Квантовый стандарт частоты и времени Советский патент 1982 года по МПК G04C3/00 

(54) КВАНТОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к квантовым стандартам nacTotbi и времени и может быть использовано в службе времени. Известные квантовые стандарты час-тоты представляют собой устройства, в которых низкочастотный генератор стабилизируется по частоте за счет системы синхронизации, использующей в качестве опорного генератора - квантовый генератор l . Недостатком устройств такого рода 51вляется сравнительно большой шаг смены шкал времени. Наиболее близким к предлагаемому является квантовый стандарт частоты вр мени, содержащий квантовый генератор делитель частоты, синтезатор частоты и кольцо фазовой автоматической подстройки частоты, включающее смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, кварцевый генератор и умножитель частоты, причем выход квантового генератора подключен к второму входу смесителя, вход делителя соединен с пер И ВРЕМЕНИ вым выходом кварцевого генератора, вход синтезатора соединен с вторым выходом кварцевого генератора, а выход синтезатора соединен с вторым входом фазового детектора 2 . Недостатком этого устройства является большая величина шага задержки. Цель изобретения - уменьшение шага дискретного смещения выходных секундных импульсов. Поставленная цель достигается тем, что в квантовый стандарт частоты и времени введены последовательно соединенные второй делитель частоты и формирователь интервалов времени коррекции, причем выход формирователя интервалов времени коррекции соединен с управля1ощим входом синтезатора, а вход второго делителя соединен с третьим выходом кварцевого генератора. На фиг. -1 приведена схема квантового стандарта частоты и времени; на фиг.2функциональная схема одной из всхзможиых реализаций формирователя интервалов времени коррекции. Квантовый стандарт частоты и времени содержит усилитель 1 промежуточной частоты, смеситель 2, квантовый гене- pa тор 3, фазовый детектор 4, умножитель 5 частоты, управляемый синтезатор 6 частоты, кварцевый генератор 7, делитель 8 частоты, формирователь 9 интервалов времени коррекции, делитель 10 частоты. Формирователь интервалов времени коррекции содержит делитель с переменным коэ({фициентом 11 деления, кодовый переключатель 12, вентили 13 - 15, трит геры 16 и 17, кнопки 18. Усилитель 1 промежуточной частоты и последовательно включенные фазовый детектор 4, кварцевый генератор 7, умно житель 5 частоты, смеситель 2, включенный на вход усилителя 1 промежуточной частоты, образуют кольцо фазовой автоматической настройки частоты, ФАПЧ опорным генератором которого служит квантовый генератор 3, включенный на второй вход смесителя 2. Делитель частоты 8 понижает частоту кварцевого генератора 7, к которому он подключен до частоты 1 Гц, К другому выходу кварцев го генератора 7 подключен управляемый синтезатор 6 частоты, выходом включенный на второй вход фазового детектора 4 Квантовый стандарт .частоты и времени работает следующим образом. Сигнал квантового генератй ра 3 поступает на смеситель 2, куда подается также сигнал с умножителя частоты 5, полученный от кварцевого генератора 7. Сигнал промежуточной частоты после усиления в усилителе 1 поступает на один вход фазового детектора 4, на второй вход которого подается опорный сигнал от синтезатора б частоты. Сигнал ошибки с фазового детектора 4 подстраивает кварцевый генератор 7. Делитель 8 частоты формирует из сигнала кварцевог генератора последовательность секундных импульсов. Одновременно сигнал кварцевого генератора поступает на второй делитель 10 частоты, откуда сигнал низкой частоты поступает на формирователь 9 интервалов времени коррекции, который формирует интервалы времени, в течение которого на управляющий вход синтезатора 6 частоты поступает сигнал, изменяющий его частоту. При изменегши частоты синтезатора на величину Л . происходящем в течение времени Л-Ь , секундный импульс с выхода делителя 8 получает смещение на величину -(. , где ( г LB относительное смещение частоты кварцевого генера тора. Смещение частоты кварцевого генератора связано со смещением частоты синтезатора соотношением д А ic кв - коэффициент умножения умножителя частоты 5, Il/r ti/eHs где - частота квантового генератора, и величина сдвига с учетом (2) равна Например, для водородного стандарта частоты и времени Jxr 1,41О°Гц, ,28Гц, смещение секундного импульса на 1 НС- получается за время At 5 с. Уменьщая интервал коррекции At; можно получить сколь угодно }алый шаг перестройки, а увеличивая его, можно получить величины сдвигов до t 100 не. Для получения больших величин сдвигов целесообразно использовать регулируемую задержку в делителе 8 по известному способу. Для упрощения второго делителя частоты 10 входной сигнал для него можно снимать с промежуточного выхода первого делителя частоты 8 или с промежуточного выхода делителя частоты, являющегося составной частью синтезатора 6. На фиг. 1 возможные точки подключения входа второго делителя частоты 10 показаны пунктиром. Формирователь интервалов работает следующим образом. При нажатии одной из кнопок 18 Пуск + или Пуск - происходит установка триггера 17 в положение, соответствующее знаку коррекции (логическая единица на выходе Q соответствует коррекции фазы в направлении опережения), и подготовка команд перестройки на вентилях 14 и 15. Одновременно с этим происходит установка триггера 16 в состояние О положительным фронтом, поступающим с выхода вентиля 13, осуществ59ляюшего для команд Пуск логическую функцию ИЛИ. Разрешающий сигнал, поступающий с инверсного выхода триггера 16, происходит два действия: дает старт делителю с переменным коэффициентом деления и одновременно разрешает одну из выходных команд коррекции + или коррекция -, управляющих частотой перестраиваемого синтезатора. Величина коэффициента деления делителя 11, от ко торого зависит интервал времени, в те- чение которого подается команда коррекции частоты, устанавливается Вгсоответ- ствии с.командами, поступающими с кодового переключателя 12 (или с внешнег программирующего ус тройства. После сжончания цикла счета в делитель он выдает сигнал Стоп на триггер 16, тот возвращается в исходное состояние и снимает команду коррекции. Использование квантового стандарта позволяет повысить точность регулирования шкалы времени.

Формула ,изобретения

Квантовый стандарт частоты и времени, содержащий квантовый генератор, делитель частоты, синтезатор частоты и

основе квантовых генераторов и дискреми- наторов. Под ред. Б. П. Фатеева. М., Советсткве радио , 1978, с. 247.

2. Там же, с. 151, рис. 6.1 (прототип) . 36 кольцо фазовой автоматической подстройки частоты, включающее смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, кварцевый генератор и умножитель частоты, причем выход квантового генератора подключен к второму входу смесителя, вход делителя соединен с первым выходом кварцевого генератора, вход синтезатора соединен с вторым выходом кварцевого генератора, а выход синтезатора соединен с вторым входом фазового детектора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения шага дискретно- го смещения выходных секундных импуль сов, в него введены последовательно соединенные второй делитель частоты и формирователь интервалов времени коррекции, причем выход формирователя интервалов времени коррекции соединен с управпяющим входом синтезатора, а вход второго делителя соединен с третьим выходом кварцевого генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Стандарты частоты и времени на

Выход 1Гц

О

%