5 000 002.65… Гц.

Относительная ошибка в номинальном значении частоты составляет 5 ·и может быть уменьшена при усложнении схемы синтезатора.

4.4. Пассивные квантовые стандарты частоты

В пассивных КСЧ квантовый прибор выполняет роль частотного дискриминатора в системе автоматической подстройки частоты кварцевого АГ. Рассмотрим более подробно принцип работы такого дискриминатора.

Частота кварцевого генератора с помощью фазового модулятора, умножителя и синтезатора преобразуется в СВЧ-сигнал с фазовой (частотной) модуляцией гармоническим напряжением низкой частоты. Этот сигнал, несущая частота которого равна частоте спектральной линии используемого квантового перехода, подается на вход квантового прибора. В 4.2 было показано, что выходной сигнал квантового дискриминатора убывает с ростом модуля разности между частотами спектральной линиии сигнала на входе квантового прибора.

При малом различии между этими частотами в первом приближении можно считать

,

где =;– максимальное значение напряжения на выходе квантового дискриминатора;– девиация частоты;;– частота модулирующего сигнала;– коэффициент пропорциональности.

Подставив в формулу для, окончательно найдем

= . (4.2)

Нетрудно заметить, что второе слагаемое в круглых скобках последнего выражения содержит полную информацию о величине и знаке расстройки между ии может быть использовано для автоматической подстройки частоты кварцевого АГ. Действительно, фаза выходного сигнала дискриминатора определяется знаком расстройки, а амплитуда – ее значением (рис. 4.5). При отсутствии расстройкии в выходном сигнале дискриминатора отсутствует слагаемое, изменяющееся с частотой.

Структурная схема КСЧ, использующая рассмотренный квантовый дискриминатор, представлена на рис. 4.6 [14]. Выходной сигнал управляемого кварцевого генератора ГУН одновременно поступает на фазовый модулятор ФМ и синтезатор СЧ. В смесителе СМ суммируются частоты сигналов с вы-хода СЧ и умножителя частоты с кратностью умножения. Коэффициенты,и, как и в схеме рис. 4.3, должны быть выбраны из условия, т. е. среднее значение суммарной частоты должно равняться частоте спектральной линии. Для усиления выходного сигнала смесителя обычно используется синхронизируемый АГ СВЧвыполненный на лавинно-пролетном диоде или диоде Ганна.

Выходной сигнал квантового дискриминатора через селективный усилитель СУ, частота настройки которого для выделения второго слагаемого в (4.2) равна , поступает на вход фазового детектора ФД. На второй вход ФД подается сигнал с выхода генератора звуковой частоты ГЗЧ, используемого для осуществления фазовой модуляции выходного сигнала ГУН. ФНЧ, включенный на выходе ФД, позволяет выделить управляющий кварцевым АГ сигнал, полярность которого несет информацию о знаке расстройки, а амплитуда – о ее значении. Использование интегрирующего звена, например, на операционном усилителе ОУ позволяет сделать систему автоматической подстройки частоты астатической.

Рассмотренная схема используется при построении как промышленных, так и метрологических КСЧ на основе квантовых дискриминаторов, в том числе и атомно-лучевой трубки на пучке атомов цезия [14].