Ultracitlivé měření krátkodobé frekvenční stability

Rok: 2004

Ing. Ludvík Šojdr, CSc.; Ing. Jan Čermák

Nejstabilnějšími frekvenčními zdroji při průměrovacích intervalech kolem 1 s jsou krystalové oscilátory, které dosahují na 5 MHz frekvenční stability lepší než 1×10^–13 ve smyslu Allanovy odchylky (ADEV). Abychom mohli současné případně i budoucí oscilátory těchto kvalit měřit, potřebujeme k tomu měřicí systém s vlastní nestabilitou 1×10^–14 a lepší. Za nejvhodnější pro takováto měření se považuje metoda založená na násobení časové odchylky s využitím duálního směšování (metoda DMTD). Kvazisynchronní signály z referenčního a měřeného oscilátoru na frekvenci ν0 se při ní směšují se signálem ze společného oscilátoru, který má frekvenci ν0 + Δν. Výsledkem duálního směšování jsou dva záznějové signály o frekvenci Δν, jejichž časová diference (představovaná průchody signálu nulou) je vynásobena v poměru ν0/Δν vůči časové diferenci na vstupu.

Naše práce na metodě DMTD začala v roce 2002 a jejím cílem bylo vyvinout měřicí systém, který by umožnil porovnat i ty nejstabilnější oscilátory. Zkoumali jsme zdroje šumu v elektronice násobiče DMTD, nestabilitu způsobenou interferencí s vnějšími signály, vlivy okolního prostředí i vlivy konstrukční. Optimalizací návrhu (ve spolupráci s BNM-SYRTE, Observatoire de Paris) se podařilo dosáhnout výsledků, které jsou graficky znázorněny na obr.1. Vlastní nestabilita pozadí našeho systému má průběh ADEV(τ) ≈ 70×10^–15/τ a práh blikavého fázového šumu vyjádřený časovou odchylkou TDEV činí kolem 2 fs (při horní mezní frekvenci 15 Hz). Pokud je nám známo, na frekvenci 5 MHz je to dosud nejlepší publikovaný výsledek.

1. Šojdr, L., Čermák, J., Brida, G.: Comparison of High-Precision Frequency-Stability Measurements Systems. Proc. Joint Meeting 17th European Frequency and Time Forum and 2003 IEEE International Frequency Control Symposium, Tampa, USA: pp.317-325 (2003)
2. Šojdr, L., Čermák, J.,  Barillet, R.: Optimization of Dual-Mixer Time-Difference Multiplier. 18th European Time and Frequency Forum, Guildford, UK: (2004), v tisku.
3. Barillet, R., Čermák, J., Richard, J.-Y., Šojdr, L.: Application of Dual-Mixer Time-Difference Multiplication in Accurate Time-Delay Measurement. IEEE International Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 50th Anniversary Joint Conference, Montreal, Canada: (2004), v tisku.