DE3005123A1

DE3005123A1 - Verfahren zur regelung eines passiven masers und nach dem verfahren arbeitender maser

Info

Publication number: DE3005123A1
Application number: DE19803005123
Authority: DE
Inventors: Helmuth-Hugo Brandenberger; Giovanni Busca
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1980-09-11
Also published as: FR2451061A1; GB2044521A; NL8001375A; FR2451061B1; JPS55124285A; JPS584474B2; GB2044521B; DE3005123C2; US4326174A

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma Ebauches S.A., faubourg de l'Höpital, CH-2001 NeuchStöl

betreffend:

"Verfahren zur Regelung eines passiven Masers und nach dem Verfahren arbeitender Maser"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines passiven Masers und einen nach dem Verfahren arbeitenden Maser* Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem ausgehend von einem im Maserhohlraum gewonnenen Signal ein erstes Fehlersignal gebildet wird, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Trägerfrequenz des Hohlrauiriahregesignals und der stimulierten Emissionsfrequenz,, dieses erste Signal verwendet wird, um die Anregesignalträgerfrequenz nachzuregeln, ausgehend von dem im Hohlraum gewonnenen Signal ein zweites Fehlersignal erzeugt wird, das repräs-entativ ist für die Abweichung zwischen der Hohlraumresonanzfrequenz und der Anregesignalträgerfrequenz, und dieses zweite Signal verwendet wird, um die Resonanzfrequenz nachzuregeln.

Die Erfindung betrifft ferner einen passiven Maser, bei dessen Regelung von dem Verfahren gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht wird. Dieser Maser eignet sich besonders gut als Frequenznormal wegen seiner ausgezeichneten Frequenzstabilität.

Maser dieser Bauart mit einem Regelverfahren, das eingangs definiert wurde, sind insbesondere bekannt aus der Veröffentlichung von F.L.Walls in'Proceeding of P.T.T.I. 1976, Seite 369-380.

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(β

Eine ins einzelne gehende Beschreibung folgt weiter unten, um seine Beschränkungen aufzuzeigen und das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu fördern. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß dieser Typ von Maser unter der Voraussetzung verläßlich arbeitet, daß die beiden Regelschleifen voneinander wirklich unabhängig arbeiten.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde zu untersuchen, in welchem Maße man eine wirkliche Unabhängigkeit der beiden Regelschleifen erzielen kann. Es hat sich gezeigt, daß die Regelschleife der Hohlraumresonanzfrequenz die Regelschleife für die

Anrege^si9^nalträgerfrequenz nicht stört, jedoch umgekehrt die letztere, empfindlich gegenüber dem sehr engen Spektrum der stimulierten Emission, in das Fehlersignal der Hohlraumregelschleife ein parasitäres Signal einführt, das vollständig das korrekte Fehlersignal zerstört. Dieses Faktum wurde experimentell nachgewiesen, und man erhielt auch eine theoretische Erläuterung dieses Phänomens.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren für einen Maser anzugeben, bei dem das Fehlersignal der Hohlraumregelschleife nicht gestört wird von dem parasitären.Signal der

Anrege^si9^nalfre<5^uenz~^Re9'^el^scill^e;i-^fe· Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man . periodisch die Funktion der Hohlraumregelschleife unterbricht und der anderen Regelschleife ermöglicht, die Frequenz des Anregesignals ausschließlich während der Unterbrechungsperioden der Hohlraumregelschleife nachzustellen.

Diese Erfindung ist im Patentanspruch 1 definiert.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhält man einen passiven Maser, der eine erheblich höhere Stabilität gegenüber herkömmlicher! passiven Masern aufweist, wie sie in der oben erwähnten Veröffentlichung beschrieben wurden.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachstehend im einzelnen erläutert werden, wobei die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellen.

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Fig. 1 zeigt einen Maser gemäß dem Stand der Technik Fig. 2 zeigt einen Maser gemäß der Erfindung Fig. 3 erläutert die Arbeitsweise des Masers nach

Fig. 2 mit Hilfe von Zeitdiagrammen Fig. 4 stellt das Spektrum der stimulierten Emission dar

und
Fig..5 zeigt einen Schaltkreis, der einen Teil des Masers gemäß der Erfindung bildet.

Fig. 1 zeigt schematisiert einen bekannten Maser ähnlich dem, wie er in der oben erwähnten Veröffentlichung beschrieben wurde. Ein Oszillator 1 erzeugt ein Signal mit einer Frequenz von 5 MHz. Dieses Signal wird in einem Phasenmodulator 2 mit einer ersten

TT

Frequenz qo moduliert, typischerweise 0,3 Hz, erzeugt von einem ersten Generator 23,sowie mit einer zweiten Frequenz^ , typischerweise von 12 kHz,erzeugt von einem zweiten Generator 34. Das modulierte Signal wird einem Frequenzmu.l tiplikator 4 zugeführt. Das Signal von 5 MHz wird außerdem einem Synthesegerät 4 zugeführt, und die Ausgänge des Multiplikators 4 und des Synthesegerätes 3 werden einem Mischer 5 zugeführt, der ein Signal mit einer Trägerfrequenzö-. nahe 1420 MHz liefert, das in den Hohlraum 10 eingespeist wird.

Der Resonanzhohlraum 10 ist auf die Eigenfrequenzi; „ der stimulierten Emission des im Hohlraum enthaltenen Mediumsabgestimmt. In dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Wasserstoffmaser, wobei der übergang für die stimulierte Emission der Übergang vom Zustand F = 1 , m = 0 zum Zustand F = 0, nc, = 0 eines Wasserstoffatoms ist, das sich in einem Magnetfeld befindet, um die Zeemann-Unterniveaus m_ = +1 und m„ = -1 vom Zustand F = zu trennen. Die EigenfrequenζCO „ dieses Überganges befindet sich nahe 1420 MHz (1420,405751... MHz).

Der Hohlraum 10 kann als ein Bandfilter betrachtet werden, dessen Koeffizient Q je nach dem Hohlraumvolumen zwischen 5 000

und 50.000 liegen kann. Für einen Koeffizienten in der Größenordnung von 30.000 kann der Hohlraum mit dem in ihm enthaltenen Medium als Kombination eines solchen Filters¹ mit einem Filter betrachtet werden, das' einen Gütefaktor Q in der Größenordnung von

1 o⁹ besitzt. 030037/0631

Ein Verstärker 12 erfaßt und verstärkt ein Probesignal in dem Hohlraum. Dieses Signal wird durch einen Amplitudendetektor 13 gleichgerichtet, welcher ein Hüllsignal liefert, das alle Amplitudenfluktuationen des Probesignals im Hohlraum abbildet. Dieses Hüllsignal wird einerseits den Regelorganen 20 des Oszillators 1 und andererseits den Regelorganen 30 des Hohlraums 10 zugeführt.

In den Regelorganen 20 des Oszillators 1 wird das vom AmplitudenJetektor 13 gelieferte Hüllsignal einem Filter 22 zugeführt, das im wesentlichen die Frequenzen nahe der ersten

Modulations frequenz co , hier 0,3 Hz, des Generators 24 durchläßt. Das gefilterte Signal wird einem Phasendetektor 2 3 zugeführt, dessen anderer Eingang am Generator 24 liegt, um so eine Synchronerfassung zu bewirken, welche festzustellen gestattet, ob die Trägerfrequenz » _ des Hohlraumanregesicinals richtig auf die Eigenfrequenzö „ der stimulierten Emission zentriert ist. Jede Frequenzabweichung schlägt sich in einem Fehlersignal am Ausgang des Phasendetektors 23 nieder. Dieses Fehlersignal wird einem Integrator 25 zugeführt und verwendet, um eine variable Kapazität 26 zu steuern, die an den Oszillator 1 angekoppelt ist, womit dessen Frequenz im Sinne eine Korrektur leicht nachgestellt werden kann. _ \

In den Regelorganen 30 des Hohlraums 10 wird das Hüllsignal

einem Filter 32 zugeführt, das im wesentlichen die Komponenten

nahe der zweiten Modulationsfrequenzii? passieren läßt, hier also bei etwa 12 kHz. Das gefilterte Signal wird einem Phasendetektor 33 für Synchrondetektion zugeführt, dessen anderer Eingang mit dem zweiten Generator 34 verbunden ist, um die zweite Modulationsfrequenz zuzuführen. Das vom Phasendetektor 33 ge~ lieferte Fehlersignal bezieht sich auf eine Abweichung der Hohlraumresonanzfrequenz des Hohlraums 10 relativ zur Trägerfrequenz &)_. Dieses Fehlersignäl, integriert mittels Integrator 35, wird zur Steuerung einer variablen Kapazität 36 verwendet, die an den Hohlraum 10 angekoppelt ist und mittels der leicht die Reso-nanzfrequenzaJ-im Sinne einer Korrektur verändert werden kann.

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Insgesamt überprüft bei einem solchen Maser das Signal, C

IT

das phasenmoduliert ist mit den Frequenzen« (0,3 Hz) bzw.

(12 kHz) das Spektrum der stimulierten Emission des Wasserm . - »

Stoffs und die Resonanzkurve des Hohlraums, um jeweils den Oszillator"für'die stimulierte Emission nachzuregeln bzw. die Resonanzfrequenz des Hohlraums nachzuregeln auf die Trägerfrequenz« _Q, die vom Oszillator abgeleitet wird. Bei einem solchen Maser werden im wesentlichen die nachteiligen Wirkungen des , Cavity Pulling" (Zieherscheinungen) eliminiert.

Dieser Maser entspricht dem gegenwärtigen Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht. Seine Regelung ist befriedigend unter der Voraussetzung, daß die beiden Schleifen tatsächlich unabhängig arbeiten. Es wurde beobachtet, daß dies jedoch nicht den Tatsachen entspricht, sondern zwar die Hohlraumregelung nicht die Oszillatorregelung beeinträchtigt, jedoch die letztere umgekehrt empfindlich ist gegenüber dem sehr, schmalen Spektrum der stimulierten Emission und in das Fehlersignal der zweiten Schleife ein sehr kräftiges parasitäres Signal einführt, das vollständig das richtige Fehlersignal zerstört.

Um zu diesem Schluß zu gelangen, wurde das nachfolgend beschriebene Experiment durchgeführt.

A) Es wird immer nur eine Modulation vorgenommen, und man stellt fest, ob entweder die eine oder die andere Regelschleife getrennt korrekt arbeiten. Insbesondere konnte man die Abweichung ((J„ -O ) zwischen der Hohlraumresönanzfrequenzitf und der TrägerfrequenzW_n.' geliefert von dem

*- y " ■ „α

Oszillator,auf einem relativ kleinen Wert von 10 im

4 Langzeitbereich (in der Größenordnung von 10 see) halten.

B) Es wird festgestellt, daß die Oszillatorregelschleife relativ" zum Spektrum der stimulierten Emission oder der Η-Linie zuverlässig auch bei Vorhandensein der Modulation der zweiten Regelschleife arbeitet, während die zweite Rege'lschleife offen bleibt.

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rf

C) Man schließt beide Regelschleifen und stellt fest, daß die Abstimmung des Hohlraums von der Η-Linie abweicht, wegen der unerwünschten Einflüsse, die sich in der Hohlraumregelschleife bemerkbar machen.

Man stellt fest, daß die Regelschleife des Oszillators auf die Η-Linie ein kräftiges parasitäres Signal erzeugt, das amplitudenmoduliert ist (AM) mit einer Modulationsfrequenz

CaJ der Regelschleife des Hohlraums ,selbst wenn der Hohlraum m

abgestimmt war. Darüber hinaus ist dieses Signa] ohasenmoduliert

TT

mit der Modulationsfrequenz# , die für die Anregung der H-Linie verwendet wird.

Indem man die Ahregemodulation der Η-Linie unterdrückt und die Trägerfrequenz/^ von der Frequenz der Η-Linie absetzt, stellt man fest, daß das parasitäre Signal AM von einem Hochfrequenz- . signal erzeugt wurde in Wechselwirkung mit der Η-Linie. Die Phase des parasitären AM-Signals unterliegt einem plötzlichen Wechsel um 180 , wenn man die Trägerfrequenz CJ_n durch die Η-Linie gehen läßt.

Nachfolgend wird eine vereinfachte theoretische Interpretation der Beobachtungen gegeben.

Wenn man an den Eingang eines leeren Hohlraums ein Signal legt, das im wesentlichen einen Trägerfc?_o und zwei Seitenbänder umfaßt, die 180 phasenversetzt sind und symmetrisch bei den Frequenzen J_n +(V bzw. (a? - /k? liegen, wobeiCO sehr nahe der Resonanz-QmQm Q

frequenz des Hohlraums & liegt, liefert die Hohlraumregelschleife ein Fehlersignal der Form

E = A_Qe + D_QS (1)

• β = (A₊ - A_)cos47_mt + (D₊ + D_)sin£M; (2)

S. = (D₊ - D_)coÄ7_mt - (A₊ + Ajsin^M; (3)

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In diesen Gleichungen repräsentieren die Ausdrücke A , A₊, A_ die Absorption des Hohlraums bei unterschiedlichen Frequenzen:

A₊ =

^A -

wobei die Absorption in Abhängigkeit von der Frequenz gemäß der Gleichung verläuft

2 2

worin γ die halbe Breite der Resonanzkurve darstellt.

Die Ausdrücke D , D₊, D_ repräsentieren die Dispersion des Hohlraums bei entsprechenden Frequenzen« , y_n ^+ft*m'&Ό "^m' wobei die Dispersion der Gleichung folgt

- r (^ - y_c) ₍₅₎

r²⁺ (^-^_c)²

Wenn man in den Hohlraum Wasserstoffatome einsetzt, die einer stimulierten Emission unterworfen werden können, muß man in der Gleichung (1) die Ausdrücke A und D entsprechend den folgenden Substitutionen modifizieren:

^Ao -* ^Ao ^{+ A}H (6)

^Do -^⁰O⁺⁰H (7)

worin A„ die Verstärkung infolge Vorhandenseins der Wasserstoff-

rl

atome darstellt und D die zugeordnete Dispersion bedeutet.

Die Substitution (6) impliziert einfach eine Änderung der Größe des Ausdrucks (A + A )£ des Fehlersignals des Hohlraums.

O π

Dagegen hat die Substitution (7) zur Folge, daß in dem Term

ersion D vollst

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(D + D) . S die Dispersion D vollständig überwiegt. Das Ver-

hältnis D /D entspricht nämlich

π Ο

^H ₌ ^MH (^WO ~H ) (8)

^Do "

Es ergibt sich, daß D um mehrere Größenordnungen höher

+ 4

liegt als D . Typischerweise ist D„/D =1.10 für ο Ho

U- U = 0,3 . 2 i^RAD/sec und

\l H
U7 - 03= 1 . 2y^ RAD/sec.

Man kann den Einfluß der Modulation mit niedriger Frequenz IjJ auf den Träger als eine Frequenz-Fluktuation ansehen, die bewirkt, daß der Träger periodisch die Η-Linie durchläuft: Daraus ergibt sich, daß D„ periodisch im gleichen Rhythmus das Vorzeichen ändert, was zu einem periodischen Phasensprung des parasitären Signals AM führt.

Theoretisch müßte sich demnach nach Synchrondetektion und Integration dieses parasitäre Signal annullieren und ermöglichen, das kleine korrekte Fehlersignal wieder aufzufinden; da aber das parasitäre Signal um mehrere Größenordnungen gegenüber dem richtigen Signal größer ist, würde dies an den Synchrondetektor und den Integrator Forderungen bezüglich der exakten Symmetrie stellen, die vollkommen unrealisierbar wären.

Der Erfindung liegt demnach die Schlußfolgerung zugrunde, daß die beiden simultanen Regelschleifen nicht vollständig unabhängig gemacht werden können und daß die Regelung nicht korrekt arbeitet.

Auf dieser Überlegung beruht der Erfindungsgedanke, einen Maser mit Teilzeitfunktion zu schaffen, der in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Der Maser gemäß der Erfindung umfaßt eine Anzahl von Organen ähnlich denen des. Masers nach Fig. 1 , und diese Organe sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Synthesegerät 3 der Fig. T wird ersetzt durch ein programmierbares Synthesegerät 43, dessen Ausgangsfrequenz nahe 19,59 ... MHz. liegt. Diese Frequenz wird dem Mischer 5 zugeführt, wo sie mit der' Frequenz von etwa 1440 MHz gemischt wird,

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geliefert vom Multiplikator 4_rtum eine Trägerfrequenz to _Q nahe 1420 MHz zu erhalten.

Die Ausgangsfrequenz des programmierbaren Synthesegerätes 43 hängt ab von den digitalen Signalen, die von einem Steuerkreis 40 über eine Leitung X zugeführt werden. Jede Änderung der Ausgangsfrequenz des Synthesegerätes bringt eine entsprechende Änderung der Trägerfrequenz«; _Q mit sich. Der Steuerkreis 40^ kann demgemäß die Trägerfrequenz O _Q verändern, um die H-Linie

anzuregen.

Der Steuerkreis 40 wird derart aufgebaut, daß die Trägerfrequenz*? sich wie in Fig. 3 angedeutet verhält und nacheinander die Werte annimmt, die mit υ , cj„, u , <j_u/ ^ , usw. angegeben sind, wobei W die Mittenfrequenz der Η-Linie ist

.ti

und IJ bzw. oJ_ Frequenzen sind, die zur einen bzw. anderen Seite gegenüber O derart versetzt sind, daß sie vorzugsweise mit den seitlichen Umkehrpunkten der U-Kurve der Η-Linie zusammenfallen, die in Fig. 4 dargestellt ist. Der Abstand zwischen W₊ und (J _ liegt in der Größenordnung von 1 Hz. A bzw. A bezeichnen hier die Werte der Spektralkurve der Η-Linie für die Frequenzen <*> bzw. CO .

'Die Trägerfrequenz #_ des Anregesignals wird demgemäß auf diskrete Werte gelegt, die alternierend in der einen oder anderen Richtung versetzt sind, wobei jeder Versetzungsstufe eine Stufe vorangeht, und jeder Versetzungsstufe eine ebensolche folgt, während der die Frequenz auf ihrem Zentralwert gehalten wird. Die Zentralstufe und die Versetzunasstufen haben im wesentlichen die gleiche Dauer, welche typischerweise in der Größenordnung von 10 see liegt.

Für die Erfassung wird das Hüllsignal, gliefert vom Amplitudendetektor 13, einem Spannungsfrequenzumsetzer 44 zugeführt, der von herkömmlicher Bauart ist und einen logischen Impulszug liefert mit einer Frequenz proportional der Amplitude des Eingangssignals. Diese Impulse werden an einen digitalen Verarbeitungskreis 45 angelegt. Eine ins einzelne gehende Erläuterung einer Ausführungsform dieses Verarbeitungskreises folgt später unter Bezugnahme auf

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Fig. 5. Hier mag es genügen festzuhalten, daß unter Steuerung durch den Steuerkreis 40 die folgenden Funktionen erfüllt werden:

Wenn u?_n = ο oder CL = co_i werden die Ausgangsimpulse des Umsetzers 44 während einer bestimmten Dauer gezählt. Das Ergebnis ist eine Zahl entsprechend A ,wenn <* = £? .und A ,wenn to = O_. Diese Zahlen werden gespeichert. Die jeweiligen Zählperioden sind in der zweiten Linie der Figur 3 angegeben. Diese Figur zeigt auch, daß eine Totzeit d in der Größenordnung von 2 Sekunden vorgesehen ist,um die Übergangserscheinungen abklingen zu lassen.

Der Verarbeitungskreis 45 bewirkt danach die Bildung der Differenz D zwischen der gemessenen Zahl, beispielsweise A , und der gespeicherten Zahl, beispielsweise A , die während der vorangehenden Periode gemessen worden war, wobei das Vorzeichen von D bei jeder Periode umgekehrt wird, so daß man erhält:

D=A - A wenn man gerade A gemessen hat, oder D=- (A~ - A ) wenn man gerade A gemessen hat.

Die erhaltene Differenz wird angelegt an einen Akkumulierkreis, der eine numerische Integration bewirkt. Der erhaltene numerische Wert wird in eine Spannung umgesetzt in einem Digital-Analog-Wandler 46 und angelegt an die variable Kapazität 26, um die Frequenz des Oszillators nachzustellen und auf die Η-Linie einzuregeln. ■

Die Regelschleife für den Hohlraum arbeitet nach dem in Fig. 1 dargestellten Prinzip.

Für die Detektion wird das Hüllensignal,geliefert vom Amplitude ι detektor 1-3,einem aktiven Filter 42 zugeführt, dessen Ausgang verbunden ist mit dem Phasendetektor 33, an dem außerdem die Frequenz des Generators 34 angelegt ist, um eine Synchrondetektion zu bewirken. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 33 wird an den Integrator 35 gelegt, dessen Ausgang mit einer variablen Kapazität 36 verbunden ist, um die Resonanzfrequenz des Hohl-

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raums 10 auf den Träger^? nachzugereln.

Das Aktivfilter 42 umfaßt einen Eingang für ein Sperrsignal INH, geliefert vom Steuerkreis 40. Dieses Signal hat die Wirkung, das Ausgangssignal des Aktivfilters 42 zu unterdrücken. Wie in der dritten Linie der Fig. 3 dargestellt, ist das Signal INH aktiv, und infolgedessen das Signal am Ausgang des Filters 42 unterdrückt ,während der Perioden, in denen <j = UJ bzw. v> - 0 ,

+ -Q 7

d.h. während der Meßperioden von A bzw. A . Das Ausgangssignal des Filters 42 ist demgemäß nur während der Zwischenphase C vorhanden, wenn tf- = v>„ ist, wobei eine kleine Totzeit d vorgesehen ist für das Abklingenlassen der Obergangserscheinungen nach der abrupten Änderung von Ü_Q. ·■···

Auf diese Weise interferieren die Messungen A bzw. A und die Abweichungen der Frequenzen *?_ = W bzw. öL= (J nicht mehr mit der Regelung des Hohlraums.

Natürlich wirkt während der Zeit, während der der Ausganq des Filters 42 unterdrückt ist, die Regelung des Hohlraums weiterhin, da der Integrator 35 die Rolle eines Speichers spielt, welcher den Wert der Regelspannung aufrechterhält.

Die Besonderheit der Funktion des Masers gemäß der Erfindung ergibt sich aus der letzten Linie der Fig. 3, die die Teilzeitfünktion der beiden Regelschleifen illustriert und zusammenfaßt. Die Perioden C,während welchen die Regelung des Hohlraums vollständig in Betrieb ist, wechseln ab mit Meßperioden von A bzw. A , verwendet für die Regelung des Oszillators auf die H-Linie.

Es ist offensichtlich, daß zahlreiche Abwandlungen an dem beschriebenen Maser vorgenommen werden können, ohne vom Grundprinzip der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können bestimmte Funktionen der Schaltkreise 40 und 45 und sogar bestimmte Funktionen des programmierbaren Synthesegerätes 43 vorteilhafterweise von einem Mikroprozessor übernommen werden. Infolgedessen sind die nachstehend erläuterten Schaltkreise nur Beispiele, die ausschließlich der Erläuterunq eines bestimmten Ausführungsfalles dienen.

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Wie oben erläutert, empfängt der Verarbeitungskreis 45 vom Spannungsfrequenzumsetzer V/F 44 einen logischen Impulszug. Gemäß Fig. 5 werden diese Impulse einem Zähler A 202 zugeführt. Dieser Zähler A empfängt darüber hinaus ein Zähleinleitsignal EN (Entsperrung) vom Steuerkreis 40, welches Signal in der zweiten Linie der Fig. 3 erkennbar ist. Er empfängt ferner vom Steuerkreis 40 über Leitung Z einen Nullrücksetzimpuls zu Beginn jeder Zählperiode.

Der Zähler A 202 ist verbunden mit einem Komparator C 203, an den außerdem ein Vorwärts-Rückwärtszähler U/D 204 angeschlossen ist. Ein Schaltkreis 205 liefert Zählimpulse an den Vorwärts-Rückwärtszähler U/D 204 wie auch an einen zweiten Vorwärts-Rückwärtszähler I 206. Ein Logikkreis 207, gesteuert vom Steuerkreis 40, empfängt die Informationen vom Zähler C 203, welche Informationen angeben, welcher der Kreise A 202 bzw. U/D 204 die größere Zahl enthält,sowie auch eine eventuelle Gleichheit anzeigt. In Abhängigkeit von diesen Informationen und in Abhängigkeit vom Steuersignal,geliefert vom Steuerkreis 40, liefert der Logikschaltkreis 207 den Vorwärts-Rückwärtszählern U/D 204 und I 206 Signale bezüglich der Zählrichtung (Vorwärtszählung oder Rückwärtszählung) sowie Signale für die Einleitung der Zählung von Impulsen, herrührend vom Schaltkreis 205.

Die Schaltung bestehend aus den Schaltkreisen 202 bis ist so aufgebaut, daß sie wie nachstehend angegeben arbeitet.

Tm Ansprechen auf das Signal EN zählt der Zähler A 202 die Impulse während der festgelegten Perioden A bzw. A , entsprechend den Perioden, während £J = (O bzw. gleich CJ_ ist, wobei noch eine kleine Verzögerung d vorgesehen ist, um die Übergangserscheinungen abklingen zu lassen. Darüber hinaus sei :'.t zu Beginn jeder Meßperiode von A oder A ein Impuls au¹ licitunq 'λ den Zähler A 202 anfänglich auf Null. Am Ende, einer Meßperiode A oder A enthält demgemäß der Zähler A einen numerischen Zählstand entsprechend dem Wert von A oder

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Ίολγϊ hi

Danach werden Berechnungen wie folgt durchgeführt: Impulse werden vom Schaltkreis 205 dem Vorwärts-Rückwärtszähler U/D 204 zugeführt und aufaddiert (oder subtrahiert je nach dem Vorzeichen der Differenz zwischen A und U/D),solange, bis der Komparator C anzeigt, daß Gleichheit vorliegt. Daraus folgt, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler U/D 204 alternierend die Werte A bzw. A annimmt.

Demgemäß repräsentieren die Impulse, die vorwärts oder rückwärts gezählt wurden von dem Zähler U/D 204 ,die Differenz D zwischen einer Messung (A oder A ) und der vorhergehenden Messung (A oder A ). Diese Impulse werden gleichzeitig vorwärts bzw. rückwärts gezählt im Zähler I 206, jedoch mit einer Zählrichtung, die nicht notwendigerweise dieselbe ist wie für den Zähler U/D 204. Die Zählrichtung im Zähler I 206 wird gesteuert vom Logikkreis 207 und ist dieselbe wie diejenige des Zählers 204, wenn man A gemessen hat, jedoch die entgegengesetzte, wenn man A gemessen hat. Diese Differenzen werden demgemäß im Zähler I 206 akkumuliert, wobei zwei aufeinanderfolgende entgegengesetzte Differenzen in demselben Sinne in dem Zähler I 206 akkumuliert werden infolge des Eingriffs vom Logikkreis 207. Infolgedessen integriert der Zähler I 206 numerisch die Abweichung zwischen Λ und A und sein numerischer Zählstand repräsentiert demgemäß eine Größe, die geeignet ist für die Korrektur der Oszillator frequenz. Dieser numerische Zählstand wird dem Analog-Digitalwandlor 44 zugeführt, der die erfodcrliche Regelspannung liefert.

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BAD ORIGINAL

Zusammenfas sung

Es ist erwünscht, die Störung der Hohlraumregelung durch ein kräftiges parasitäres Signal zu vermeiden, das vom Spektrum der stimulierten Emission herrührt, Hohlraumregelung und Oszillatorregelung erfolgen im Teilzeitbetrieb.

Ein Steuerkreis 40 wirkt auf den Träger über ein programmierbares Synthesegerät 43 ein, so daß der Träger nacheinander die Werte O₊/ &#> CuL' ⁴^' W₊/.usw. annimmt. Ω ist auf die Spektral-Linie zentriert, W₊ und O_ sind symmetrisch dazu versetzt und regen die Flanken A bzw. A des Spektrums an.

Mittels eines Signals INH unterdrückt der Steuerkreis 40 periodisch den Ausgang des aktiven Filters 42 und unterbricht so die Detektion, die für die Hohlraumregelung benutzt wird während der Perioden, in denen # = O bzw. 0_. Diese Detektion findet nur statt, wenn £?_ =0. sowie nach einer Abklingtotzeit,

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Der Maser dient insbesondere als Frequenznormal.

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PATENTANWÄLTE

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Ebauches S.A.

CH-2Ö01 NeuchStel 757

Paten tansprüche

Μ./ Verfahren zur Regelung eines passiven Masers mit einem
Resonanzhohlraum, der ein zu stimulierter Emission anreqbares
Medium enthält, bei dem von einem im Hohlraum erfaßten Signal
ein erstes Fehlersignal abgeleitet wird, das repräsentativ
ist für die Abweichung zwischen der Anregesignal-Trägerfrequenz des Hohlraums und der stimulierten Emissionsfrequenz _t
und dieses erste Fehlersignal für die Nachregelung der Trägerfrequenz benutzt wird, und bei dem von dem im Hohlraum erfaßten
Signal ein zweites Fehlersignal abgeleitet wird, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Hohlraumresonanzfreauenz und der Trägerfrequenz und dieses zweite Fehlersignal für die Nachregelüng der Resonanzfrequenz benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung des zweiten Fehlersignals periodisch
unterbrochen wird und das erste Fehlersignal nur während dieser
Unterbrechungsperioden abgeleitet wird.
2. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers gemäß Ansprudh T, dadurch gekennzeichnet, daß während der Unterbrechungsperioden die Anregesignal-Trägerfrequenz des Hohlraums alternierend nach der einen oder andern Seite symmetrisch versetzt wird und daß das erste Fehlersignal durch Bestimmen der Abweichungen zwischen den sich ergebenden Amplituden des im Hohlraum erfaßten Signals abgeleitet wird.
3. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versetzung des Trägerfrequenz um diskre'te Werte, vorgenommen wird.

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4. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungsperioden im wesentlichen dieselbe Dauer haben wie die Perioden, während denen das zweite Fehlersignal abgeleitet wird.
5. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer in der Größenordnung von 10 Sekunden liegt.
6. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abweichung zwischen den versetzten Frequenzen in der Größenordnung von 1 Hz vorgesehen wird.
7. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz alternierend während einer Unterbrechungsperiode in der einen Richtung versetzt wird und während der nachfolgenden Unterbrechungsperiode in der andern Richtung.
8. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung des ersten Fehlersignals die folgenden Schritte umfaßt:

- Wandlung des im Hohlraum erfaßten Signals in einen Impulszug mit einer Frequenz proportional der Amplitude dieses Signals,

- Zählung dieser Impulse innerhalb jeder Unterbrechungsperiode während eines vorgegebenen Zeitintervalls,

- Integration der nacheinander auftretenden Differenzen dieser Impulszählungen, und

- Umsetzung des Integrationsergebnisses in eine Spannung, die das erste Fehlersignal bildet und für die Nachregelung der Anregesignal-Trägerfrequenz des Hohlraums verwendet wird.
9. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Zählintervall eine Totzeit zum Abklihgenlassen von Übergangserscheinungen vorgesehen wird.

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10, Passiver Maser mit einem Resonanzhohlraum, der mit einem zu stimulierter Emission anregbaren Medium gefüllt ist, mit einer Einrichtung zum Anlegen eines Anregesignals an den Hohlraum mit einer Trägerfrequenz im wesentlichen gleich der Eigenfrequenz der stimulierten Emission, mit einer auf ein im Hohlraum erfaßtes Signal ansprechend ausgebildeten Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals, das repräsentativ ist ^ür die Abweichung zwischen der Trägerfrequenz und der Frequenz der stimulierten Emission, mit einer auf das erste Fehlersignal ansprechend ausgebildeten Einrichtung zum Nachregeln der Trägerfrequenz, mit einer auf das im Hohlraum erfaßte Signal ansprechend ausgebildeten Einrichtung zur Erzeugen eines zweiten Fehlersignals, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Hohlraumresonanzfrequenz und der Trägerfrequenz, und mit einer auf das zweite Fehlersignal ansprechend ausgebildeten Einrichtung zum Nachregeln der Hohlraumresonanzfrequenz,

gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung zum periodischen Sperren der das zweite Fehlersignal erzeugenden Einrichtung und

- eine Einrichtung zum Bewirken einer Versetzung der Hohlraumanregungsfrequenz alternierend in entgegengesetzten Richtungen während der Sperrperioden.

11, Passiver Maser mit einem Resonanzhohlraum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Versetzen der Anregungsfrequenz des Hohlraums ein programmierbares Frequenzsynthesegerät umfaßt.

12, Passiver Maser mit einem Resonanzhohlraum nach AnsDruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des ersten Fehlersignals umfaßt:

- einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer/ an den das im Hohlraum erfaßte, gleichgerichtete Signal angelegt ist und der einen für die Amplitude dieses Signals repräsentative Frequenz aufweisenden Impulszug erzeugt,

- ZählsoRaltkreise für Zählung der Ausgangsimpulse dieses Umsetzers innerhalb jeder Sperrperiode während eines vorgegebenen Zeitintervalls, ' 030037/0631

Integrierschaltkreise für Integration der aufeinanderfolgenden Differenzen zwischen den Zählungen der Zählschaltkreise, und

einen Digital-Analog-Wandler, der an den Ausgang der Integrierschaltkreise angekoppelt ist und dessen Ausgangssignal das erste Fehlersignal bildet.

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