SU721765A1

SU721765A1 - Quantum meter of high-stability oscillation characteristics

Info

Publication number: SU721765A1
Application number: SU772475551A
Authority: SU
Inventors: Андрей Михайлович Годунов; Юрий Васильевич Ястребов; Владимир Васильевич Корниенко
Original assignee: Войсковая часть 31303
Priority date: 1977-04-14
Filing date: 1977-04-14
Publication date: 1980-03-15

Description

Союз Советских Социалистических Республик Union of Soviet Socialist Republics | !. ί κσ ъ. _λ о п и с а'н“ие ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ| ! ί κσ b. _λ about p and with a'n “the INVENTIONS to the COPYRIGHT CERTIFICATE -йка* f ι·υ 721765 yayka * f ι · υ 721765 (61) Дополнительное к авт. свид-ву - (61) Additional to author certificate woo - WF Wf (22)3аявлено 14.04.77 (21) 2475551/18-21 с присоединением заявки № - (22) 3April 14.04.77 (21) 2475551 / 18-21 with the attachment of application No. - (51 )М. Кл! G 01 R 23/12 (51) M. Kl! G 01 R 23/12 Государственный комитет State Committee CSSP CSSP (23)Приоритет - (23) Priority - во делам изобретений for inventions Опубликовано 15.03.80. Бюллетень № 10 Published 03/15/80. Bulletin No. 10 (53) УДК 621.317,. (53) UDC 621.317 ,. и открытий and discoveries Дата опубликования описания 15.03.80 Date of publication of the description 03.15.80 .76(088.8) .76 (088.8)

(72) Авторы изобретения(72) The inventors

А. М. Годунов, Ю. В. Ястребов и В. В. Корниенко (71) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКОВ ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙA.M. Godunov, Yu. V. Yastrebov and V.V. Kornienko (71) Applicant (54) QUANTUM MEASURER OF CHARACTERISTICS OF SOURCES OF HIGHLY STABLE OSCILLATIONS

22

Изобретение может быть использовано при разработке, испытаниях и эксплуатации квантовых и кварцевых мер частоты.The invention can be used in the development, testing and operation of quantum and quartz frequency measures.

Известен прибор для сличения частот Ч7-29А, содержащий приемное устройство с антенной, фазовый детектор, фазовращатель с отсчетным устройством, сервоусилитель, включающий в себя усилитель, модулятор и электродвигатель, и высокостабильный эталонный генератор [1].A known device for frequency comparison Ch7-29A, containing a receiving device with an antenna, a phase detector, a phase shifter with a reading device, a servo amplifier, including an amplifier, modulator and electric motor, and a highly stable reference generator [1].

Данный прибор характеризуется недостаточной точностью измерений.This device is characterized by insufficient measurement accuracy.

Известна квантовая мера частоты, содержащая автогенератор, фазовращатель с отсчетным устройством и цепью управления фазовращателем, умножитель частоты, параллельно которому^ включен синтезатор частоты, управляемый генератором низкой частоты, и последовательно соединенные цепь формирования сигнала СВЧ возбуждения, квантовый дискриминатор, предварительный усилитель, избирательный усилитель, синхронный детектор и цепь формирования сигнала ошибки, причем фазовращатель включен между выходом автогенератора и входом умножителя частоты, а цепь управления фазовращателем подключена к цепи формирования сигнала ошибки [2].A known quantum frequency measure comprising a self-oscillator, a phase shifter with a reading device and a phase shifter control circuit, a frequency multiplier, in parallel with which a frequency synthesizer controlled by a low-frequency generator is switched on, and a microwave excitation signal generating circuit, a quantum discriminator, a preliminary amplifier, a selective amplifier, a synchronous detector and an error signal generating circuit, the phase shifter being connected between the output of the oscillator and the input of the frequency multiplier, and the phase shifter control circuit is connected to the error signal generating circuit [2].

В таком устройстве не реализуется потенциальная точность измерения характеристик внешних источников высокостабильных колебаний, так как фазовращатель включен на входе умножителя и синтезатора частоты.Such a device does not realize the potential accuracy of measuring the characteristics of external sources of highly stable oscillations, since the phase shifter is turned on at the input of the multiplier and frequency synthesizer.

Целью изобретения является повышение точности измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Это достигается тем, что в квантовом измерителе характеристик источников высокостабйльных колебаний вход фазовращателя подключен к выходу цепи формирования сигнала СВЧ возбуждения, а выход его подключен к входу квантового дискриминатора.This is achieved by the fact that in the quantum meter of characteristics of highly stable oscillation sources, the input of the phase shifter is connected to the output of the microwave excitation signal generation circuit, and its output is connected to the input of the quantum discriminator.

Включение фазовращателя непосредственно на вход квантового дискриминатора обеспечивает наибольшую точность измерения, которая может быть достигнута с помощью данного типа квантового дискриминатора. Например, на частоте цезия-133, равной 9192631770Гц, ошибка измерений в 10° при времени измерения 1 ч соответствует погрешности 1-Ю’⁶, в то время как при включении фазовращателя на входы квантового измерителя (5 мГц), эта ошибка составляет 1,3-10^-12.Turning the phase shifter directly to the input of the quantum discriminator provides the greatest measurement accuracy that can be achieved using this type of quantum discriminator. For example, at a frequency of cesium-133, equal 9192631770Gts, measurement error at 10 ° for a measurement time of 1 h corresponds to an error of 1-U ^'6, whereas when the phase shifter to the inputs of the quantum detector (5 MHz), the error is 1, 3-10 ^-12 .

На чертеже представлена структурная блок-схема квантового измерителя характеристик источников высокостабильных колебаний, содержащего источник 1 сигнала, фазовращатель 2, умножитель частоты 3, синтезатор частоты 4, генератор 5 низкой частоты, формирователь 6 сигнала СВЧ возбуждения, квантовый дискриминатор 7, предварительный усилитель 8, избирательный усилитель 9, синхронный детектор 10, формирователь И сигнала ошибки, блок управления 12 фазовращателем, отсчетное устройство 13.The drawing shows a structural block diagram of a quantum meter of characteristics of highly stable oscillation sources, containing a signal source 1, a phase shifter 2, a frequency multiplier 3, a frequency synthesizer 4, a low frequency generator 5, a microwave excitation signal generator 6, a quantum discriminator 7, a preliminary amplifier 8, selective amplifier 9, synchronous detector 10, driver And error signal, control unit 12 phase shifter, reading device 13.

Квантовый измеритель работает следующим образом.The quantum meter works as follows.

Исследуемый сигнал с выхода автогенератоpa 1 (или другого исследуемого источника высокостабильных колебаний) поступает на входы умножителя 3 и синтезатора 4, управляемого генератором 5. Коэффициент умножения в умножителе выбирается в зависимости от используемого квантового дискриминатора. Синтезатор 4 обеспечивает формирование и модуляцию с помощью генератора 5. дополнительной частоты, которая в цепи формирования сигнала возбуждения вместе с выходной частотой умножителя 3 преобразуется до частоты выбранной спектральной линии. Сигнал возбуждения посту· пает через фазовращатель 2 на квантовый дискриминатор 7, затем усиливается предварительным 8 и избирательным 9 усилителями и поступает на синхронный детектор 10. В детекторе этот сигнал сравнивается с опорным сигналом от генератора 5 низкой частоты.The studied signal from the output of the oscillator 1 (or another investigated source of highly stable oscillations) is fed to the inputs of the multiplier 3 and synthesizer 4 controlled by the generator 5. The multiplication factor in the multiplier is selected depending on the used quantum discriminator. Synthesizer 4 provides the formation and modulation using the generator 5. additional frequency, which in the circuit for generating the excitation signal together with the output frequency of the multiplier 3 is converted to the frequency of the selected spectral line. The excitation signal is transmitted through the phase shifter 2 to the quantum discriminator 7, then it is amplified by preliminary 8 and selective 9 amplifiers and fed to the synchronous detector 10. In the detector, this signal is compared with the reference signal from the low-frequency generator 5.

Амплитуда сигнала на выходе детектора определяется величиной отклонения действительного значения частоты сигнала СВЧ возбуждения от частоты спектральной линии атомов, а знак этого сигнала зависит от стороны отклонения.The amplitude of the signal at the detector output is determined by the deviation of the actual frequency of the microwave excitation signal from the frequency of the spectral line of the atoms, and the sign of this signal depends on the side of the deviation.

Выходной сигнал детектора в цепи формирования сигнала ошибки преобразуется и поступает на блок управления 12 фазовращателем. При совпадении частоты сигнала СВЧ возбуждения на входе квантового дискриминатора 7 с частотой спектральной линии- сигнал частоты модуляции на выходе квантового дискриминатора равен нулю, сигнал управления на фазовращателе 2 отсутствует. Вследствие изменения частоты исследуемого сигнала на выходе квантового дискриминатора 7 появляется сигнал, соответствующий разности частот, который ком пенсируется следящей системой. Таким образом, обеспечивается автоматическое слежение за частотой исследуемого сигнала. При этом фазовращатель 2 выполняет функцию измерительного элемента, так как соединенное с ним отсчетное устройство 13 регистрирует изменение частоты во времени, тем самым обеспечивая автоматическое измерение стабильности частоты и погрешности воспроизведения действительного значения квантовых и кварцевых мер частоты.The output signal of the detector in the error signal conditioning circuit is converted and fed to the control unit 12 of the phase shifter. If the frequency of the microwave excitation signal at the input of the quantum discriminator 7 coincides with the frequency of the spectral line, the modulation frequency signal at the output of the quantum discriminator is zero, there is no control signal at the phase shifter 2. Due to a change in the frequency of the signal under study, a signal corresponding to the frequency difference appears, which is compensated by the tracking system, at the output of the quantum discriminator 7. Thus, automatic tracking of the frequency of the investigated signal is ensured. In this case, the phase shifter 2 performs the function of a measuring element, since the reading device 13 connected to it registers the frequency change in time, thereby providing automatic measurement of the frequency stability and the error in reproducing the actual value of the quantum and quartz frequency measures.

В связи с узкополосностью системы автоматической подстройки предлагаемое устройство не пригодно для измерений кратковременной нестабильности частоты, но обеспечивает длительные непрерывные измерения действительного значения частоты, долговременной нёстабиль-. ности и погрешности воспроизведения действительного значения частоты, долговременной нестабильности и погрешности воспроизведения действительного значения частоты с высокой точностью.Due to the narrow-band system of automatic tuning, the proposed device is not suitable for measuring short-term frequency instability, but provides long-term continuous measurements of the actual frequency value, long-term unstable. errors and errors in reproducing the actual frequency value, long-term instability and errors in reproducing the actual frequency value with high accuracy.

Claims

The invention can be used in the development, testing and operation of quantum and quartz frequency measures. A known device for comparing frequencies 77-29A contains a receiving device with an antenna, a phase detector, a phase shifter with a reading device, a servo amplifier comprising an amplifier, a modulator and an electric motor, and a highly stable reference generator 1. This device is characterized by an insufficient accuracy of measurements. A known quantum frequency measure containing an oscillator, a phase shifter with a reading device and a phase shifter control circuit, a frequency multiplier in parallel with a frequency synthesizer controlled by a low-frequency generator, and successively connected microwave excitation signal generation circuit, a quantum discriminator, preamplifier, selective amplifier a synchronous detector and an error signal forming circuit, the phase shifter being connected between the output of the oscillator and the input of the frequency multiplier The control circuit of the phase shifter is connected to the error signal forming circuit 2. In such a device, the potential accuracy of measuring the characteristics of external sources of extremely stable oscillations is not realized, since the phase shifter is turned on at the input of the multiplier and the frequency synthesizer. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy. This is achieved by the fact that in a quantum meter of characteristics of sources of highly stable oscillations, the input of the phase shifter is connected to the output of the microwave excitation signal forming circuit, and its output is connected to the input of the quantum discriminator. The inclusion of a phase shifter directly to the input of a quantum discriminator provides the greatest measurement accuracy that can be achieved using this type of quantum discriminator. For example, at a cesium frequency of -133 equal to 9192631770 Hz, a measurement error of 10 ° at a measurement time of 1 hour corresponds to an error, while switching on the phase shifter to 37 inputs of a quantum meter (5 MHz), this error is. The drawing shows a structural flowchart of a quantum meter of characteristics of highly stable oscillations, containing a signal source 1, a phase shifter 2, a frequency multiplier 3, a frequency synthesizer 4, a low frequency generator 5, a microwave exciter signal generator 6, a quantum discriminator 7, a preliminary amplifier 8, a selective snubber 9, a synchronous detector 10, an error signal generator 11, a phase shifter control unit 12, a readout device 13. The quantum meter works as follows. The signal under study from the output of the autogenerator 1 (or another source of highly stable oscillations under study) is fed to the inputs of multiplier 3 and synthesizer 4 controlled by generator 5. Multiplication factor B of the multiplier is selected depending on the quantum discriminator used. The synthesizer 4 provides the shaping and modulation, with the help of oscillator 5, of an additional frequency, which is intelligent in the excitation signal generation circuit together with the output frequency. inhabitant 3 is converted to the frequency of the selected spectral line. The nocty excitation signal is passed through phase shifter 2 to quantum invertor 7, then amplified by preliminary 8 and selective 9 amplifiers and fed to synchronous detector 10. In the detector, this signal is compared with the reference signal from low frequency generator 5. The magnitude of the signal at the detector output is determined by the magnitude of the deviation of the actual frequency of the microwave excitation signal from the frequency of the spectral line of the atoms, and the sign of this signal depends on the side of the deviation. The output signal of the detector in the error-shaping circuit is transformed and fed to a blocker unit 12 by the phase shifter. When the frequency of the CB4 excitation signal at the input of the quantum discriminator 7 coincides with the frequency of the spectral line, the modulation frequency signal at the output of the quantum discriminator is zero, the control signal at phase shifter 2 is OTCjTCTByeT. Due to the change in the frequency of the signal under study, a signal corresponding to the frequency difference appears at the output of the quantum discriminator 7, which is compensated for by the tracking system. Thus, an automatic tracking of the frequency of the signal under investigation is provided. In this case, the phase shifter 2 performs the function of the measuring element, since the reading device 13 connected to it records the frequency change with time, thereby providing an automatic measurement of the frequency stability and the reproduction error of the actual value of quartz and quartz frequency measures. In connection with the narrow bandwidth of the automatic adjustment system, the proposed device is not suitable for measuring short-term frequency instability, but provides long-term continuous measurements of the actual frequency value, long-term stability. reproducing accuracy and reproduction error of the actual frequency, long-term instability and reproduction error of the actual frequency with high accuracy. Quantum Measuring Characteristics of Highly Stable Vibrating Sources, Phase-Shifting Device with Sampling Device with the second input of the synthesizer and the first input of the synchronous detector, serially connected quantum discriminator, preliminary ny amplifier izbiratelnsh usshshtel, a synchronous detector, the error signal generator and a phase shifter control unit, characterized in that, in order povpieni measurement accuracy, it is connected to the input phase shifter output of the microwave excitation signal, and an output connected to the input phase shifter quantum discriminator. .INSTITUTIONS of information taken into account during the examination 1. Technical description of the device 47-29A, 1972.

2. USSR Author's Certificate No. 373638 Cl. G.01 R 23/12, 1971.