Стабилизация частоты

в радиотехнике, поддержание постоянства частоты электрических колебаний в автогенераторе (см. Генерирование электрических колебаний). Частота колебаний автогенератора может отклоняться от первоначального значения под действием дестабилизирующих факторов, как-то: изменение температуры, влажности и атмосферного давления, изменение питающих напряжений и сопротивления нагрузки, шумы электровакуумных и полупроводниковых приборов, старение деталей, толчки и вибрация, радиоактивное облучение и т.д. Отклонение (уход) частоты приводит к нежелательным последствиям, таким, как взаимные помехи радиоприёму соседних (по частоте) радиостанций, «уход» (со временем) настройки радиовещательного супергетеродинного радиоприёмника (См. Супергетеродинный радиоприёмник) на принимаемую станцию и многое др. Меры С. ч. направлены на повышение устойчивости частоты колебаний генераторов по отношению к дестабилизирующим факторам, т. е. на понижение нестабильности частоты генерируемых колебаний. Последняя характеризуется величиной относительной нестабильности частоты (f/f, где (f — отклонение частоты от первоначального значения f (нередко (f/f называется также относительной стабильностью частоты). Различают нестабильность кратковременную (определяемую отклонением частоты за время сек) и долговременную; на практике пользуются понятиями минутной, часовой, суточной, месячной и годовой нестабильности.

Повышения стабильности частоты в автогенераторе (уменьшения (f/f) достигают увеличением добротности колебательного контура, задающего частоту (см. Добротность колебательной системы), и уменьшением его температурного коэффициента частоты, выбором схемы, конструкции и режима работы автогенератора, его термостатированием, стабилизацией питающих напряжений и т.д.

Наиболее распространена кварцевая С. ч., при которой в качестве колебательного контура используют электромеханическую колебательную систему — пьезоэлектрический кварцевый резонатор. Кварцевые генераторы (См. Кварцевый генератор) создают на транзисторах, туннельных диодах или электронных лампах; они имеют нестабильность (f/f = 10^-6—10^-10 и отличаются малыми габаритами, экономичностью и надёжностью. Высокая стабильность частоты кварцевого генератора достигается благодаря малому температурному коэффициенту частоты кварцевого резонатора, устойчивости его параметров к внешним воздействиям и исключительно высокой добротности (до 10⁷, тогда как добротность обычного колебательного контура в большинстве случаев составляет Стабилизация частоты10²). Радиотехнические устройства с кварцевой С. ч. широко применяют в радиопередатчиках средней и большой мощности (см. Задающий генератор), эталонах и стандартах времени и частоты, в генераторах систем многоканальной связи (См. Многоканальная связь) и т.д.; при этом в диапазонных радиоустройствах используют декадный синтез частот (см. Синтезатор частот).

Наивысшей стабильностью частоты ((f/f = 10-¹¹—10-¹³) обладают Квантовые стандарты частоты, что объясняется принципиально более высокой устойчивостью микросистем (атомов и молекул) по сравнению с макросистемами (колебательными контурами, объёмными и кварцевыми резонаторами и др.). Кроме того, микросистема, в отличие от макросистемы, не подвержена старению и механическим воздействиям.

Лит.: Грошковский Я., Генерирование высокочастотных колебаний и стабилизация частоты, пер. с польск., М., 1953; Альтшуллер Г. Б., Кварцевая стабилизация частоты, М., 1974.

А. Ф. Плонский.

СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ - в радио - поддержание постоянства частоты электрических колебаний, создаваемых в автогенераторе. Достигается увеличением добротности колебательного контура (резонатора), задающего частоту. Наиболее распространена кварцевая стабилизация частоты (с помощью пьезоэлектрического кварцевого резонатора). Наилучшая стабилизация частоты обеспечивается в квантовых стандартах частоты.

frequency stabilization

frequency fixing, frequency control, frequency stabilization

СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ

- совокупность методов увеличения стабильностичастоты. Различают: а) затягивание частоты путём связи генератораколебаний с дополнит. колебат. системой, характеризуемой высокой добротностью; б) захватывание частоты путём связи данного генератора колебанийс генератором, обладающим более стабильной частотой; в) параметрическуюС. ч.- стабилизацию параметров приборов, генерирующих периодич. колебания.

Типичным примером С. ч. путём затягивания является связь генераторарадиочастотных колебаний с кварцевым резонатором. Эффект С. ч. возникаетпри этом за счёт того, что частота генерируемых колебаний удерживаетсявнутри резонансной кривой кварцевого резонатора, на неск. порядков болееузкой, чем ширина резонансной кривой резонансного контура генератора (см. Генератор электромагнитных колебаний). Кроме того, зависимость резонанснойчастоты кварцевого резонатора от темп-ры на неск. порядков меньше, чему обычного резонансного контура. В результате частота колебаний слабо зависитот изменений параметров колебат. контура и удерживается вблизи вершинырезонансной кривой кварцевого резонатора.

С. ч. путём захватывания используют для С. ч. мощного генератора, воздействуяна него сигналом более стабильного маломощного генератора. При этом необходимообеспечить малость обратного воздействия мощного генератора на маломощный. <Этот метод применяют, напр., для С. ч. клистрона, воздействуя нанего гармоникой кварцевого генератора.

Наиб. гибким и эфф. методом является параметрич. С. ч. При этом выбираютспектральные (резонансные) системы, вещество и конструкция к-рых слабореагируют на изменение внеш. условий. наиб. простая система, в к-рой используетсяпараметрич. С. ч.,- маятниковые часы. Стабильность их хода зависит от стабильностипараметров маятника (его приведённой длины), от стабильности влияния начастоту колебаний маятника, поддерживающего его колебания. В результатестабилизации этих параметров погрешность хода астрономич. маятниковых часовсоставляет 10^-8, что на 2 порядка лучше, чем у обычных часов. <Погрешность частоты кварцевого генератора может быть доведена до 10^-11.

К параметрич. методам С. ч. относится переход от макроскопич. резонансныхсистем к микросистемам, квантовая структура к-рых придаёт им резонансныесвойства, проявляющиеся в их узких спектральных линиях. Первым из такихустройств был молекулярный генератор, в к-ром резонансный процесссводится к инверсионным переходам между энергетич. уровнями молекул аммиака. <Макроскопич. объёмный резонатор служит в этом приборе только для обеспечения обратной связи. Существенно более высокой стабильностью частотыобладает водородный генератор, обеспечивающий воспроизводимостьчастоты с погрешностью 10^-13 при относит. стабильности 2*10^-14.

Совр. эталоны частоты опираются на спектральные линии атомов Cs, наблюдаемыев атомных пучках (см. Квантовые стандарты частоты). По получаемойт. о. эталонной частоте производят автоматич. подстройку частоты вспомогат. кварцевого генератора, а по его сигналу при помощи синтезатора получаютнабор эталонных частот, служащих для калибровки вторичных стандартов (мер)частоты.

Дальнейшее уменьшение погрешности эталонов частоты может быть достигнутопутём сужения спектральных линий атомов, служащих реперами частоты, напр, <охлаждением атомных пучков или наблюдением спектральных линий атомов, удерживаемыхв эл.-магн. ловушках. м. Е. Жаботинский.