DE3005123C2

DE3005123C2 - Verfahren zur Regelung eines passiven Masers und nach dem Verfahren arbeitender Maser

Info

Publication number: DE3005123C2
Application number: DE3005123A
Authority: DE
Inventors: Helmuth-Hugo Sugiez Brandenberger; Giovanni Neuenburg Busca
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1982-04-29
Also published as: FR2451061A1; GB2044521A; NL8001375A; FR2451061B1; JPS55124285A; JPS584474B2; GB2044521B; DE3005123A1; US4326174A

Description

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 Probesignal ein erstes Fehlersignal gebildet wird, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Trägerfrequenz des Hohlraumanregesignals und der Eigenfrequenz der stimulierten Emission, dieses erste Fehlersignal verwendet wird, um diese Trägerfrequenz nachzuregeln, ausgehend von dem im Hohlraum gewonnenen Probesignal ein zweites Fehlersignal erzeugt wird, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Hohlraumresonanzfrequenz und der Anregesignalträgerfrequenz, und dieses zweite Fehlersignal verwendet wird, um die Hohlraumresonanzfrequenz 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.1.1976. Seite 369 - 380.

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 bekannte Typ von Maser nur dann 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 Xegelschleife der Hohlraumresonanzfrequenz die Regelschleife für die Anregesignalträgerfrequenz 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, das Regelverfahren nacn dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß das Fehlersignal der Hohlraumregelschleife nicht gestört wird von dem parasitären Signal der Anregesignalfrequenz-Regelschleife. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst; also dadurch, daß man periodisch die Funktion der Hohlraumrp.gelschleife unterbricht und der anderen Regelschleife ermöglicht, die Trägerfrequenz des Anregesignals ausschließlich während der Unterbrechungsperioden der Hohlraumregelschleife nachzustellen.

Diese Erfindung ist im Patentanspruch 1 definiert.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalt man einen passiven Maser, der eine erheblich höhere Stabilität gegenüber herkömmlichen passiven Masern aufweist, wie sie in der obenerwähnten Veröffentlichung beschrieben wurden.

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

Fig. 1 zeigt einen Maser gemäß dem Stand der Technik:

F i g. 2 zeigt einen Maser gemäß der Erfindung;
F i g. 3 erläutert die Arbeitsweise des Masers nach F i g. 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.

ίο Fig. 1 zeigt schematisiert einen bekannten Maser ähnlich dem, wie er in der obenerwähnten 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 Frequenz«^ moduliert, typischerweise 0,3 Hz, erzeugt von einem ersten Generator 24, sowie mit einer zweiten Frequenz ω ^L _m , typischerweise von 12 kHz, erzeugt von einem zweiten Generator 34. Das modulierte Signal wird eii.em Frequenzmultiplikator 4 zugeführt. Dai Signal von 5 MHz wird außerderr -mem Synthesegerät 3 zugeführt, und die Ausgänge des Multiplikators 4 und des Synthesegerätes 3 werden einem Mischer 5 zugeführt, der ein Signal mit einer Trägerfreciuenz oiq nahe 1420MHz liefert, das in den Hohlraum 10 eing· speist wird.

Der Hohlraum 10 ist auf die Eigenfrequenz ω« der stimulierten Emission des im Hohlraum enthaltenen Mediums abgestimmt. In dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Wasserstoffmaser, wobei der Übergang für die stimulierte Emission der Übergang vom Zustand F=I, mf=0 zum Zustand F=O, mf = 0 eines Wasserstoffatoms ist, das sich in einem Magnetfeld befindet, um die Zeemann-Unterniveaus rtif = + ] und ITIf= — 1 vom Zustand F= 1 zu trennen. Die Eigenfrequenz ω« die&es Übergangs befindet sich nahe 1420 MHz (1420/05751 ... MHz).

Der Hohlraum 10 kann als ein Bandfilter betrachtet werden, dessen Gütefaktor Q_c je nach dem Kühlraumvolumen zwischen 5000 und 50 000 liegen kann. Für einen Gütefaktor in der Größenordnung von 30 000 kann der Hohlraum mit dem in ihm enthaltenen Medium als Kombination eines solchen Filters mit einem Filter betrachtet werden, das einen Gütefaktor Q₁, in der Größenordnung von 10⁹ besitzt.

Ein Verstärker 12 erfaßt ein Probesignal in dem Hohlraum und verstärkt es. Dieses Probesignal 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.

'η den Regelorganen 20 des Oszillators 1 wird das vom Amplitudendetektor 13 gelieferte Hüllsignal einem Filter 22 zugeführt, das im wesentlichen die: Frequenzen nahe der ersten Modulationsfrequenz ω" , hier 0,3 Hz. des Generators 24 durchläßt. Das gefilterte Signal wird einem Phasewletektor 23 z-jgeführt, dessen anderer Eingang am Generator 24 liegt, um so eine Synchronerfassung zu bewirken, welche festzustellen gestattet, ob die Anregesignal-Trägerfrequenz wq für d<sn Höhlraum richtig auf die Eigenfrequenz ωπ 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 einer

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 Modulationsfrequenz ω % 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 zsveite Modulalionsffequenz ω £ Zuzuführen. Das vom Phasendetektor 33 gelieferte Fehlersignal bezieht sich auf eine Abweichung der Hohlraumresonanzfrequenz des Hohlraums 10 relativ zur Trägerfrequenz ωςχ Dieses Fehlersignal, integriert mittels Integrator 35, wird zur Steuerung einer variablen Kapazität 36 verwendet, die an den Hohlraum 10 angekoppelt ist und mittels der leicht die Hohlraumresonanzfrequenz a>c im Sinne einer Korrektur verändert werden kann.

Insgesamt überprüft bei einem solchen Maser das Signal, das phasenmoduliert ist mit den Frequenzen ω" (0,3 Hz) bzw. ω^ι _ψ (12 kHz), das Spektrum der stimulierten Emission des Wasserstoffs und die Resonanzkurve des Hohlraums, um jeweils den Oszillator für die Anregung der stimulierten Emission nachzuregeln bzw. die Hohlraumresonanzfrequenz mc nachzuregeln auf die Trägerfrequenz Wq, 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 Regelschleifen 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 ((Oc-(Oq) zwischen der Hohlraumresonanzfrequenz tue und der Trägerfrequenz ω<?, geliefert von dem Oszillator, auf einem relativ kleinen Wert von 10 -* im Langzeitbereich (in der Größenordnung von 10⁴SCc) halten.

B) Es wird festgestellt daß die Oszillatorregelschleife relativ zum Spektrum der stimulierten Emission zuverlässig auch bei Vorhandensein der Modulation der zweiten Regelschleife arbeitet während die zweite Regelschleife offen bleibt

Q Man schließt beide Regelschleifen und stellt fest daß die Resonanzfrequenz mc des Hohlraums von der Η-Linie Eigenfrequenz ωπ der stimulierten Emission abweicht wegen der unerwünschten Einflüsse, die sich in der Hohlraumregelschleife bemerkbar machen.

Man stellt fest daß die Regelschleife des Oszillators _ω bei der Eigenfrequenz der stimulierten Emission ein kräftiges parasitäres Signal erzeugt, das amplitudenmoduliert ist (AM) mit einer Modulationsfrequenz ω £ der Regelschleife des Hohlraums; selbst wenn der Hohlraum abgestimmt war. Darüber hinaus ist dieses Signal phasenmoduliert mit der Modulationsfrequenz ω ¹J₁ , die für die Anregung def stimulierten Emission verwendet wird.

Indem man die Anregemodulation der stimulierten Emission unterdrückt und die Trägerfrequenz ω<? von der Eigenfrequenz der stimulierten Emission absetzt, stellt man fest, daß das parasitäre Signal AM von einem Hochfrequenzsignal erzeugt wurde in Wechselwirkung mit der stimulierten Emission. Die Phase des parasitären AM-Signals unterliegt einem plötzlichen Wechsel um 180°, wenn man die Trägerfrequenz ω<? durch die Eigenfrequenz ω« der Stimulierlen Emission 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 Träger &>(? und zwei Seitenbänder ümfaßt.die 180° phasenversetzi sind und symmetrisch bei den Frequenzen (OQ+(u_m bzw. O)Q-(Um liegen, wobei Wq sehr nahe der Resonanzfrequenz des Hohlraums wc liegt, liefert die Hohlraumregelschleife ein Fehlersignal der Form

E = A₀C + D₀S

0)

f = (A₊ - A-) cos a>_m t + (D₊ + D.) sin a>_m t

(2)

5 = (D₊ - D.) cos 0_m t - (A₊+ A.) sin <u_m/

(3)

In diesen Gleichungen repräsentieren die Ausdrücke A₀, A₊, A. die Absorption des Hohlraums bei unterschiedlichen Frequenzen:

A₊=A ((U₀ + 6>J

A₀ = A (o>_Q)

A- = A (m_Q - m_m) ,

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

A (ω) =

y/2

γ² + (ω - u)_c)²

(4)

worin γ die halbe Breite der Resonanzkurve darstellt. Die Ausdrücke D₀, D₊, D. repräsentieren die Dispersion des Hohlraums bei entsprechenden Frequenzen <a_e, ωQ + m_m, ωQ - m_m, wobei die Dispersion der Gleichung folgt

D (ω)

γ (ω- a>c) y² + (ω - e,_c)²

(5)

Wenn man in den Hohlraum Wasserstoffatome einsetzt, die einer stimulierten Emission unterworfen werfen können, muß man in der Gleichung (1) die

Ausdrücke Λ_ο und D_n entsprechend den folgenden Substitutionen modifizieren:

A_n —> A_n + An D₁-, -> D₁, + D_n

worin /(// die Verstärkung infolge Vorhandenseins der Wi'sscrstoffatome darstellt und D_n die zugeordnete Dispersion bedeutet.

Die Substitution (6) impliziert einfach eine Änderung der Größe des Ausdrucks (/I_n + A_n) ε des Fehiersignals des Hohlraums.

Dagegen hat die Substitution (7) zur Folge, daß in dem Term (D₀ + D_n) S die Dispersion D_n vollständig überwiegt. Das Verhältnis D₁₁ZD₀ entspricht nämlich

1'! - D,

QiL ( ^ωο ' ^ωιι Qt \ Vq - (·>,

Iis ergibt sich, daß D_n um mehrere Größenordnungen höher liegt als D_n. Typischerweise ist

D₁₁ZD₁, = 1 · 10*⁴

o)q ~ ο),ι - 0,3 ■ 2 π RAD/sec und
(U₀-(Uf = 1-2/7 RAD/sec.

Man kann den Einfluß der Modulation mit niedriger Frequenz ω" auf den Träger als eine Frequenz-Fluktuation ansehen, die bewirkt, daß der Träger periodisch die Eigenfrequenz der stimulierten Emission durchläuft: Daraus ergibt sich, daß Du 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 Signa! 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 F i g. 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 F i g. 1 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 geliefert vom Multiplikator 4. um eine Trägerfrequenz coq 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 ^zugeführt werden. Jede Änderung der Ausgangsfrequenz des Synthesegerätes bringt eine entsprechende Änderung der Trägerfrequenz ω<? mit sieh. Der Steuerkfeis 40 kann demgemäß die Trägerfrequenz cüq verändern, um die stimulierte Emission anzuregen.

Der Steuerkreis 40 wird derart aufgebaut, daß die -, Trägerfrequenz cupsich wie in F i g. 3 angedeutet verhält und nacheinander die Werte annimmt, die mit ω+, con, O)-, (On, ω+, usw. angegeben sind, wobei ωιι die Mittenfrequenz der stimulierten Emission ist und o> ₊ bzw. o) - Frequenzen sind, die zur einen bzw. anderen

ίο Seite gegenüber ω// derart versetzt sind, daß sie vorzugsweise mit den seitlichen Umkehrpunkten der U-Kurve der stimulierten Emission zusammenfallen, die in F ι g. 4 dargestellt ist. Der Abstand zwischen ω. und ω liegt in der Größenordnung von I Hz. A ♦ bzw. A

H bezeichnen hier die Werte der Spektralkurve bei den Frequenzen ω. bzw. W .

Die Trägerfrequenz o>y 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 Versetzungsstufen haben im wesentlichen die gleiche Dauer, welche typischerweise in der Größenordnung von 10 see liegt.

Für die Erfassung wird das Hüllsignal, geliefert 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 F i g. 5. Hier mag es genügen festzuhalten, daß unter Steuerung durch den Steuerkreis 40 die folgenden Funktionen erfüllt werden:

Wenn ω<?=ω* oder α>ρ=ω , werden die Ausgangsimpulse des Umsetzers 44 während einer bestimmten

4ö Dauer gezählt. Das Ergebnis ist eine Zahl entsprechend ,A*. wenn ωρ=ω₄, und A~. wenn ωρ=ω-. Die;,e ' Zahlen werden gespeichert. Die jeweiligen Zählperioden sind in der zweiten Linie der Fig.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 Eigenfrequenz <üh der stimulierten Emission einzuregeln.

Die Regelschleife für den Hohlraum arbeit« nach dem m F i g. 1 dargestellten Prinzip.

Für die Detektion wird das Hüllensignal, geliefert vom Amplituderidetektor 13, 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 Synchronclctcktion ϊ zu bewirken. Da« Ausgangssignal des Phasendeteklors 33 wird an den Integrator 35 gelegt, dessen Ausgang mit einer variable.ι Kapazität 36 verbunden ist, um die Resonanzfrequenz des Hohlraums 10 auf die Trägerfrequenz wpnachzuregeln.

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 Wy=GK bzw. ωρ=ω ,d.h. während der Meßperioden von A* k7w A D3S Αϋ5^σ3Π^σ5?!^σΠ2ΐ dc^c FUt¹STS 42 !St demgemäß nur während der Zwischenphase C vornanden, wenn ωρ=ω;/ ist, wobei eine kleine Totzeit d' vorgesehen ist für das Abklingenlassen der Übergangstrscheinungen nach der abrupten Änderung von ojq.

Auf diese Weise interferieren die Messungen A * bzw. A und die Abweichungen der Frequenzen W(I=Ui, fczw. ωρ=ω nicht mehr mit der Regelung des Hohlraums.

Natürlich wirkt während der Zeit, während der der Ausgang des Filters 42 unterdrückt ist, die Regelung des Hohlraums weiterhin, da der Integrator 35 die Rolle •ines Speichers spielt, welcher den Wert der Regelspan-•ung aufrechterhält.

Die Besonderheit der Funktion des Masers gemäß der Erfindung ergibt sich aus der letzten Linie der F i g. 3, die die Teilzeitfunktion der beiden Regelschleifen illustriert und zusammenfaßt. Die Perioden C während weichen die Regelung des Hohlraums vollständig in Betrieb ist, wechseln ab mit Meßperioden von A* bzw. A-. verwendet für die Regelung des Oszillators auf die Eigenfrequenz der stimulierten Emission. -to

Wie oben erläutert, empfängt der Verarbeitungskreis 45 vom Spannungsfreruenzumsetzer V7F44 einen logischen Impulszug. Gemäß Fig.5 werden diese Impulse einem Zähler 202 zugeführt Dieser Zähler 202 empfängt darüber hinaus ein Zähleinleitsignal EN fEntsperrung) vom Steuerkreis 40, welches Signal in der tweiten Linie der Fig.3 erkennbar ist Er empfängt ferner vom Steuerkreis 40 über Leitung Z einen Nullrücksetzimpuls zu Beginn jeder Zählperiode.

Der Zähler 202 ist verbunden mit einem Komparator 103, an den außerdem ein Vorwärts-Rückwärtszähler 104 angeschlossen ist Ein Schaltkreis 205 liefert Zählimpulse an den Vorwärts-Rückwärtszähler 204 wie auch an einen zweiten Vorwärts-Rückwärtszähler 206. Ein Logikkreis 207, gesteuert vom Steuerkreis 40, empfängt die Informationen vom Zähler 203, weiche Informationen angeben, welcher der Kreise 202 bzw. 204 die größere Zahl enthält, sowie auch eine eventuelle Gleichheit anzeigt. In Abhängigkeit von diesen Informationen und in Abhängigkeit vom Steuersignal, geliefert vom Stcucrkrcis 40, liefert der Logikschaltkreis 207 den Vorwärts-Rückwärtszählern 204 und 206 Signale bezüglich der Zählrichtung (Vorwärtszählung oder Rüekwärtszählung) sowie Signale für die Einleitung der Zählung von Impulsen, herrührend vom Schaltkreis 205.

Die Schaltung bestehend aus den Schaltkreisen 202 bis 206 ist so aufgebaut, daß sie wie nachstehend angegeben arbeitet.

Im Ansprechen auf das Signal JEWzählt der Zähler 202 die Impulse während der festgelegten Perioden A * bzw. A . entsprechend den Perioden, während o)y = ct), bzw. gleich ω ist, wobei noch eine kleine Verzögerung i vorgesehen ist, um die Übergangserscheinungen abklingen zu lassen. Darüber hinaus setzt zu Beginn jeder Mpßneriode von A * oder A ein Impuls auf Leitung 7 den Zähler 202 anfänglich auf Null. Am Ende einer Meßperiode A * oder A enthält demgemäß der Zähler 202 einen numerischen Zählstand entsprechend dem Wert von A * oder A .

Danach werden Berechnungen wie folgt durchgeführt: Impulse werden vom Schaltkreis 205 dem Vorwärts-Rückwärtszähler 204 zugeführt und aufaddiert (oder subtrahiert je nach dem Vorzeichen der Differenz zwischen Zähler 202 (Vorwärts-Rückwärtszähler 204), solange, bis der Komparator 203 anzeigt, daß Gleichheit vorliegt Daraus folgt, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler 204 alternierend die Werte A* bzw.Λ annimmt

Demgemäß repräsentieren die Impulse, die vorwärts oder rückwärts gezählt wurden von dem Vorwärts-Rückwärtszähler 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 206, jedoch mit einer Zählrichtung, die nicht notwendigerweise dieselbe ist wie für den Zähler 204. Die Zählrichtung im Zähler 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 206 akkumuliert wobei zwei aufeinanderfolgende entgegengesetzte Differenzen in demselben Sinne in dem Zähler 206 akkumuliert werden infolge des Eingriffs vom Logikkreis 207. Infolgedessen integriert der Zähler 206 numerisch die Abweichung zwischen A* und A- und sein numerischer Zählstand repräsentiert demgemäß eine Größe, die geeignet ist für die Korrektur der Oszillatorfrequenz. Dieser numerische Zählstand wird dem Analog-Digitahvandler 44 zugeführt, der die erforderliche Regelspannung liefert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers mit einem Hohlraum, der ein zu stimulierter Emission anregbares Medium enthält und dessen Resonanzfrequenz auf die Eigenfrequenz der stimulierten Emission abgestimmt ist, bei dem von einem im Hohlraum erfaßten Probesignal ein erstes Fehlersignal abgeleitet wird, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Anregesignal-Trägerfrequenz des Hohlraums und der Eigenfrequenz der stimulierten Emission, und dieses erste Fehlersignal für die Nachregelung der Anregesignal-Trägerfrequenz für d°n Hohlraum benutzt wird, und bei dem von dem im Hohlraum erfaßten Probesignal ein zweites Fehlersignal abgeleitet wird, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Hohlraumresonan7.^fl-equenz und der Anregesignal-Trägerfrequenz und dieses zweite Fehlersignal für die Nachregelung 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 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Unterbrechungsperioden die Anregeiignal-Trägerfrequenz des Hohlraums alternierend nach der einen oder andern Seite symmetrisch versetzt wird und daß das erste Fehlersignal durch Bestimmen der Abweichui ^en 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 der Trägerfrequenz um diskrete Werte vorgenommen wird.

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 aas xweite 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 I Hz vorgesehen wird.

7. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz des Anregesignals alternierend während einer Unterbrechungsperiode in der einen Richtung versetzt wird und während der nachfolgenden Unierbrechungsperiode in der anderen 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 proportion nal der Amplitude dieses Signals, es

— Zählung dieser impulse innerhalb jeder Unterbreehungsperiode während eines vorgegebenen Zeitintervalls.

— Integration der nacheinander auftretenden Differenzen dieser Impulszählungen, und

— Umsetzung des Integrationsergebnisses in eine Spannung, die das erste Fehlersigna] bildet und für die Nachregelung der Anregesignal-Trägerfrequenz des Hohlraums verwendet wird.

9. Verfahren zur Regelung eines passiven Masers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnt i, daß vor jedem Zählintervall eine Totzeit zum Abklingenlassen von Obergangserscheinungen vorgesehen wird.

10. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 arbeitender passiver Maser mit einem Hohlraum, 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 Probesignal ansprechend ausgebildeten Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Trägerfrequenz und der Eigenfrequenz der stimulierten Emission, mit einer auf das erste Fehlersignal ansprechend ausgebildeten Einrichtung zum Nachregeln der Trägerfrequenz, mit einer auf das im Hohlraum erfaßte Probr-signal ansprechend ausgebildeten Einrichtung zur Erzeugung 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 Einrich tungund

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

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

12. Passiver Maser mit einem Hohlraum nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zun Erzeugen des ersten Fehlersignals umfaßt:

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

— Zählschaltkreise für Zählung der Ausgangsimpulse dieäes Umsetzers innerhalb jeder Sperrperiode während eines vorgegebenen Zeitintervalls.

— 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.