Квантовый стандарт частоты Советский патент 1992 года по МПК H03L7/26 

ф 06/Х.

Фиг. 1

00 00

ю

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

Известен рубидиевый КСЧ септической 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, содержащий 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 нестабильность 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 аатоподстройки 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 фазосдвигающая цепочка с термозависимым фазовым сдвигом, противоположным по знаку термозависимому сдвигу фазы в умножителе частоты , величина которого выбрана из соотношения

IT

УН

Тфи

N

1,5.

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

0 тем самым ослабляет влияние температуры окружающей среды на нестабильность частоты выходного сигнала всего КСЧ.

Соотношение абсолютных значений температурных коэффициентов фазы, опре5 деленное в виде неравенства, описывает область значений коэффициентов, при которых достигается положительный эффект.

Соотношение постоянных времени опи0 сывает область возможных значений при которых обеспечивается устойчивая работа кольца фазовой автоподстройки с фазосд- вмгающей цепочкой.

На фиг. 1 представлена структурная схе-.

5 ма КСЧ; на фиг. 2 представлен пример фазосдвигающей цепочки.

КСЧ содержит последовательно соединенные в кольцо фазовой автоподстройки управляемый кварцевый генератор 1, фа0 зосдвигающую цепочку 2, умножитель частоты 3, смеситель 4, к другому входу которого подключен эталонный генератор 5, усилитель промежуточной частоты б, фазовый детектор 7 и интегрирующую цепочку 8,

5 а также синтезатор частоты 9, включенный между выходом управляемого кварцевого генератора 1 и другим входом фазового детектора 7.

КСЧ работает следующим образом. Сиг0 нал 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

5 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

0 детектора 7. На другой вход фазового детектора подается опорный сигнал от синтезато- ра частоты 9. Фазовый детектор 7 вырабатывает выходной сигнал пропорциональный разности фаз входных сигналов.

5 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.

Фазосдвигающая цепочка 2 имеет температурный коэффициент фазы Тфц противоположный по знаку температурному коэффициенту фазы умножителя частоты Туч, а абсолютную величину примерно в N раз меньше, где N - коэффициент преобразования (умножения) частоты умножителя частоты 3. Благодаря такому включению температурный коэффициент фазы выходного сигнала умножителя частоты 3 умень- шается. При этом ослабляется преобразование флуктуации температуры окружающей среды во флуктуации фазы и частоты выходного сигнала умножителя частоты, что приводит к уменьшению дисперсии частоты (фазы) на выходе смесителя 4 и усилителя промежуточной частоты 6, а также дисперсии амплитуды сигналов на выходе фазового детектора 7 и интегрирующей цепочки 8, что в конечном итоге уменьшает дисперсию и нестабильность частоты управляемого кварцевого генератора 1, т е всего КСЧ. Таким образом ослабляется прямо пропорци- ональная зависимость дисперсии (нестабильности) частоты выходного сигна- ла от дисперсии температуры окружающей среды и общего температурного коэффициента фазы цепи преобразования от выхода управляемого кварцевого генератора 1 до смесителя 4.

Абсолютная величина температурного коэффициента фазы фазосдвигающей цепочки 2 удовлетворяет соотношению, описываемому область возможных значений, при которых достигается положительный эффект. Сверху и снизу абсолютная величина |ТфЦ| ограничена пятидесятипроцентным изменением относительно оптимального значения равного |ТуЧ| /N

0,5

Тфи

N

1,5.

На фиг. 2 приведен пример фазосдвигающей цепочки с терморезистором R2 в качестве датчика температуры.

Таким образом, в КСЧ при нормальной температуре, характеризуемой значением температуры и дисперсией ее изменения, уменьшается дисперсия изменения частоты (фазы) в два и более раз выходного сигнала умножителя частоты 3 и. следовательно, уменьшается нестабильность частоты всего КСЧ в 1,4 и более раз по сравнению с известным КСЧС прототипом.

Кроме того. КСЧ будет иметь уменьшенные значения нестабильности частоты выходного сигнала как при изменении дисперсии температуры, так и среднего значения температуры окружающей среды. Это приводит к расширению диапазона рабочих температур КСЧ, эксплуатационных возможностей и уменьшению температурного коэффициента частоты.

Формула изобретения

Квантовый стандарт частоты, содержащий последовательно соединенные в кольцо фазовой автоматической подстройки частоты умножитель частоты, смеситель, k другому входу которого подключен эталонный генератор, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, интегрирующую цепь и управляемый кварцевый генера- тор, а также синтезатор частоты, включенный между выходом управляемого кварцевого генератора и другим входом фазового детектора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нестабильности выходной частоты, в него введена Фазосдвигающая цепочка с термозависимым фазовым сдвигом, противоположным по знаку термозависимому сдвигу фазы в умножителе частоты, величина которого выбрана из соотношения

Использование: квантовая электроника, высокоточные квантовые стандарты частоты активного типа. Сущность изобретения: квантовый стандарт частоты содержит управляемый кварцевый генератор 1, фазосд- вигающую 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.

При граничных значениях |ТфЦ| общий температурный коэффициент фазы умень- шается 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 последова- тельно 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.

1уч

Тфи

N

1,5,

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

txrf

фиг. 2