СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ ВОДОРОДНЫЙ

Полезная модель- относится к квантовым водородным стандартам частоты и времени пассивного типа, которые могут быть использованы для работы в качестве генератора высокостабильных, высокоточных, спектрально чистых сигналов. Стандарты частоты и времени могут применяться в национальных службах времени и частоты, наземных пунктах слежения и управления спутниковых радионавигационных систем.
Принцип действия таких приборов основан на автоподстройке частоты кварцевого генератора 5 МГц по частоте линии излучения атомов водорода (Кварцевые и квантовые меры частоты 1989г., Мин.обороны СССР, под ред. Макаренко Б.И., с.273, рис. 5.14 в). Квантовое устройство такого стандарта излучает только под действием внешнего сигнала, сформированного из сигнала кварцевого генератора и используется для автоподстройки в качестве частотного дискриминатора.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения принята схема водородного квантового стандарта частоты
и времени типа 41-76 (каталог Нижегородского НИПИ Кварц за 1999г., с.
35). Структурная схема данного стандарта частоты представлена в приложении.
МПК: G04G3/00
. .
Недостатком схем построения вышеуказанных стандартов является сложная настройка (регулировка) прибора, отсутствие диагностики прибора с анализом неисправностей, снижающие его надежность.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является улучшение стабильности частоты стандарта, упрощение его регулировки, расширение его сервисных функций в части диагностики работы прибора и повышение его надежности.
Сущность технического решения заключается в том, что в состав структурной схемы водородного стандарта частоты и времени, содержащего
последовательно соединенные квантовый дискриминатор, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты и амплитудный детектор, гетеродин, включенный ко второму входу преобразователя частоты, последовательно соединенные кварцевый генератор, блок буферных усилителей, умножитель частоты и смеситель, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого синтезатора частот, а выход подключен ко входу квантового дискриминатора, введен процессор автоматической подстройки частоты, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а первый, второй и третий выходы подключены соответственно ко входу модуляции перестраиваемого синтезатора частот, ко входу управления частотой резонатора квантового дискриминатора и входу управления частотой кварцевого генератора.
Предлагаемое техническое решение поясняется рисунком, на котором представлена структурная схема устройства.
Устройство включает последовательно соединенные квантовый дискриминатор (КД) 1, преобразователь частоты (ПЧ) 2, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 3 и амплитудный детектор (АД) 4, гетеродин 5, включенный ко второму входу ПЧ 2, последовательно соединенные кварцевый генератор (КГ) 6, блок буферных усилителей (ББУ) 7, умножитель частоты (УЧ) 8 и смеситель 9, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого синтезатора частот (СЧ) 10, а выход подключен
ко входу КД 1, процессор автоматической подстройки частоты (АПЧ) 11, вход которого соединен с выходом АД 4, а первый, второй и третий выходы процессора АПЧ 11 подключены соответственно ко входу модуляции перестраиваемого СЧ 10, ко входу управления частотой резонатора КД 1 и входу управления частотой КГ 6.
Устройство работает следующим образом.
В основе принципа действия стандарта лежит автоподстройка частоты кварцевого генератора 6 к частоте линии излучения атомов водорода дискриминатора 1. При этом влияние медленных флуктуации частоты резонатора дискриминатора 1 на линию излучения устраняется путем подстройки частоты резонатора к частоте кварцевого. Так как в дискриминаторе 1 уровень мощности, излучаемой атомами водорода, меньше суммарной мощности потерь, для индикации спектральной линии и
ДЛЯ подстройки частоты в резонатор дискриминатора 1 вводится частотномодулированный сигнал возбуждения, формируемый путем модуляции сигнала частотой 20,405 7МГц, вырабатываемым перестраиваемым синтезатором 10. Окончательно сигнал возбуждения с частотой 1420,405 МГц выделяется непосредственно в резонаторе дискриминатора 1 при взаимодействии 14-й гармоники сигнала 100 МГц и сигнала 20,4057 МГц синтезатора 10.
При взаимодействии с атомной линией и резонатором дискриминатора 1 частотно-модулированный сигнал преобразуется в амплитудномодулированный. Амплитуда и фаза огибающей этого сигнала несет информацию об отклонении частоты кварцевого генератора 6 от частоты линии излучения атомов водорода. Для настройки частоты резонатора на вершину спектральной линии частота резонатора модулируется сигналом, которые формируются процессором АПЧ 11, управляющим работой прибора. С выхода дискриминатора 1 амплитудно-модулированный сигнал вновь поступает в блоки АПЧ, где происходит его преобразование 2, усиление 3 и детектирование 4. После АД 4 сигнал рассогласования поступает на процессор АПЧ 11, где происходит аналого-цифровое преобразование и цифровая обработка сигналов (фильтрация, синхронное детектирование и интегрирование). Этот же процессор АПЧ 11 вырабатывает сигналы управления частотой кварцевого генератора 6 и СВЧрезонатора дискриминатора 1, и осуществляет автоматическое слежение (автоподстройку) их частот по частоте спектральной линии атомов водорода.
Синтезатор частот 10 выполнен на микросхеме типа АД9852, процессор 11 автоматической подстройки частоты выполнен на процессоре типа TMS320VC5402.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении устройства водородного стандарта частоты модулируется не сигнал кварцевого генератора (как в прототипе), а сигнал перестраиваемого синтезатора частот, при этом аналоговая модуляция (как в прототипе) заменяется на цифровую
введением управляющего процессора автоматической подстройки частоты, что позволяет:
-улучшить борьбу с помехами из-за отсутствия малых уровней сигнала для девиации частоты (т.к. улучшается отношение сигнал / шум);
-исключить паразитную амплитудную модуляцию в модуляторе (модулятор исключен из предлагаемой структурной схемы стандарта);
-четко устанавливать девиацию частоты;
-осуществлять цифровое синхронное детектирование при выборе частоты модуляции от нескольких Гц до десятков кГц путем перепрограммирования постоянного запоминающего устройства;
Двухчастотный метод подстройки резонатора КД под частоту КГ и подстройка КГ под линию излучения осуществляется простым перепрограммированием процессора АПЧ.
Использование процессора позволяет проводить диагностику прибора через модем на расстоянии.
Все это позволяет упростить процесс настройки (регулировки) прибора, расширить его сервисные возможности, повысить надежность работы.
Водородный стандарт частоты может быть использован в качестве источника высокостабильных сигналов для время - частотных измерений, для работы в эталонных, образцовых и рабочих средствах измерения.
lo€yyzjs :j // 2f