SU534003A1

SU534003A1 - The method of tuning the frequency of the resonator of the hydrogen generator

Info

Publication number: SU534003A1
Application number: SU2071333A
Authority: SU
Inventors: Борис Андрианович Гайгеров; Людмила Петровна Елкина
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4126
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1974-11-01
Publication date: 1976-10-30

Description

тудному критерию 3. Дл его осуществлени модулируют собственную частоту резонатора симметричными, например, пр моугольными импульсами, что приводит к амплитудной модул ции сигнала водородного генератора с частотой первой гармоники модул ции в том случае, если резонатор расстроен относительно вершины линии излучени . Частоту резонатора лри этом стабилизируют относительно того значени , при котором отсутствует амплитудна модул ци сигнала водородного генератора с частотой модул ции собственной частоты резонатора. Недостатком этого способа настройки вл етс зависимость частоты водородного генератора от ширины линии излучени , обусловленна спин-обменными соударени ми атомов в накопительной колбе. Сдвиг частоты генерации от значени частоты перехода, невозмущенного спин-обменными соударени ми, зависит от интенсивности пучка атомов водорода, неоднородности магнитного пол и других факторов, вли ющих на ширину линии излучени . Теоретически сдвиг частоты из-за спин-обмепных соударений атомов определ етс соотношением л, -с.ц-(Лл. С - некоторый коэффициент, типичное 30 значение которого - глубина частотной модул ции резонатора; QP - добротность резонатора; 2бл - ширина линии излучени атомов 35 водорода. Эта зависимость приводит к нестабильности частоты водородного генератора, котора в отдельных случа х достигает (1-нЗ)-10-12 g относительном выражении. Целью изобретени вл етс повышение стабильности частоты водородного генератора при автоматической стабилизации резонатора по амплитудному критерию за счет устранени 45 зависимости частоты генерации от ширины липии излучени . Поставленна цель достигаетс тем, что ввод т в такт с модул цией частоты модул цию добротности резонатора сигналом, величину и пол рность которого устанавливают по признаку минимальной зависимости частоты генерации от ширины линии излучени . Модулировать ширину линии излучени можно любым известным способом, например, 55 изменением интенсивности пучка. При этом сдвиг частоты линии излучени , вызванный спин-обменным взаимодействием атомов, смещает частоту генератора, резонатор которого настроен по амплитудному критерию. Предлагаетс в такт с частотной модул цией ввести модул цию добротности резонатора (AQp), котора при автоматической настройке резонатора по амплитудному критерию смещает частоту , резонатора в сторону того склона ча50 60 65 стотной характеристики, на котором добротность в результате модул ции оказываетс больше. Величина этого сдвига зависит от глубины модул ции добротности резонатора, глубины частотной модул ции, ширины линии излучени атомов и определ етс соотношением: AQp 5, А /О /в /вг - номинальное значение частоты водородного генератора; AQp - относительна величина глубины модул ции добротности резонатора; 2-бл - ширина линии излучени ; Дшм - глубина расстройки резонатора. Глубину модул ции добротности резонатора предлагаетс эпизодически корректи Р ровать к тому значению, при котором изменевне сдвига частоты A/s, обусловленное спинобменными соударени ми атомов, будет скомпенсировано изменением частоты генерации при модул ции добротности резонатора, что соответствует условию A/Q-fA/s 0. В предложенном способе настройки в отличие от известного способа автоматической настройки по амплитудному критерию, значение частоты генерации не зависит от факторов, вызывающих изменение ширины линии излучени . На чертеже приведена функциональна схема системы автоматической настройки резонатора водородного генератора по амплитудному критерию с использованием предлагаемого способа настройки. Схема работает следующим образом. Модул ци собственной частоты резонатора 1 водородного генератора производитс путем подачи специально сформированного сигнала, например симметричных пр моугольных импульсов , с генератора модулирующих импульсов 2 на управл емый реактивный элемент 3, в качестве которого может быть использован варикап или переключающий диод, св занный с резонатором при помощи петли св зи. Сигнал водородного генератора после усилени и преобразовани в приемнике-преобразователе 4 подаетс на амплитудный детектор 5, на котором выдел етс огибающа амплитудной модул ции сигнала. Амплитуда низкочастотного сигнала на выходе амплитудного детектора 5 зависит от величины расстройки резонатора относительно вершины линии излучени , а сдвиг фаз относительно модулирующего - от знака расстройки. Низкочастотный сигнал с выхода селективного усилител 6 поступает на схему управлени 7 реверсивным двигателем 8, св занным с элементом перестройки резонатора 9, например, диэлектрическим штырем,This criterion is 3. For its implementation, the eigenfrequency of the resonator is modulated by symmetric, for example, rectangular pulses, which leads to amplitude modulation of the hydrogen generator signal with the frequency of the first harmonic of modulation if the resonator is detuned about the top of the radiation line. The frequency of the resonator is stabilized with respect to the value at which there is no amplitude modulation of the signal of the hydrogen generator with the frequency of modulation of the natural frequency of the resonator. The disadvantage of this adjustment method is the dependence of the frequency of the hydrogen generator on the width of the emission line, due to the spin-exchange collisions of atoms in the cumulative flask. The shift of the generation frequency of the value of the transition frequency unperturbed by spin-exchange collisions depends on the intensity of the hydrogen atom beam, the inhomogeneity of the magnetic field, and other factors that influence the width of the emission line. Theoretically, the frequency shift due to spin-objectile collisions of atoms is determined by the ratio l, -sc- (LL.C is a certain coefficient, the typical value of which is the depth of the frequency modulation of the resonator; QP is the Q factor of the resonator; 2b is the width of the radiation line 35 hydrogen atoms. This dependence leads to the instability of the frequency of the hydrogen generator, which in some cases reaches (1-NC) -10-12 g relative terms. The aim of the invention is to increase the frequency stability of the hydrogen generator during automatic stabilization of the resonator according to the amplitude criterion due to the elimination of the dependence of the generation frequency on the lipid width of the radiation 45. The goal is achieved by introducing the modulation of the quality factor of the resonator with a signal in time with modulation of the frequency, the magnitude and polarity of which is set by radiation lines. The width of the radiation line can be modulated by any known method, for example, 55 by changing the beam intensity. In this case, the frequency shift of the emission line caused by the spin-exchange interaction of atoms shifts the oscillator frequency, the resonator of which is tuned by the amplitude criterion. It is proposed to introduce modulation of the Q factor of the resonator (AQp) in the frequency modulated cycle, which, when automatically tuning the resonator according to the amplitude criterion, shifts the frequency of the resonator towards the slope of the frequency 60 60 65 which is higher as a result of the modulation. The magnitude of this shift depends on the modulation depth of the Q factor of the resonator, the depth of the frequency modulation, the width of the line of radiation of the atoms and is determined by the relation: AQp 5 A / O / V / Vg - the nominal value of the frequency of the hydrogen generator; AQp is the relative magnitude of the modulation depth of the Q factor of the resonator; 2-bl is the width of the emission line; DSM - the depth of detuning of the resonator. The depth of modulation of the Q factor of the cavity is proposed to be periodically adjusted to the value at which the change in the frequency shift A / s, due to the spin-exchange collisions of atoms, will be compensated by changing the generation frequency during the modulation of the resonator Q, which corresponds to the condition A / Q-fA / s 0. In the proposed tuning method, in contrast to the known automatic tuning method according to the amplitude criterion, the generation frequency value does not depend on the factors causing a change in the emission line width. The drawing shows a functional diagram of the system for automatically adjusting the resonator of the hydrogen generator according to the amplitude criterion using the proposed tuning method. The scheme works as follows. The natural frequency of the resonator 1 of the hydrogen generator is modulated by applying a specially shaped signal, such as symmetrical rectangular pulses, from the generator of modulating pulses 2 to the controlled reactive element 3, which can be used as a varicap or switching diode connected to the resonator connection loops. The signal of the hydrogen generator after amplification and conversion in the receiver-converter 4 is fed to the amplitude detector 5, on which the amplitude envelope of the signal is highlighted. The amplitude of the low-frequency signal at the output of the amplitude detector 5 depends on the magnitude of the detuning of the resonator relative to the top of the emission line, and the phase shift relative to the modulating one depends on the sign of the detuning. The low-frequency signal from the output of the selective amplifier 6 is fed to the control circuit 7 of a reversible motor 8 connected to a tuning element of the resonator 9, for example, a dielectric pin,

вводимым в резонатор. Таким образом, система регулкропани автоматически подстраивает частоту резонатора к тому среднему значению, при котором отсутствует амплитудна модул ци сигнала водородного генератора с частотой первой гармоники модулирующего сигнала .introduced into the resonator. Thus, the regulation system automatically adjusts the resonator frequency to an average value at which there is no amplitude modulation of the hydrogen generator signal with the frequency of the first harmonic of the modulating signal.

Модул ци добротности резонатора производитс путем подачи модулирующих импульсов с выхода генератора 2 через схему корректировки глубины модул ции 10 на управл емое активное сопротивление И, например полупроводниковый диод, св занный с резонатором посредством петли св зи.The Q-factor of the resonator is produced by applying modulating pulses from the output of the generator 2 through the modulation depth adjustment circuit 10 to the controlled resistance I, for example, a semiconductor diode connected to the resonator by means of a communication loop.

Модул ци ширины линии излучени (бл) производитс изменением интенсивности пучка атомов водорода 12 при помощи специального модул тора 13. Период модул ции ширины линии излучени выбираетс много большим времени установлени в системе автоматической подстройки резонатора. Вариации частоты генерации, сопровождающие модул цию ширины линии излучени , измер ютс специальным сличительным устройством 14 при сличении частоты стабилизируемого генератора и вспомогательного опорного генератора 15.The modulation of the emission line width (bl) is carried out by varying the intensity of the hydrogen atom beam 12 using a special modulator 13. The modulation period of the emission line width is chosen much longer than the establishment time in the automatic tuning system of the resonator. Variations of the generation frequency accompanying the modulation of the width of the emission line are measured by a special comparator 14 when comparing the frequency of the stabilized generator and the auxiliary reference oscillator 15.

Предложенный способ настройки резонатора водородного генератора включает следующие операции: модул цию частоты резонатора симметричными , например, пр моугольными импульсами; модул цию добротности резонатора симметричными, например пр моугольными импульсами; автоматическую стабилизацию частоты резонатора по амплитудному критерию; включение модул ции ширины линии излучени ; измерение девиации частоты водородного генератора в такт с модул цией ширины линии излучени ; корректировку глубины модул ции добротности установку такого значени глубины модул ции, при котором девиаци частоты минимальна; прекращение модул ции ширины линии излучени и переход на автономный режим работы с автоподстройкой по амплитудному критерию.The proposed method of tuning the hydrogen generator resonator includes the following operations: modulation of the resonator frequency by symmetric, for example, square-wave pulses; modulation of the quality factor of the resonator by symmetric, for example, rectangular pulses; automatic stabilization of the frequency of the resonator according to the amplitude criterion; switching on the emission line width modulation; measurement of the frequency deviation of the hydrogen generator per cycle with the modulation of the width of the emission line; adjusting the quality modulation depth setting the modulation depth so that the frequency deviation is minimal; stopping the modulation of the emission line width and switching to autonomous mode with auto-tuning by amplitude criterion.

Использование предложенного способа настройки частоты резонатора водородного генератора обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:Using the proposed method of tuning the frequency of the hydrogen generator resonator provides the following advantages compared with the known methods:

позвол ет значительно повысить долговременную стабильность частоты водородного генератора на интервалах времени, ограниченных только ресурсом работы устройства; использовать водородные генераторы в качестве хранителей времени в режиме непрерывной работы; удешевить конструкцию водородного генератора за счет упрощени узлов, обеспечивающих стабилизацию его частоты.allows to significantly increase the long-term stability of the frequency of the hydrogen generator at time intervals limited only by the service life of the device; use hydrogen generators as time keepers in continuous operation; reduce the cost of construction of a hydrogen generator by simplifying the nodes that provide stabilization of its frequency.

Введение предложенного способа настройки позволило уменьшить средпеквадратическое относительное суточное отклонение выходной частоты квантовой меры на водородном генераторе от среднего за мес ц с () 10 доThe introduction of the proposed tuning method made it possible to reduce the mean square relative daily deviation of the output frequency of a quantum measure on a hydrogen generator from the average value from () 10 to

()-10-.()-ten-.

Частота генератора в течение шести мес цев не корректировалась и за это врем дрейф частот с погрешностью в относительном выражении обнаружен не был. Среднеквадратическа вариаци частоты выходного сигнала 2 МГц квантовой меры частоты составила 3-10- при времени измерени 10 с; МО- за 100 с и более. Водородные генераторы с использованиемThe frequency of the generator for six months was not corrected and during this time the frequency drift was not detected with an error in relative expression. The RMS variation of the output frequency of a 2 MHz quantum frequency measure was 3–10 with a measurement time of 10 s; MO for 100 s and more. Hydrogen generators using

предложенного способа настройки могут найти применение в качестве источников сигналов с высокой долговременной стабильностью в составе эталонов времени и частоты, в навигационных системах.The proposed tuning method can be used as sources of signals with high long-term stability as part of time and frequency standards in navigation systems.

Claims

Invention Formula

A method for adjusting the frequency of a hydrogen generator resonator, which consists in modulating the natural frequency of the resonator by symmetrical, for example, square pulses, and in automatically stabilizing its average value, which does not have amplitude modulation of the generator output signal, characterized in that , the modulation of the quality factor of the resonator by a signal is introduced into the tact with frequency modulation, the magnitude and polarity of which are set on the basis of the minimum dependence generation frequency of the radiation line width.