КВАНТОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к области квантовой радиотехники и может быть использовано в квантовых стандартах частоты и времени.
Известен квантовый стандарт частоты и времени 1 (см.фиг. 1), содержащий квантовый стандарт частоты 1, выход которого соединен со входом устройства формирования временных сигналов (блока формирования шкалы времени) 2. При этом эталонный частотный сигнал ( МГц) снимается с квантового стандарта частоты (Выход I), а эталонный временной сигнал (последовательность импульсов с периодом следования 1 с) - с устройства формирования временных сигналов (Выход II).
Данное устройство взято за ближайший аналог.
Недостатком ближайшего аналога является большая погрешность частоты и шкалы времени, обусловленная наличием систематического линейного дрейфа частоты квантового стандарта частоты.
Изобретение направлено на решение проблемы уменьшения погрешности по частоте и по времени квантовых стандартов частоты и времени.
Сушность изобретения заключается в том, что в квантовый стандарт частоты и времени, содержапщй квантовый стандарт частоты, выход которого соединен со входом устройства формирования временных сигналов, дополнительно введено устройство компенсации дрейфа частоты, выход которого соединен с управляюшим входом квантового стандарта частоты, а первый и второй входы соединены соответственно с первым и вторым выходами устройства формирования временных сигналов.
На фиг.2 приведена структурная схема предлагаемого квантового стандарта частоты и времени, где обозначено:
1- квантовый стандарт частоты,
2- устройство формирования временных сигналов,
3- устройство компенсации дрейфа частоты,
4- делитель частоты,
5- счетчик времени,
6- кодирующее устройство,
7- RS-триггер,
8- первый реверсивный счетчик,
9- второй реверсивный счетчик,
10- вентиль,
11- третий реверсивный счетчик.
Квантовый стандарт частоты и времени (см.фиг.2) содержит квантовый стандарт частоты 1, устройство формирования временных сигналов 2 и устройство компенсации дрейфа частоты 3. Выход квантового стандарта частоты 1 соединен со входом устройства формирования временных сигналов 2. Выход устройства компенсации дрейфа частоты 3 соединен с управляющим входом квантового стандарта частоты 1. Первый и второй входы устройства компенсации дрейфа частоты 3 соединены соответственно с первым и вторым выходами устройства формирования временных сигналов 2. При этом эталонный частотный сигнал ( МГц) снимается со второго выхода квантового стандарта частоты 1 (Выход I квантового стандарта частоты и
времени), а эталонный временной сигнал (последовательность импульсов с периодом следования 1 с) снимается с третьего выхода устройства формирования временных сигналов 2 (Выход II квантового стандарта частоты и времени).
Устройство формирования временных сигналов 2 содержит последовательно соединенные делитель частоты 4 и счетчик времени 5.
Делитель частоты 4 предназначен для деления выходной частоты квантового стандарта частоты 1 (5 МГц) до 1 Гц. Промежуточный выход делителя частоты 4 является вторым выходом устройства формирования временных сигналов 2.
Счетчик времени 5 предназначен для подсчета импульсов с частотой следования 1 Гц (период следования 1 с) и обеспечивает определение и индикацию текущего времени в часах (до 24-х часов), минутах и секундах. Выход счетчика времени 5, где имеется сигнал смены суток, является первым выходом устройства формирования временных сигналов 2.
Устройство компенсации дрейфа частоты 3 содержит кодирующее устройство 6, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми входами RS-триггера 7, первого реверсивного счетчика 8 и второго реверсивного счетчика 9. Кодирующее устройство 6 представляет собой механический кодовый переключатель, с помощью которого вручную набирается требуемый код. Выход второго реверсивного счетчика 9 соединен со вторым входом первого реверсивного счетчика 8, первым входом вентиля 10 и вторым входом RS-триггера 7. Выход RS-триггера 7 соединен с первым входом третьего реверсивного счетчика 11, второй вход которого соединен с выходом вентиля 10 и третьим входом первого реверсивного счетчика 8, выход которого соединен со вторым входом второго реверсивного счетчика 9. Выход третьего реверсивного счетчика 11 является выходом устройства компенсации дрейфа частоты 3. Третий вход второго реверсивного счетчика 9 и второй вход вентиля 10 являются соответственно первым и вторым входами устройства компенсации дрейфа частоты 3.
Квантовый стандарт частоты и времени работает следующим обргаом.
1Свантовый стандарт частоты 1 генерирует стабильный по частоте сигнал, однако имеющий линейный дрейф частоты. Частота этого сигнала делится до 1 Гц (период следования импульсов 1 с) устройством формирования временных сигналов 2, в котором также осуществляется подсчет секундных импульсов. На первом выходе устройства формирования временных сигналов 2 периодически выдается сигнал смены суток. На втором выходе устройства формирования временных сигналов 2 вьщаются импульсы с частотой следования более 1 Гц, например, 1 МГц. Эти два сигнала поступают соответственно на первый и второй входы устройства компенсации дрейфа частоты 3, которое раз в сутки или один раз в заданное число суток (согласно установки кода в кодирующем устройстве 6) вьфабатьгоает сигнал коррекции частоты, который подается на управляющий вход квантового стандарта частоты 1 и таким образом компенсирует дрейф его частоты, а следовательно, уменьщает погрешность по частоте и времени квантового стандарта частоты и времени в целом.
Величина коррекции, знак коррекции и периодичность коррекции устанавливаются заранее в устройстве компенсации дрейфа частоты 3, а именно в кодирующем устройстве 6.
Для того, чтобы установить эти величины, предварительно частота квантового стандарта частоты и времени длительное время (не менее 1 месяца) сравнивается с эталоном частоты, в результате чего определяется величина и знак дрейфа частоты. В дальнейщем дрейф частоты проверяется при периодических поверках квантового стандарта частоты и времени, которые он обязан проходить.
Устройство компенсации дрейфа частоты 3 работает следующим образом. На кодирующем устройстве 6 задается код величины, знака и периодичности коррекции (один раз в сутки или один раз в заданное число суток). Второй реверсивный счетчик 9 считает в сторону уменьшения заданное кодирующим устройством 6 число импульсов смены суток, поступающих от счетчика времени 5, то есть число суток, через которое должна проводиться коррекция частоты квантового стандарта частоты и времени.
При достижении числа «О второй реверсивный счетчик 9 вьщает команду о проведении коррекции частоты, которая поступает на RS-триггер 7, запускает первый реверсивный счетчик 8 и открьшает вентиль 10. Последовательность импульсов коррекции, формируемых делителем частоты 4, поступает на выход вентиля 10 и на тактовый вход первого реверсивного счетчика 8, который также считает их в сторону уменьшения. При обнулении первого реверсивного счетчика 8 он вырабатывает сигнал, приводящий второй реверсивный счетчик 9 и все устройство компенсации 3 в исходное состояние, то есть вентиль 10 закрывается, первый реверсивный счетчик 8 прекращает счет.
С выхода вентиля 10 поступит определенное число импульсов на счетный вход третьего реверсивного счетчика И, который сосчитает их в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от сигнала о знаке коррекции, поступившем с RS-триггера 7 (лог.О или ЛОГ.1). Сигнал с выхода третьего реверсивного счетчика 11 поступит на управляющий вход квантового стандарта частоты, выполненный в виде, например, цифроаналогового преобразователя, изменив его частоту. Затем работа устройства периодически повторяется. Периодическая коррекция частоты квантового стандарта частоты и времени означает изменение (компенсацию) дрейфа его частоты.
Таким образом можно уменьшить величину дрейфа частоты в 2-3 и более раз и, следовательно, во столько же раз уменьшить погрешность по частоте и по времени квантового стандарта частоты и времени.
Литература. 1. Стандарты частоты и дискриминаторов, изд. стр.275-283. времени на основе квантовых генераторов и Сов. радио, М., 1978. Под. ред. Б.П. Фатеева,