Квантовый стандарт частоты Советский патент 1993 года по МПК H03L7/26 

ел

с

Использование: квантовая электроника, квантовые стандарты частоты пассивного типа. Сущность изобретения: квантовый стандарт частоты содержит управляемый кварцевый генератор 1, фазосдвигающую цепочку 2, фазовый модулятор 3, умножитель частоты 4, избирательный усилитель 5, синхронный детектор 6, интегрирующую цепь 7, низкочастотный генератор 8 и квантовый дискриминатор 9. Включение в цепь автоподстройки фазосдвигающей цепочки с определенным температурным коэффициентом фазы приводит к уменьшению нестабильности выходной частоты. 2 ил.

со

О

со о VI

00

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

Целью изобретения является уменьшение нестабильности выходной частоты.

На фиг. 1 представлена структурная схема КСЧ; на фиг. 2 - пример фазосдвига- ющей цепочки.

КСЧ (фиг. 1) содержит последовательно соединенные в кольцо автоматической подстройки частоты управляемый кварцевый генератор 1, фазосдвигающую цепочку 2, фазовый модулятор 3, умножитель частоты 4, избирательный усилитель 5, синхронный детектор 6 и интегрирующую цепь 7, а также низкочастотный генератор 8 и квантовый дискриминатор 9.

В основе работы КСЧ лежит сравнение частоты управляемого кварцевого генератора 1 с высокостабильной резонансной частотой атомного перехода квантового дискриминатора 9 с помощью кольца АПЧ.

Для работы кольца АПЧ от низкочастотного генератора 8 вводится фазовая модуляция, а в синхронный детектор б по другому входу подается опорный сигнал для фильтрации и синхронного детектирования сигнала ошибки на выходе квантового дискриминатора 9.

В случае расстройки несущей умноженной частоты управляемого кварцевого генератора 1 относительно резонансной частоты атомного перехода квантового дискриминатора 9 на выходе последнего образуется сигнал ошибки с частотой, равной частоте модуляции. Сигнал ошибки выделяется избирательным усилителем 5, преобразуется синхронным детектором 6 в постоянное напряжение положительной или отрицательной полярности в зависимости от знака расстройки и фильтруется интегрирующей цепью 7. Постоянное выходное напряжение поступает на управляемый кварцевый генератор 1, компенсируя расстройку частоты этого генератора относительно резонансной частоты атомного перехода квантового дискриминатора 9.

Фазосдвигающая цепочка 2, включенная между управляемым кварцевым генератором 1 и фазовым модулятором 3, имеет температурный коэффициент фазы (Тф.ц.), противоположный по знаку температурному коэффициенту фазы (Ту.ч.) фазового модулятора 4 умножителя частоты, а абсолютную величину примерно в N раз меньше, где N - коэффициент преобразования частоты в умножителе частоты 4 и фазовом модуляторе 3. Благодаря такому включению температурный коэффициент фазы выходного сигнала

умножителя частоты 4 уменьшается. При этом ослабляется преобразование флуктуации температуры окружающей среды во флуктуации частоты несущей выходного сигнала умножителя частоты 4, что приводит к уменьшению зоны нечувствительности кольца АПЧ, а следовательно, к уменьшению нестабильности частоты выходного сигнала всего КСЧ, так как дисперсия частоты

выходного сигнала в первом приближении пропорциональна дисперсии флуктуации температуры окружающей среды и температурному коэффициенту фазы цепи преобра- зования сигнала от управляемого

кварцевого генератора 1 до квантового дискриминатора 9.

Абсолютная величина температурного коэффициента фазы фазосдвигающей цепочки 2 удовлетворяет соотношению

ITy.H.I

0,5

1Тф.ц.| N

1,5,

описывающему область возможных значении, при которых достигается положительный эффект. Сверху и снизу абсолютная величина Тф.ц. ограничена 50%-ным изменением относительно оптимального значения, равного Ту.ч./N. При граничных

значениях Тф.ц. общий температурный коэффициент фазы цепи преобразования уменьшается в 2 раза по сравнению с известным устройством, что соответствует дисперсии частоты выходного сигнала КСЧ в 2 раза и

уменьшению нестабильности частоты выходного сигнала КСЧ примерно в 1,4 раза.

Фазосдвигающая цепочка 2 последовательно включена в кольцо АПЧ. Ее длительность задержки должна быть минимальной,

не более трети постоянной времени кольца АПЧ для обеспечения устойчивости кольца, ограничения инерционности обработки возмущений частоты управляемого кварцевого генератора 1,

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 в 2 и более раза выходного сигнала умножителя частоты 3 и,следовательно, уменьшается нестабильность частоты всего КСЧ

в 1,4 и более раза по сравнению с известным КСЧ.

Кроме того, КСЧ будет иметь уменьшенное значение нестабильности частоты выходного сигнала при изменении как

дисперсии температуры, так и среднего значения температуры окружающей среды. Это приводит к расширению диапазона рабочих Температур КСЧ, эксплуатационных воз- «Иожностей и уменьшению температурного коэффициента частоты.

Формула изобретения

Квантовый стандарт частоты, содержащий последовательно соединенные в кольцо автоматической подстройки частоты «фазовый модулятор, умножитель частоты, Квантовый дискриминатор, избирательный усилитель, синхронный детектор, интегрирующую цепь и управляемый кварцевый ге- йератор, а также низкочастотный фнератор, выход которого подключен к дру- rfiM входам фазового модулятора и синхрон- детектора, отличающийся тем, чУо, с целью уменьшения нестабильности выходной частоты, в него введена фазосдвигающая цепочка с термозависимым фазовым сдвигом, противоположным по знаку термозависимому сдвигу фазы в фазовом модуляторе и умножителе частоты, величина которого выбрана из соотношения

0,5

|ТкФПч1 1Ткфц1 -N

1,5,

где Ткфпч и N - температурный коэффициент фазы и коэффициент преобразования частоты в фазовом модуляторе и умножителе частоты;

ТкФц - температурный коэффициент

фазы фазосдвигающей цепочки,

а постоянная времени фазосдвигающей цепи выбрана меньшей трети постоянной времени кольца автоматической подстройки частоты, при этом управляемый кварцевый

генератор подключен к фазовому модулятору через фазосдвигающую цепочку.

Фиг.1