Квантовый стандарт частоты (варианты)

 

Изобретение относится к технике стабилизации частоты. Технический результат заключается в уменьшении нестабильности частоты. В обоих вариантах устройство содержит последовательно соединенные в замкнутое кольцо автоматической подстройки частоты подстраиваемый кварцевый генератор (КГ), умножитель частоты, первый преобразователь частоты (ПЧ), квантовый дискриминатор и формирователь управляющего напряжения (ФУН), выход которого подключен к управляющему входу подстраиваемого КГ, а также синтезатор частот (СЧ), первый и второй входы которого соединены, соответственно, с вторым входом первого ПЧ и вторым входом ФУН, а также дополнительно введенные последовательно соединенные второй ПЧ и делитель частоты, выход которого образует выход устройства. В обоих вариантах первый вход второго ПЧ подключен к первому выходу СЧ, а выход делителя частоты - к входу СЧ. В первом варианте второй вход второго ПЧ подключен к выходу первого ПЧ, соединенному с входом квантового дискриминатора, а во втором варианте второй вход второго ПЧ подключен к дополнительному выходу первого ПЧ. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к технике стабилизации частоты и может быть использована в квантовых стандартах частоты пассивного типа, например, для формирования шкалы времени.

Принцип работы квантового стандарта частоты пассивного типа основан на стабилизации частоты кварцевого генератора по частоте спектральной линии поглощения рабочего перехода квантового дискриминатора [1]. Последнее обеспечивается путем включения подстраиваемого кварцевого генератора в кольцо автоматической подстройки частоты (АПЧ), где в качестве эталона используется частота рабочего перехода квантового дискриминатора. Данный принцип построения квантового стандарта частоты позволяет существенно уменьшить нестабильность частоты выходного сигнала кварцевого генератора, являющегося выходным сигналом квантового стандарта частоты, за интервалы времени измерения, большие 1 сек. При этом шумы, обусловленные элементами кольца АПЧ, осуществляющими преобразование частоты сигнала кварцевого генератора до частоты рабочего перехода квантового дискриминатора, вносят вклад в нестабильность частоты выходного сигнала квантового стандарта частоты ("шумовая" нестабильность), тем самым ограничивая реализацию потенциальных возможностей квантового стандарта частоты.

Среди квантовых стандартов частоты рассматриваемого типа известен, например, квантовый стандарт частоты на газовой ячейке [2], содержащий последовательно соединенные в замкнутое кольцо АПЧ подстраиваемый кварцевый генератор, фазовый модулятор, преобразователь частоты, квантовый дискриминатор и формирователь управляющего напряжения для подстраиваемого кварцевого генератора, при этом второй вход формирователя управляющего напряжения соединен с вторым выходом фазового модулятора. Выходом квантового стандарта частоты [2] является выход селективного усилителя, подключенного к выходу подстраиваемого кварцевого генератора. Для выходного сигнала квантового стандарта частоты [2] , снимаемого с выхода указанного селективного усилителя, характерна нестабильность частоты, обусловленная влиянием шумов фазового модулятора и преобразователя частоты.

Известен квантовый стандарт частоты [3], содержащий последовательно соединенные в замкнутое кольцо АПЧ подстраиваемый кварцевый генератор, преобразователь частоты, квантовый дискриминатор и устройство управления подстраиваемым кварцевым генератором, а также низкочастотный генератор, выход которого соединен с вторыми входами указанных преобразователя частоты и устройства управления. В состав устройства управления входит блок обработки сигнала ошибки и интегратор. Выходной сигнал квантового стандарта частоты [3] снимается с выхода подстраиваемого кварцевого генератора. Для выходного сигнала характерна нестабильность частоты, обусловленная влиянием шумов преобразователя частоты и низкочастотного генератора.

По технической сущности наиболее близким к заявляемым изобретениям является квантовый стандарт частоты на газовой ячейке [4], который принят в качестве прототипа. Квантовый стандарт частоты, принятый в качестве прототипа, содержит последовательно соединенные в замкнутое кольцо АПЧ подстраиваемый кварцевый генератор, умножитель частоты, преобразователь частоты, квантовый дискриминатор и формирователь управляющего напряжения, подстраивающего кварцевый генератор по частоте. В состав квантового стандарта частоты, принятого в качестве прототипа, входит также синтезатор частоты, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с вторым входом преобразователя частоты и вторым входом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с выходом квантового стандарта частоты, образованного выходом подстраиваемого кварцевого генератора. В прототипе предполагается использование синтезатора частоты с собственным задающим генератором, который синхронизируется сигналом, поступающим на вход синтезатора частоты с выхода квантового стандарта частоты - выхода подстраиваемого кварцевого генератора.

Работа квантового стандарта частоты, принятого в качестве прототипа, осуществляется следующим образом. Выходной сигнал подстраиваемого кварцевого генератора - выходной сигнал квантового стандарта частоты - поступает на вход синтезатора частоты, синхронизируя работу его собственного задающего генератора. В синтезаторе частоты формируется низкочастотный сигнал, частота которого равна полуширине контура линии квантового дискриминатора (порядка сотни герц). Этот низкочастотный сигнал снимается с второго выхода синтезатора частоты. Кроме того, в синтезаторе частоты формируется высокочастотный сигнал, модулированный по фазе или частоте указанным низкочастотным сигналом. Этот высокочастотный модулированный сигнал снимается с первого выхода синтезатора частоты. Выходной сигнал подстраиваемого кварцевого генератора поступает также на вход умножителя частоты, который формирует на своем выходе сигнал с частотой, увеличенной в целое число раз. С выхода умножителя частоты сигнал поступает на первый вход преобразователя частоты, на второй вход которого поступает высокочастотный модулированный сигнал с первого выхода синтезатора частоты. В результате нелинейного (например, квадратичного) преобразования своих входных сигналов в преобразователе частоты образуются промодулированные гармоники с несущими частотами, равными сумме и разности частот входных сигналов. Одна из гармоник с несущей частотой, равной, например, сумме частот, совпадающей с частотой рабочего перехода квантового дискриминатора, отфильтровывается и используется в качестве выходного сигнала преобразователя частоты. Выходной сигнал преобразователя частоты подается на вход квантового дискриминатора, на выходе которого в результате взаимодействия с рабочим веществом появляется сигнал ошибки, содержащий гармоники, кратные частоте низкочастотной модуляции выходного сигнала синтезатора частот. Сигнал ошибки поступает на первый (сигнальный) вход формирователя управляющего напряжения, где первая гармоника сигнала ошибки усиливается, синхронно детектируется относительно фазы опорного сигнала, поступающего со второго выхода синтезатора частоты на второй (опорный) вход формирователя управляющего напряжения, после чего фильтруется, например, с помощью фильтра нижних частот с выделением постоянной составляющей. Полярность полученного таким образом управляющего напряжения несет информацию о знаке рассогласования несущей частоты выходного сигнала преобразователя частоты относительно частоты рабочего перехода квантового дискриминатора, а значение напряжения - информацию о величине рассогласования. Управляющее напряжение подается на управляющий вход подстраиваемого кварцевого генератора, изменяя частоту его выходного сигнала так, чтобы частота несущей выходного сигнала преобразователя частоты равнялась частоте рабочего перехода квантового дискриминатора. Тем самым, за счет кольца АПЧ стабильность частоты подстраиваемого кварцевого генератора и формируемого им выходного сигнала квантового стандарта частоты определяются стабильностью частоты рабочего перехода квантового дискриминатора. Работа кольца АПЧ обеспечивает прежде всего компенсацию ухода частоты кварцевого генератора, вызванного его старением, тем самым улучшая "средневременную" (время измерения от 1 сек до 1000 сек) и "долговременную" (время измерения, превышающее 1000 сек) нестабильность частоты. Однако при этом нестабильность частоты, обусловленная шумами элементов кольца АПЧ, в полной мере не устраняется.

Отличительной особенностью квантового стандарта частоты, принятого в качестве прототипа, является удобство использования его для формирования шкалы времени. Обусловлено это применением синтезатора частоты, формирующего для преобразования частоты сигнал, частота несущей которого не находиться в целочисленном соотношении с частотой подстраиваемого кварцевого генератора, что позволяет использовать кварцевый генератор с любым нужным для целей формирования шкалы времени значением частоты, например 5 МГц. В рассматриваемом случае в качестве синтезатора частоты применен синтезатор частоты с собственным задающим генератором, синхронизируемым сигналом, поступающим с выхода квантового стандарта частоты.

Недостатком данного квантового стандарта частоты является значительный вклад "шумовой" компоненты в нестабильность частоты выходного сигнала квантового стандарта частоты, снимаемого с выхода подстраиваемого кварцевого генератора.

Задачей, решаемой заявляемыми изобретениями, является формирование выходного сигнала квантового стандарта частоты, характеризующегося меньшей "шумовой" нестабильностью частоты (два варианта). Получаемый при реализации изобретений технический результат, заключающийся в получении на выходе квантового стандарта частоты сигнала с меньшей "шумовой" нестабильностью частоты, позволяет с большей эффективностью использовать этот сигнал в целях формирования шкалы времени.

Сущность заявляемого изобретения по первому варианту заключается в том, что в квантовый стандарт частоты, содержащий последовательно соединенные в замкнутое кольцо АПЧ подстраиваемый кварцевый генератор, умножитель частоты, первый преобразователь частоты, квантовый дискриминатор и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к управляющему входу подстраиваемого кварцевого генератора, а также синтезатор частоты, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с вторым входом первого преобразователя частоты и вторым входом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с выходом квантового стандарта частоты, дополнительно введены последовательно соединенные второй преобразователь частоты и делитель частоты, первый вход второго преобразователя частоты подключен к первому выходу синтезатора частоты, второй вход второго преобразователя частоты подключен к выходу первого преобразователя частоты, при этом выход делителя частоты образует выход квантового стандарта частоты.

Сущность заявляемого изобретения по второму варианту заключается в том, что в квантовый стандарт частоты, содержащий последовательно соединенные в замкнутое кольцо АПЧ подстраиваемый кварцевый генератор, умножитель частоты, первый преобразователь частоты, квантовый дискриминатор и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к управляющему входу подстраиваемого кварцевого генератора, а также синтезатор частоты, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с вторым входом первого преобразователя частоты и вторым входом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с выходом квантового стандарта частоты, дополнительно введены последовательно соединенные второй преобразователь частоты и делитель частоты, первый вход второго преобразователя частоты подключен к первому выходу синтезатора частоты, второй вход второго преобразователя частоты подключен к дополнительному выходу первого преобразователя частоты, при этом выход делителя частоты образует выход квантового стандарта частоты.

Особенность заявляемых технических решений заключается в новом построении выходной части квантового стандарта частоты - с учетом свойств флуктуационных процессов, протекающих в кольце АПЧ, что позволяет формировать выходной сигнал с меньшей "шумовой" нестабильностью частоты.

Сущность заявляемых изобретений, их реализуемость и возможность промышленного применения поясняется структурными схемами, представленными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена структурная схема квантового стандарта частоты по первому варианту.

На фиг.2 представлена структурная схема квантового стандарта частоты по второму варианту.

Заявляемые квантовые стандарты частоты по двум вариантам (фиг.1, 2) содержат последовательно соединенные в замкнутое кольцо АПЧ подстраиваемый кварцевый генератор 1, умножитель частоты 2, первый преобразователь частоты 3, квантовый дискриминатор 4 и формирователь 5 управляющего напряжения, выход которого соединен с управляющим входом подстраиваемого кварцевого генератора 1. Кроме этого, в состав заявляемых квантовых стандартов частоты входит синтезатор частоты 6, а также дополнительно введенные последовательно соединенные второй преобразователь частоты 7 и делитель частоты 8, выход которого образует выход квантового стандарта частоты. Выход квантового стандарта частоты соединен с входом синтезатора частоты 6, первый выход которого соединен с вторым входом первого преобразователя частоты 3 и с первым входом второго преобразователя частоты 7, а второй выход соединен с вторым входом формирователя 5 управляющего напряжения. В первом варианте (фиг.1) второй вход второго преобразователя частоты 7 подключен к выходу (основному) первого преобразователя частоты 3, соединенному с входом квантового дискриминатора 4. Во втором варианте (фиг.2) второй вход второго преобразователя частоты 7 подключен к дополнительному выходу первого преобразователя частоты 3.

Подстраиваемый кварцевый генератор 1, умножитель частоты 2, квантовый дискриминатор 4 и формирователь 5 управляющего напряжения являются известными из прототипа элементами, выполняющими те же, что и в прототипе, функции. Первый преобразователь частоты 3 также является известным из прототипа элементом, выполняющим те же, что и в прототипе, функции, он может быть реализован в виде диодного смесителя или диодного генератора гармоник с фильтрацией одной полезной гармоники, например "суммарной", в первом варианте, и двух полезных гармоник - "суммарной" и "разностной" - во втором варианте, причем "суммарная" гармоника снимается с основного выхода первого преобразователя частоты 3, а "разностная" - с дополнительного. Синтезатор частоты 6 также является известным из прототипа элементом, выполняющим те же, что и в прототипе, функции, он выполнен в виде синтезатора частоты с собственным задающим генератором, синхронизируемым сигналом, поступающим с выхода квантового стандарта частоты. Дополнительно введенный второй преобразователь частоты 7 может быть выполнен в виде смесителя, например, квадратичного диодного смесителя, с фильтрацией "разностной" полезной гармоники в первом варианте и "суммарной" - во втором варианте. Дополнительно введенный делитель частоты 8 в обоих вариантах может быть выполнен, например, на основе промышленно изготавливаемых СВЧ делителей частоты FI4-DF-010-060, FI4-DF-050-080, FI4-DF-080-120, прескайлеров 1508ИЕ10 и цифровых делителей частоты в микросхемном исполнении с дополнительной фильтрацией основной гармоники при необходимости.

Заявляемые квантовые стандарты частоты работают следующим образом.

В обоих вариантах выходной сигнал квантового стандарта частоты с частотой, равной f_КСЧ, поступает на вход синтезатора частоты 6, обеспечивая синхронизацию его задающего генератора. Синтезатор частоты 6 формирует низкочастотный сигнал с частотой F_M, который снимается с его второго выхода. Частота F_M равна полуширине контура линии поглощения квантового дискриминатора (порядка сотни герц). Кроме этого, синтезатор частоты 6 формирует высокочастотный сигнал U_СЧ с несущей частотой f_СЧ=К_СЧ•f_КСЧ, где К_СЧ - коэффициент преобразования частоты синтезатора (дробное число), который снимается с его первого выхода. Этот высокочастотный сигнал промодулирован, например по фазе, указанным низкочастотным сигналом с частотой F_M: U_СЧ= A₁•cos[2π•f_СЧ•t+Θ(t)], где Θ(t)=Н•sin(2π•F_M•t), t - время.

Выходной сигнал подстраиваемого кварцевого генератора 1 с частотой, равной f₁, поступает на вход умножителя частоты 2 с коэффициентом умножения частоты N, который умножает частоту входного сигнала в целое число раз до частоты, равной f_УЧ=N•f₁. Причем N>К_СЧ и f_УЧ>f_СЧ>F_M.

С выхода умножителя частоты 2 сигнал U_УЧ=A₂•cos(2π•f_УЧ•t) поступает на первый вход первого преобразователя частоты 3, на второй вход которого с первого выхода синтезатора частоты 6 поступает высокочастотный модулированный сигнал U_СЧ= A₁•cos(2π•f_СЧ•t+Θ(t)] . В результате преобразования (например квадратичного) этих входных сигналов в первом преобразователе частоты 3 образуются "суммарные" и "разностные" гармоники с частотами, равными n•f_УЧ±m•f_СЧ, где n и m - целые числа. Эти гармоники промодулированы по фазе с частотой f_М. Одна из "суммарных" гармоник, несущая частота которой, равная, например, сумме частот n•f_УЧ+m•f_СЧ (при n>1, m=1), совпадает с частотой f₀ рабочего перехода квантового дискриминатора, отфильтровывается и используется в обоих вариантах в качестве сигнала, снимаемого с основного выхода первого преобразователя частоты 3, соединенного с входом квантового дискриминатора 4: U_ПЧ11=K_ПЧ1•A₁•A₂•cos[2π(n•f_УЧ+f_СЧ)•t+Θ(t)], где K_ПЧ1 - коэффициент передачи первого преобразователя частоты 3. Другая - "разностная" - гармоника, несущая частота которой равна разности частот n•f_УЧ-f_СЧ, отфильтровывается и используется во втором варианте в качестве сигнала, снимаемого с дополнительного выхода первого преобразователя частоты 3: U_ПЧ12=K_ПЧ1•A₁•A₂•cos[2π(n•f_УЧ+f_СЧ)•t+Θ(t).

В первом варианте на второй вход второго преобразователя частоты 7 поступает сигнал U_ПЧ11 с основного выхода первого преобразователя частоты 3. Во втором варианте на второй вход второго преобразователя частоты 7 поступает сигнал U_ПЧ12 с дополнительного выхода первого преобразователя частоты 3. На первый вход второго преобразователя частоты 7 в обоих вариантах поступает высокочастотный модулированный сигнал U_СЧ с первого выхода синтезатора частоты 6. Второй преобразователь частоты 7 преобразовывает, например, квадратично входные сигналы, поступающие на его первый и второй входы, и отфильтровывает полезную частотную составляющую преобразованного сигнала. В результате происходит демодуляция входных сигналов со снятием модулирующего воздействия Θ(t) и получением гармонического сигнала с частотой n•f_УЧ: U_ПЧ2=K_ПЧ1•К_ПЧ2•A₁ ²•A₂•cos(2π•n•f_УЧ•t), где K_ПЧ2 - коэффициент передачи второго преобразователя частоты. При этом, по первому варианту частоты входных сигналов (с основного выхода первого преобразователя частоты 3 и первого выхода синтезатора частоты 6) вычитаются, по второму варианту частоты входных сигналов (с дополнительного выхода первого преобразователя частоты 3 и первого выхода синтезатора частоты 6) складываются.

С выхода второго преобразователя частоты 7 сигнал U_ПЧ2 поступает на вход дополнительно введенного делителя частоты 8. В делителе частоты 8 входной сигнал U_ПЧ2, представляющий собой аналоговый гармонический сигнал, делится по частоте в целое число D раз. Выходной сигнал делителя частоты 8 является выходным сигналом квантового стандарта частоты с частотой, равной f_КСЧ= N•f₁/D, и в зависимости от требований, предъявляемых к виду входного сигнала синтезатором частоты 6, может иметь вид импульсной периодической последовательности или гармонического сигнала. При этом, гармонический сигнал формируется из импульсной периодической последовательности путем дополнительной фильтрации ее основной гармоники.

С основного выхода первого преобразователя частоты 3 сигнал U_ПЧ11 подается на вход квантового дискриминатора 4, на выходе которого в результате взаимодействия с рабочим веществом появляется сигнал ошибки, содержащий гармоники, кратные частоте F_M низкочастотной модуляции первого преобразователя частоты 3. Этот сигнал поступает на первый вход формирователя 5 управляющего напряжения. В формирователе 5 управляющего напряжения первая гармоника сигнала ошибки выделяется (фильтруется), усиливается, синхронно детектируется относительно фазы опорного сигнала, поступающего с второго выхода синтезатора частоты 6, после чего посредством низкочастотной фильтрации (с помощью фильтра нижних частот или интегратора) из нее выделяется постоянная составляющая. Полярность полученного таким образом управляющего напряжения содержит информацию о знаке рассогласования частоты несущей выходного сигнала первого преобразователя частоты 3 относительно частоты f₀ рабочего перехода квантового дискриминатора 4, а значение напряжения - информацию о величине рассогласования. Управляющее напряжение поступает на управляющий вход подстраиваемого кварцевого генератора 1, изменяя его частоту так, чтобы частота n•f_УЧ+f_СЧ несущей сигнала, снимаемого с первого выхода первого преобразователя частоты 3, равнялась частоте f₀ рабочего перехода квантового дискриминатора 4. При возмущении частоты, а также фазы и амплитуды выходного сигнала подстраиваемого кварцевого генератора 1, это возмущение нелинейным образом преобразуется умножителем частоты 2, первым преобразователем частоты 3 и квантовым дискриминатором 4 с образованием на выходе квантового дискриминатора 4 сигнала ошибки, который после прохождения через формирователь 5 управляющего напряжения перестраивает частоту подстраиваемого кварцевого генератора 1 до исчезновения сигнала ошибки на выходе квантового дискриминатора 4.

Таким образом, за счет кольца АПЧ нестабильность частоты подстраиваемого кварцевого генератора 1 определяется нестабильностью частоты f₀ рабочего перехода квантового дискриминатора 4. При этом, как уже отмечалось выше, работа кольца АПЧ улучшает "долговременную" нестабильность частоты, компенсируя прежде всего уход частоты кварцевого генератора 1, вызванный его старением, а нестабильность частоты за "средние" и "длительные" интервалы времени измерения (более 1 сек), обусловленная, в частности, шумами элементов, в полной мере кольцом АПЧ не устраняется.

Аналитическая оценка шумового вклада элементов кольца АПЧ в нестабильность частоты показала, что наименьшей нестабильностью частоты в относительных единицах обладает сигнал, который непосредственно сравнивается с частотой f₀ рабочего перехода квантового дискриминатора 4, т.е. несущая сигнала, снимаемого с основного выхода первого преобразователя частоты 3 с частотой, равной n•f_УЧ+f_СЧ. Несколько большее значение нестабильности частоты имеет общая несущая выходных сигналов первого преобразователя частоты 3 с частотой, равной n•f_УЧ, далее выходной сигнал умножителя частоты 2, а наибольшее значение нестабильности частоты имеет сигнал подстраиваемого кварцевого генератора 1.

Обнаруженную неравномерность распределения нестабильности частоты в кольце АПЧ можно объяснить следующим. Любое возмущение частоты подстраиваемого кварцевого генератора 1 можно охарактеризовать спектральной плотностью шумового возмущения. При прохождении сигнала по кольцу АПЧ от подстраиваемого кварцевого генератора 1 до квантового дискриминатора 4 осуществляется нелинейное преобразование шумового возмущения с искажением спектральной плотности возмущения. В силу этих искажений отработка кольцом АПЧ исходного возмущения частоты на выходе подстраиваемого кварцевого генератора 1 по искаженной спектральной плотности возмущения на основном выходе первого преобразователя частоты 3 (на входе квантового дискриминатора 4) уже не может быть полноценной для кварцевого генератора 1, т.к. кольцо АПЧ отрабатывает возмущения во входном сигнале квантового дискриминатора 4 (в выходном сигнале первого преобразователя частоты 3 по основному выходу), которые не связаны линейно с возмущениями на выходе кварцевого генератора 1.

Основные изменения спектральной плотности возмущения подстраиваемого кварцевого генератора 1 происходят при высокократном умножении частоты выходного сигнала кварцевого генератора 1 в умножителе частоты 2, т.е. в элементе кольца АПЧ, имеющем наибольшую степень нелинейности и кратности преобразования частоты. Умножитель частоты 2 увеличивает фазовые флуктуации в N раз (при N>>n), a амплитудные в М раз, где М - степень нелинейности умножителя частоты [5]. При этом, спектральные плотности фазовых и амплитудных флуктуаций увеличиваются, соответственно, в N² и М² раз. Причем, с ростом коэффициента умножения частоты N спектр исходного возмущения расширяется, т.е. происходит дополнительное искажение спектральной плотности [5]. Кроме того, наличие корреляции между фазовыми (частотными) и амплитудными флуктуациями (например, вследствие изменения температуры подстраиваемого кварцевого генератора 1) также приводит к искажению спектра, выражающемуся в асимметрии распределения спектральной плотности шума (возмущения) [6]. Аналогичные изменения спектральной плотности происходят в первом преобразователе частоты при n>1, т.е. когда первый преобразователь частоты 3 является генератором гармоник.

Помимо указанного, на искажение спектральной плотности оказывают влияние собственные шумы умножителя частоты 2 и первого преобразователя частоты 3. Наличие данных шумов особенно в низкочастотной части спектра, прежде всего за счет изменения температуры окружающей среды, обуславливает увеличение спектральной плотности шумов на выходах умножителя частоты 2 и первого преобразователя частоты 3 по сравнению со спектральной плотностью исходного шума подстраиваемого кварцевого генератора 1.

Основываясь на обнаруженных свойствах флуктуационных процессов, протекающих в кольце АПЧ квантового стандарта частоты, в заявляемых квантовых стандартах частоты применено новое построение выходной части, а именно, для формирования выходного сигнала квантовых стандартов частоты использованы дополнительно введенные последовательно соединенные второй преобразователь частоты 7 и делитель частоты 8, позволяющие сформировать выходной сигнал квантовых стандартов частоты из сигнала с частотой n•f_УЧ общей несущей выходных сигналов первого преобразователя частоты 3, нестабильность частоты которого меньше нестабильности частоты выходного сигнала подстраиваемого кварцевого генератора 1. В результате, выходной сигнал заявляемых квантовых стандартов частоты характеризуется меньшей нестабильностью частоты, по сравнению с сигналом, снимаемым традиционным образом непосредственно с выхода подстраиваемого кварцевого генератора.

Таким образом, вышеизложенное показывает, что заявляемая группа изобретений технически осуществима, промышленно реализуема и решает поставленную задачу по формированию выходного сигнала, характеризующегося меньшей "шумовой" нестабильностью частоты, а следовательно меньшей нестабильностью частоты за интервалы времени измерения, большие 1 сек, по сравнению с прототипом.

Источники информации 1. А. И. Пихтелев, А.А. Ульянов, Б.П. Фатеев и др. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов. М., Сов. радио, 1978.

2. GB 1384809, "Atomic frequency standard", МКИ² Н 03 В 3/12, G 01 N 21/24, H 10 L 7/06, опубл. 19.02.1975.

3. RU 2034380, "Квантовый стандарт частоты", МКИ⁶ H 01 S 1/06, опубл. 30.04.1995.

4. F. Emma, G. Busca, P. Rochat. Atomic Clocks for Space Applications //ION GRS-99 Proceedings, 1999, pp. 2285-2293 (прототип).

5. С. А. Ахманов, Ю.Е. Дьяков, А.С. Чиркин. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М., Наука, 1981, с. 347-357.

6. F.L. Walls. Correlation Between Upper and Lower Sidebands //IEEE Trans. Ultr. Ferroel. and Freq. Control, v. 47, 2, 2000, pp. 407-410.

Формула изобретения

1. Квантовый стандарт частоты, содержащий последовательно соединенные в замкнутое кольцо автоматической подстройки частоты подстраиваемый кварцевый генератор, умножитель частоты, первый преобразователь частоты, квантовый дискриминатор и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к управляющему входу подстраиваемого кварцевого генератора, а также синтезатор частоты, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с вторым входом первого преобразователя частоты и вторым входом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с выходом квантового стандарта частоты, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные второй преобразователь частоты и делитель частоты, первый вход второго преобразователя частоты подключен к первому выходу синтезатора частоты, второй вход второго преобразователя частоты подключен к выходу первого преобразователя частоты, при этом выход делителя частоты образует выход квантового стандарта частоты.

2. Квантовый стандарт частоты, содержащий последовательно соединенные в замкнутое кольцо автоматической подстройки частоты подстраиваемый кварцевый генератор, умножитель частоты, первый преобразователь частоты, квантовый дискриминатор и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к управляющему входу подстраиваемого кварцевого генератора, а также синтезатор частоты, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с вторым входом первого преобразователя частоты и вторым входом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с выходом квантового стандарта частоты, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные второй преобразователь частоты и делитель частоты, первый вход второго преобразователя частоты подключен к первому выходу синтезатора частоты, второй вход второго преобразователя частоты подключен к дополнительному выходу первого преобразователя частоты, при этом выход делителя частоты образует выход квантового стандарта частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2