ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТЕЙ ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫХ БЛИЗКИХ ПО ЗНАЧЕНИЮ ЧАСТОТ Советский патент 1967 года по МПК G01R23/02 

Предложенный прибор относится к области квантово-механических измерений и может быть использован в устройствах, работающих в системе службы времени страны, а также в радиотехнической измерительной аппаратуре.

Точность современных методов сравнения двух частот ограничена периодической паразитной фазовой и амплитудной модуляцией ВЧ-сигнала в умножителях частоты. Кроме того, существующие приборы измерения разности частот нозволяют одновременно измерять одну разность, т. е. сравнивать не более двух частот.

В случае необходимости одновременного сравнения более чем двух частот (Л частот и

), необходимо применять

наковых комплектов аппаратуры.

Предложенное устройство, использующее свойства нейтрального атома, например цезия, позволяет производить точные измерения прецизионных частот за короткие промежутки времени и одновременно сравнивать номинальные значения частоты Л высокостабильных прецизионных кварцевых и квантово-механических генераторов.

сочетаний из Л элементов

рых равно числу N :()

по 2, т. е. Ctf

2 (Л - 2) 2

Блок схема, приведенная на чертеже, поясняет принцип действия устройства.

Основным элементом блок-схемы является радиоснектроскоп 1 на пучке нейтральных атомов или молекул с раздельными резонаторами 2,1, 2-2,..- N (например, атомно-лучевая

трубка АЛТ), который служит дискриминатором умноженной разности фаз сравниваемых сигналов частотой /,-. Сигналы сравниваемых генераторов заводятся на входы умножителей частоты 5,1, 2, . . . .5AS где частоты умножаются до значения, близкого к частоте атомного перехода. Для получения резонансной частоты атомного перехода к умноженным частотам подмешивается в смесителях а, 4ч, - .. 4N- необходимая добавка от специального автогенератора 5. Результирующие частоты подаются на резонаторы Дх, 2-2,... 2f. Ввиду того что в радиоспектроскопе имеем N раздельных осциллирующих полей, форма спектральной линии будет зависеть от разности

фаз bij между возбуждающими осциллирующими полями и на выходе 6 радиоспектроскопа выходной сигнал будет содержать слагаемые, зависящие от б,-у. Разность фаз б/у включает в себя в каче. ражающий набег по фазе между /-ым и /-ыы осциллирующими полями, и А;у f -это умноженная разность частот, f; и /у т. е. ijF n(li-/у), где га - коэффициент умножения умножителей частоты 5,1, Sz .. 5уу. При низкочастотной фазовой модуляции высокочастотного сиг{1ала частотой а/ от - -7Т специальных модуляторов 7,1, /а, ... /л сигнал на выходе радиоспектроскона в качестве слагаемых содержит сигналы частоты (ai± a.j), амплитуда которых промодулирована синусоидой частоты ijF. Эти сигналы отделяются друг от друга узкополосными усили«Л1( всего dv - -- телями 5;1, усилителей). Паразитная периодическая фазовая и амплитудная модуляция ВЧ-сигнала вносит постоянный сдвиг по фазе, который эквивалентен временному сдвигу начала отсчета. Периодические члены паразитной фазово-амплитудной модуляции убираются резонансными усилителями S.i, 2, . .. ,. С выхода усилителей сигналы подаются на фазовые детекторы 5,1, 9g, .. . 9 jY{jv-i) которые также подается опорное напряженке от специального блока 10, создающего сетку опорных частот из частот модуляторов. С выхода фазовых детекторов сигналы подаются на вычислительные устройства //i, llz, П yy,) , позволяющие производить подсчет (AijF), т.е. абсолютного значения умноженной понарной разности сравниваемых частот. Зная коэффициент умножения п, по формуле ti(ff-//) легко определить и (fi-fj Если сравниваемые частоты /; и fy точно равны друг другу, то с выхода фазовых детекторов MI, Уг, 9 дr(v-) будет сниматься сигнал ностоянной величины. Если /; f fy, то выходной сигнал фазовых детекторов будет изменяться по закону синуса с частотой ijF n(fi-/у). При этом относительная разность Sij частот сравниваемых сигналов равна Sij--- -- где f - номинальное значение сравниваемых частот, При низкочастотной фазовой модуляции напряжения на выходе спектроскопа также содержатся и сигналы, которые будут выделены резонансными усилителями /2j, }2ч, . . . И продетектированы фазовыми детекторами /5i, ,... 13 7V(v-i) . Они представляют собой синусоиды частоты AijF, сдвинутые на по отношению к снгналам на выходе фазовых детекторов Ра, 2, ... .9 д, д, . Эти сигналы подаются на 2 отклоняющие электроды электроннолучевой трубки (ЭЛТ) /4, 14-2,... (/v-i)Сигнал с выходов детекторов /5i, 13-г,. .. 13 дл(у-1) подается на электроды вертикального отклонения, а с выходов детекторов 9i, 9-2, ... 9 д() - на электроды гори-2зоитального отклонения. По направлению движения луча на экране ЭЛТ можно судить о том, какая из двух сравниваемых частот выше, какая ниже, а по скорости движения - о разнице между ними. Эта задача решается автоматически при помощи счетных устройств /5,1, 15,. . . подключенных к выходам фазоN (.V-l) 2 вых детекторов 9, 9z,. . . 9 ,у( 2 13.,, ...13 Предмет изобретения Измеритель разностей высокостабильных, близких по значению частот, содержащий Л параллельных каналов, состоящих из последовательно соединенных умножителей, смесителей с автогенератором, узкополосных усилителей, фазовых детекторов и регистрирующих устройств, а также содержащий Л модуляторов сигналов, соединенных через блок сетки опорных частот со вторыми входами фазовых детекторов, отличающийся тем, что, с целью обеснечения одновременного попарного сравнения частот повышения точности измерения и сокращения состава измерительной аппаратуры, между выходами смесителей и входами узкополосных усилителей включен радиоспектроскоп на пучках нейтральных атомов или молекул с N раздельными резонаторами, используемый в качестве дискриминатора умноженной разности фаз между исследуемыми сигналами.

Ж d-.

P-i Ц .

.1

.. f- V.,

Г||

( -

iiS

-J-U- I I пи 111

2,

13,

ц

H -

7ff

rizrtS,

I

) 3. -....1ГТ

1 2

///И

HIT

.,;,

/5Л

hJ