Пассивный водородный стандарт частоты (его варианты)

Авторы патента:

G04F5/14 - с использованием атомных эталонов частоты

2. Пассивный водородный стандарт частоты, содержащий синтезатор частоты и последовательно соединенный частотный модулятор, первый умножитель частоты, смеситель, квантовый водородный дискриминатор, сверхвысокочастотный преобразователь, амплитудный детектор, селективный усилитель, синхронный детектор, интегратор и первый кварцевый генератор, причем выход первого кварцевого генератора подключен к входам частотного модулятора и синтезатора частоты, выход которого соединен с вторым входом смесителя, а второй выход частотного модулятора подключен к второму входу синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности по частоте и повышения стабильности частоты, в него введены последовательно соединенные второй кварцевый генератор и второй умножитель частоты, выход которого подключен к гетеродинному входу сверхвысокочастотного преобразователя. Изобретение относится к устройствам образования заранее определенных временных интервалов для использования их в качестве хронирующих эталонов и может найти применение в эталонах и образцовых мерах времени и частоты. Целью изобретения является уменьшение погрешности по частоте и повышение стабильности частоты пассивного водородного стандарта путем распределения по спектру частот ("размывания") мешающей дискретной спектральной составляющей, проникающей в тракт постройки частоты. На фиг.1 и 2 представлены структурные схемы двух вариантов предлагаемого водородного стандарта частоты. Оба варианта стандарта содержат частотный модулятор 1, умножитель частоты 2, смеситель 3, квантовый водородный дискриминатор 4, сверхвысокочастотный (СВЧ) преобразователь 5, амплитудный детектор 6, селективный усилитель 7, синхронный детектор 8, интегратор 9, кварцевый генератор 10, соединенные друг с другом последовательно, а также синтезатор частоты 11. Выход кварцевого генератора 10 подключен к входам частотного модулятора 1 и синтезатора частоты 11, выход которого соединен вторым входом смесителя 3, а второй выход частотного модулятора 1 подключен к второму входу синхронного детектора 8. Первый вариант стандарта (фиг.1) в дополнение к элементам 1.11 содержит последовательно соединенные генератор шума 12 и фазовый модулятор 13, второй вход которого подключен к второму выходу умножителя частоты 2, а выход фазового модулятора 13 соединен с гетеродинным входом СВЧ-преобразователя 5. Второй вариант стандарта (фиг.2) в дополнение к элементам 1.11 содержит последовательно соединенные второй кварцевый генератор 14 и второй умножитель частоты 15, выход которого подключен к гетеродинному входу СВЧ-преобразователя 5. Стандарт, выполненный по первому варианту, работает следующим образом. Сигнал кварцевого генератора 10 модулируется по частоте низкочастотным синусоидальным сигналом, затем умножается до частоты 14000 МГц и складываясь с сигналом 20,405 МГц синтезатора частоты 1 поступает на квантовый водородный дискриминатор 4, где вызывает индуцированное излучение атомов водорода. В результате этого сигнал на выходе дискриминатора 4 с несущей частотой 1420,405 МГц кроме частотной имеет еще и амплитудную модуляцию. Сигнал на выходе дискриминатора 4 имеет очень небольшую мощность 10^-13 Вт, что обуславливает применение на выходе дискриминатора 4 высокочувствительного СВЧ-преобразователя 5. Сигнал гетеродина с выхода умножителя частоты 2 поступает на вход фазового модулятора 13, на другой вход которого приходит сигнал от генератора шума 12. Низкочастотный сигнал с фазовой шумовой модуляцией с выхода модулятора 13 поступает на гетеродинный вход СВЧ-преобразователя 5. Наличие шумовой фазовой модуляции сигнала гетеродина приводит к тому, что сигнал промежуточной частоты (ПЧ) также приобретает шумовую фазовую модуляцию. Вследствие этого амплитудно-модулированный (АМ) паразитный сигнал с частотой _м t ⁺ являющийся результатом взаимодействия сигнала ПЧ с наводкой синтезатора, также приобретает шумовую фазовую модуляцию. В то же время шумовая фазовая модуляция гетеродина не оказывает влияния полезный АМ сигнал с частотой _м t Сигнал на выходе амплитудного детектора имеет вид A A_c cos _м t + A_и cos [_м t + + + _м ( t ) где _м(t) шумовая девиация фазы сигнала; A_c полезный сигнал на выходе амплитудного детектора; A_и паразитный сигнал, связанный с наводками; _м частота модуляции; - фазовый сдвиг сигнала наводки относительно сигнала промежуточной частоты СВЧ-преобразователя. Как видно из выражения (1) для усреднения паразитного сигнала случайная девиация фазы гетеродина должна иметь равномерное распределение в интервале 0 + 2 радиан. При этом паразитная составляющая АМ сигнала прекращается в случайную функцию с нулевым средним значением, которая усредняется в синхронном детекторе 8 и интеграторе 9, и на вход кварцевого генератора 10 поступает только полезный сигнал. Второй вариант стандарта (фиг.2) отличается от первого только тем, что в качестве низкочастотной фазовой шумовой модуляции использован мерцающий шум кварцевого генератора 14, соединенного последовательно с умножителем частоты 15 для увеличения случайной шумовой девиации шума. Введение низкочастотной шумовой модуляции в сигнал гетеродина, подаваемый на гетеродинный вход СВЧ-преобразователя 5, позволяет избавиться от паразитной составляющей в сигнале, поступающем на вход кварцевого генератора 10, что позволяет уменьшить погрешность по частоте и повысить стабильность частоты стандарта.

Формула изобретения

1. Пассивный водородный стандарт частоты, содержащий синтезатор частоты и последовательно соединенные частотный модулятор, умножитель частоты, смеситель, квантовый водородный дискриминатор, сверхвысокочастотный преобразователь, амплитудный детектор, селективный усилитель, синхронный детектор, интегратор и кварцевый генератор, причем выход кварцевого генератора подключен к входам частотного модулятора и синтезатора частоты, выход которого соединен с вторым входом смесителя, а второй выход частотного модулятора подключен к второму входу синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности по частоте и повышения стабильности частоты, в него введены последовательно соединенные генератор шума и фазовый модулятор, второй вход которого подключен к второму выходу умножителя частоты, а выход фазового модулятора соединен с гетеродинным входом сверхвысокочастотного преобразователя. 2. Пассивный водородный стандарт частоты, содержащий синтезатор частоты и последовательно соединенный частотный модулятор, первый умножитель частоты, смеситель, квантовый водородный дискриминатор, сверхвысокочастотный преобразователь, амплитудный детектор, селективный усилитель, синхронный детектор, интегратор и первый кварцевый генератор, причем выход первого кварцевого генератора подключен к входам частотного модулятора и синтезатора частоты, выход которого соединен с вторым входом смесителя, а второй выход частотного модулятора подключен к второму входу синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности по частоте и повышения стабильности частоты, в него введены последовательно соединенные второй кварцевый генератор и второй умножитель частоты, выход которого подключен к гетеродинному входу сверхвысокочастотного преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000

Устройство ввода поправок в хранительвремени // 824118

Водородный стандарт частоты // 2148881

Изобретение относится к квантовым водородным стандартам частоты и может быть использовано при разработке и проектировании водородных стандартов частоты с автоматической подстройкой частоты резонатора квантового генератора

Рубидиевый стандарт частоты // 2213364

Изобретение относится к квантовым стандартам частоты пассивного типа и может быть использовано в рубидиевых стандартах частоты с принудительной подстройкой частоты стандарта

Способ формирования опорного резонанса на сверхтонких переходах основного состояния атома щелочного металла // 2312457

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, в метрологии для определения частоты и времени, в частности при создании атомных стандартов частоты или в атомных часах

Корректор шкалы времени // 1372188

Способ изготовления малогабаритных атомных ячеек с парами атомов щелочных металлов и устройство для его осуществления // 2554358

Изобретение относится к способам получения малогабаритных атомных ячеек с парами атомов щелочных металлов и к устройствам для их изготовления и может быть использовано при изготовлении квантовых магнитометров и малогабаритных атомных часов. Способ изготовления атомных ячеек включает нагрев окна и торца заготовки ячейки, приварку окна к одному из торцов заготовки и их отжиг излучением CO2-лазера, термообработку заготовки, откачку и последующее заполнение парами щелочного металла в вакууме. Затем напыленный металл со стенок заготовки испаряют CO2-лазером и герметизируют ячейку путем установки прозрачного окна на втором торце заготовки ячейки и его приварки к торцу лазером. Устройство для заполнения ячеек щелочным металлом включает вакуумную камеру, насосы, лазерную систему. Вакуумная камера содержит карусель с гнездами, нагреватель заготовок, механизм укладки крышек, окно, прозрачное для лазерного излучения. Изобретение позволяет получать миниатюрные атомные ячейки с улучшенными светопропусканием и эксплуатационными свойствами, позволяет экономить изотоп щелочного металла. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Пассивный водородный стандарт частоты // 2613566

Пассивный водородный стандарт частоты предназначен для использования в качестве источника высокостабильных сигналов. Стандарт частоты включает квантовый дискриминатор 1 с петлей связи 2 перестройки частоты его резонатора, преобразователь частоты 3, амплитудный детектор 4, фазовращатели 5, 13, синхронные детекторы 6, 14, кварцевый генератор 7, модулятор 8, генератор модулирующей частоты 9, умножитель частоты 10, генератор гармоник 11, перестраиваемый синтезатор частоты 12, генератор прямоугольных импульсов 15 и цифро-аналоговый преобразователь 16, выход которого соединен с петлей связи 2 для перестройки частоты резонатора квантового дискриминатора 1, а второй его вход подключен к выходу синхронного детектора 14, выполненного цифровым и вторым входом соединенного со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов 15. Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение температурного коэффициента частоты прибора (1÷2×10-15/°С) и соответственно улучшение стабильности частоты на времени усреднения 1 сутки до значений (1.5÷2)×10-15. 3 ил.