СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ ВОДОРОДНЫЙ

Стандарт частоты и времени водородный
Полезная модель относится к квантовым водородным стандартам частоты и времени пассивного типа и может быть использована для работы в качестве генератора высокостабильных, высокоточных, спектрально чистых сигналов.
Принцип действия таких приборов основан на автоподстройке частоты кварцевого генератора 5 МГц по частоте линии излучения атомов водорода, как, например, пассивный водородный стандарт частоты и времени типа 4176 (каталог Нижегородского ПИПИ «Кварц за 1999 г., с. 35) или типа VCH1004 (разработка Нижегородского предприятия «Время Ч).
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения принята структурная схема пассивного квантового стандарта частоты и времени типа 41-76 (см. Приложение).
Квантовое устройство таких стандартов излучает только под действием внешнего частотно-модулированного сигнала возбуждения дискриминатора, сформированного из сигнала кварцевого генератора, и используется для автоподстройки в качестве частотного дискриминатора. При взаимодействии с линией излучения атомов и резонатором дискриминатора частотномодулированный сигнал возбуждения приобретает амплитудномодулированную компоненту, пропорциональную величине расстройки. С выхода дискриминатора амплитудно-модулированный (AM) сигнал преобразуется в преобразователе частоты с помощью вспомогательного гетеродина, усиливается и детектируется.
МПК: G04G 3/00
Недостатком таких схем стандартов является наличие паразитной (мешающей) амплитудной модуляции, появляющейся за счет неравномерности (несимметричности относительно несущей частоты) амплитудно-частотной характеристики тракта преобразования частоты и ее зависимости от температуры.
Технической задачей полезной модели является снижение уровня паразитной амплитудной модуляции и соответственно повышение стабильности частоты стандарта.
Сущность технического решения задачи заключается в том, что в стандарт частоты и времени водородный, включающий последовательно соединенные в кольцо квантовый дискриминатор, преобразователь частоты, амплитудный детектор, кварцевый генератор и перестраиваемый синтезатор частот, введен второй перестраиваемый синтезатор частот, подключенный ко второму входу преобразователя частоты.
Второй перестраиваемый синтезатор частот выполнен с переключением частоты симметрично относительно центральной несущей частоты сигнала.
На рисунке представлена упрощенная структурная схема предлагаемого стандарта частоты.
Стандарт частоты и времени водородный включает последовательно соединенные в кольцо квантовый дискриминатор 1, преобразователь частоты 2, амплитудный детектор 3, кварцевый генератор 4 и первый перестраиваемый синтезатор частот 5, а второй перестраиваемый синтезатор частот 6, подключен ко второму входу преобразователя частоты 2.
0 /О УУстройство работает следующим образом.
В основе принципа действия стандарта лежит автоподстройка частоты кварцевого генератора 4 к частоте линии излучения атомов водорода дискриминатора 1. При взаимодействии с атомной линией и резонатором дискриминатора 1 частотно-модулированный сигнал
возбуждения дискриминатора преобразуется в амплитудно-модулированный, амплитуда и фаза огибающей этого сигнала несет информацию об отклонении частоты кварцевого генератора 4 от частоты линии излучения атомов водорода. На выходе дискриминатора имеется смесь частотномодулированного и амплитудно-модулированного сигналов. Амплитудномодулированный сигнал с выхода дискриминатора 1 преобразуется в преобразователе частоты 2, детектируется в амплитудном детекторе 3 и управляет частотой кварцевого генератора. При этом наличие сигнала паразитной амплитудной модуляции, возникающей за счет неравномерности амплитудно-частотной характеристики преобразователя 2 при прохождении через него частотно-модулированного сигнала, искажает амплитудную модуляцию полезного сигнала (с информацией о действительном отклонении частоты кварцевого генератора 4 от частоты линии излучения атомов водорода), приводит к смещению выходной частоты кварцевого генератора, то есть выходной частоты стандарта. Для снижения влияния паразитной амплитудной модуляции, обусловленной сдвигом амплитудно-частотной характеристики преобразователя 2, в качестве вспомогательного гетеродина для него используется перестраиваемый синтезатор частот 6, позволяющий
управлять гетеродинной частотой симметрично, «подставляя ее то справа, то слева от сигнала возбуждения с частотой 1420,405 МГц, промежуточная частота при этом остается постоянной. При достаточно высокой скорости переключения частоты гетеродина (синтезатора частот 6) происходит компенсация (усреднение) сигнала ошибки, вызванного паразитной амплитудной модуляцией, за счет разного знака возникающей паразитной модуляции при зеркальном изменении частоты синтезатора 6 относительно входного сигнала.
Использование полезной модели в пассивных водородных стандартах частоты позволяет повысить стабильность частоты, выдаваемую квантовым стандартом, за счет исключения сигнала ошибки, вызванного паразитной амплитудной модуляцией в тракте усиления - преобразования частоты выходного сигнала дискриминатора.