляющего для команд "Пуск" логическую функцию ИЛИ. Разрешающий сигнал, поступающий с инверсного выхода триггера

16, происходит два действия: дает старт делителю с переменным коэффициентом деления и одновременно разрешает одну из выходных команд коррекции "+ или коррекция "-", управляющих частотой перестраиваемого синтезатора. Величина козффициента деления делителя 11, от ко->О торого зависит интервал времени, в течение которого подается команда коррекции частоты, устанавливается в,соответствии с.командами, поступающйми с кодового переключателя 12 (или с внешнего программирующего устройства), После окончания цикла счета в делитель он выдает сигнал "Стоп" на триггер 16, тот возвращается в исходное состояние и снимает команду коррекции. го

Использование квантового стандарта позволяет повысить точность регулирова» ния шкалы времени.

33 6 кольцо фазовой автоматической подстройки частоты, включающее смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, кварцевый генератор и умножитель частоты, причем выход квантового генератора подключен к второму входу смесителя, вход делителя соединен с первым выходом кварцевого reHepaTopa, вход синтезатора соединен с вторым выходом кварцевого генератора, а выход синтезатора соединен с вторым входом фазового детектора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения шага дискретного смещения выходных секундных импульсов, в него введены последовательно со единенные второй делитель частоты и формирователь интервалов времени коррекции, причем выход формирователя интервалов времени коррекции соединен с управляющим входом синтезатора, а вход второго делителя соединен с третьим выходом кварцевого генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискремина торов. Под ред. Б. П. Фатеева. М., "Советсткэе радио, 1978, с. 247.

2. Там же, с. 151, рис. 6.1 (прототип).