СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ ВОДОРОДНЫЙ

Полезная модель относится к квантовым водородным стандартам частоты и времени пассивного типа, которые используются для формирования высокостабильных сигналов и проведения время-частотных измерений.
Принцип действия таких приборов основан на автоподстройке частоты кварцевого генератора 5 МГц по частоте линии излучения атомов водорода, как, например, пассивные водородные стандарты частоты и времени типа 41-76, типа VCH-1004, 1006 (разработки Нижегородского предприятия «Время Ч»), патент RU №2148881.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения принят пассивный водородный стандарт частоты и времени по патенту RU №43374, включающий последовательно соединенные в кольцо квантовый дискриминатор, преобразователь частоты, амплитудный детектор, процессорный блок автоматической подстройки частоты (АПЧ), подстраиваемый кварцевый генератор, умножитель частоты и смеситель, второй вход которого соединен через аттенюатор с выходом цифрового синтезатора частот, при этом второй и третий выходы блока автоматической подстройки частоты подключены соответственно ко входу управления частотой резонатора квантового дискриминатора и ко входу модуляции цифрового синтезатора.
Недостатком таких схем квантовых водородных стандартов частоты и времени является их сложность и зависимость параметров узлов квантового стандарта от воздействия внешних условий (температуры и т.д.).
Технической задачей полезной модели является упрощение устройства путем сокращения его блоков и узлов и за счет этого повышение устойчивости к воздействию внешних (особенно температурных) условий при выполнении параметров электромагнитной совместимости прибора и соответственно сохранении высокой стабильности частоты выходного сигнала стандарта.
Сущность технического решения задачи заключается в том, что в стандарте частоты и времени водородном, включающем последовательно соединенные квантовый дискриминатор, преобразователь частоты, амплитудный детектор, блок автоматической подстройки частоты, кварцевый генератор и цифровой синтезатор частот, второй вход которого подключен ко второму выходу блока автоматической подстройки частоты, третий выход которого соединен с входом управления частотой резонатора квантового дискриминатора, выход цифрового синтезатора частот подключен непосредственно к основному входу квантового дискриминатора.
При этом для выполнения требований электромагнитной совместимости квантового стандарта между выходом перестраиваемого синтезатора частот и входом квантового дискриминатора включен дополнительно введенный полосовой СВЧ фильтр.
На фиг.1 представлена структурная схема стандарта частоты, на фиг.2 - схема стандарта с полосовым фильтром.
Стандарт частоты и времени водородный включает (фиг.1) последовательно соединенные в кольцо квантовый дискриминатор 1, преобразователь частоты 2, амплитудный детектор 3, цифровой блок автоматической подстройки частоты 4, кварцевый генератор 5 и цифровой перестраиваемый синтезатор частот 6, второй вход которого подключен ко второму выходу блока автоматической подстройки частоты, третий выход которого соединен с входом управления частотой резонатора квантового дискриминатора 1. Выполнение блоков аналогично прототипу.
В варианте выполнения стандарта частоты и времени (фиг.2) между выходом перестраиваемого синтезатора частот 6 и входом квантового дискриминатора 1 включен полосовой СВЧ фильтр (например, полосковый).
Устройство работает следующим образом.
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 частотно-модулированного и амплитудно-модулированного сигналов. Из этих сигналов с помощью блока АПЧ формируются сигналы, управляющие частотой кварцевого генератора
(амплитудно-модулированный сигнал с выхода дискриминатора 1 преобразуется в преобразователе частоты 2, детектируется в амплитудном детекторе 3 и подстраивает частоту кварцевого генератора 5 до стандартного значения) и управляющие частотой резонатора квантового дискриминатора.
В прототипе частотно-модулированный сигнал возбуждения квантового дискриминатора формируется путем фазовой модуляции сигнала цифрового синтезатора 20,405 МГц частотой 12,5 кГц, последующим смешиванием этого сигнала с 14 гармоникой выходного сигнала умножителя частоты 100 МГц. Сигнал возбуждения частотой 1420,405 выделяется непосредственно в резонаторе дискриминатора.
В предлагаемой схеме построения стандарта частоты сигнал возбуждения дискриминатора представляет одну из зеркальных частот выходного сигнала синтезатора прямого синтеза 6. На вход тактовой синхронизации синтезатора (вход 1) подается сигнал 100 МГц, получаемый путем умножения на 20 частоты кварцевого генератора 5 МГц. Выходной сигнал синтезатора частоты 6 состоит из основного синтезируемого фазомодулированного сигнала 20,40575168 МГц и зеркальных составляющих из ряда 100·N±20,40575168 МГц с коэффициентом затухания, пропорциональным значению зеркальной частоты, при этом теоретически N может принимать положительные целые значения от 1 до бесконечности. В качестве полезного сигнала используется зеркальная составляющая со значением N, равным 14, т.е. 100·14+20,40575168=1420,40575168 МГц,
мощности которой достаточно для возбуждения дискриминатора (в прототипе сигнал синтезатора из-за большой его величины ослабляют аттенюатором, усложняя схему). При этом выход цифрового синтезатора подключается непосредственно ко входу квантового дискриминатора, а схема стандарта частоты значительно упрощается, так как исключаются блоки умножителя частоты, смесителя (сумматора) частоты и отпадает необходимость в аттенюаторе (ослабителе) сигнала. Кроме того, упрощение схемы позволяет уменьшить влияние внешних факторов на параметры блоков квантового стандарта, улучшая долговременную стабильность частоты квантового стандарта.
После синтезатора 6 сигнал фильтруется с помощью полосового полоскового фильтра 7 с подавлением значительного по величине сигнала синтезатора частотой 20,40575168 МГц, обеспечивая параметры электромагнитной совместимости стандарта, подавляя его ненужное излучение.