Повышение точности, стабильности и надежности квантового дискриминатора пассивного водородного стандарта частоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.08, кандидат технических наук Васильев, Владимир Ильич

• Васильев, Владимир Ильич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Васильев, Владимир Ильич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АМПЛИТУДНЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

КВАНТОВОГО ВОДОРОДНОГО ДИСКРИМИНАТОРА

1.1 Физические принципы работы пассивного водородного стандарта частоты.

1.1.1 Квантовый водородный дискриминатор и стандарт частоты па его основе.

1.1.2 Существующее решение уравнений квантового дискриминатора в приближении «стационарного режима».

1.2 Исследование характеристик квантового дискриминатора в широком диапазоне мощности сигнала возбуждения.

1.2.1 Верификация амплитудных характеристик, полученных в приближении «стационарного режима».

1.2.2 Экспериментальное исследование формы спектральной линии в зависимости от мощности сигнала возбуждения

1.2.3 Модель резонансного воздействия сильного поля на квантовый дискриминатор.

1.2.4 Анализ сдвигов частоты квантового дискриминатора.

1.2.4.1 Затягивание частоты резонатором - нормальный и аномальный режимы.

1.2.4.2 Зависимость от мощности сигнала возбуждения

1.3 Выводы.

ГЛАВА 2 ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПУЧКА

АТОМАРНОГО ВОДОРОДА

2.1 Исследование стабильности очистителя молекулярного водорода.

2.1.1 Очиститель молекулярного водорода в составе квантового дискриминатора.

2.1.2 Причины неидеальной проницаемости никелевых мембран

2.1.3 Квазиравновесная модель очистителя.

2.1.4 Неравновесная модель очистителя.

2.1.5 Усовершенствование технологии изготовления.

2.2 Надежность источника атомарного водорода.

2.2.1 Исследование поверхности разрядной колбы.

2.2.2 Факторы физического разрушения разрядной колбы

2.2.3 Физика плазмы ВЧ-разряда низкого давления.

2.2.4 Электретный механизм деградации разрядной колбы

2.3 Оптимизация магнитной сортирующей системы.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ-РЕЗОНАТОРА С ПОМОЩЬЮ

ЧИСЛЕННОГО ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.1 Возможности компьютерного моделирования.

3.2 Изменение добротности СВЧ-резонатора при миниатюризации конструкции.

3.3 Влияние перемещения накопительной колбы на изменение частоты СВЧ-резонатора.

3.3.1 Изучение СВЧ-поля в резонаторе методом возмущений.

3.3.2 Сдвиг частоты резонатора в зависимости от параметров смещения колбы.

3.4 Коэффициенты отражения и поглощения при передаче мощности через СВЧ-резонатор с потерями.

3.4.1 Постановка задачи.

3.4.2 Коэффициенты связи с резонатором.

3.4.3 Результаты моделирования резонатора с двумя разными петлями.

3.5 Выводы.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ

ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ СВЧ-РЕЗОНАТОРА 115 4.1 Точность настройки резонатора методом фазовой модуляции сигнала возбуждения.

4.1.1 Искажение спектра сигнала возбуждения.

4.1.2 Асимметрия резонансной кривой резонатора.

4.1.3 Влияние длины СВЧ-кабелей связи с резонатором.

4.2 Добротность цилиндрического СВЧ-резонатора при электронной перестройке его частоты.

4.2.1 Модель однократного рассеяния от петли-антенны.

4.2.2 Перестраиваемый рассеиватель — учет киральности петли.

4.2.3 Особенность резонатора магнетронного типа.

4.3 Выводы.

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ

ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ПАССИВНОГО ВОДОРОДНОГО СТАНДАРТА ЧАСТОТЫ

5.1 Анализ кратковременной нестабильности частоты, обусловленной тепловыми шумами квантового дискриминатора и приемника.

5.1.1 Общие принципы.

5.1.2 Оптимизация коэффициентов связи резонатора с нагрузкой.

5.2 Оценка кратковременной нестабильности частоты по отношению сигнал/шум на выходе селективного усилителя

5.2.1 Влияние времени накопления атомов водорода на нестабильность частоты.

5.2.2 Нестабильность частоты в зависимости от мощности сигнала возбуждения.

5.3 Анализ достижимой кратковременной нестабильности частоты и ее связь с миниатюризацией конструкции.

5.4 Исследование долговременной нестабильности частоты.

5.4.1 Температурная чувствительность стандарта частоты, обусловленная влиянием квантового дискриминатора

5.4.2 Фликкер-шум электронной перестройки частоты СВЧ-резонатора

5.4.3 Дрейф частоты выходного сигнала.

5.5 Выводы.

ГЛАВА 6 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ

КВАНТОВЫХ ДИСКРИМИНАТОРОВ

6.1 Базовая конструкция 41-76.

6.2 41-86, работающий в жестких условиях эксплуатации.

6.3 Ч1-76А.

6.4 41-91.

6.5 Дискриминатор для стандарта частоты космического применения.

6.6 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности, стабильности и надежности квантового дискриминатора пассивного водородного стандарта частоты»

Научные исследования в лаборатории Н.Ф Рэмси в Гарвардском университете (Кембридж, США) по достижению максимальной точности в экспериментах по магнито-дипольному резонансу в атомных пучках привели Кч появлению в 1960 г. первого квантового водородного генератора (КВГ) [1]. Среди промышленно выпускаемых стандартов частоты именно водородный стандарт частоты (ВСЧ) на основе КВГ до сих пор обладает высочайшей стабильностью частоты выходного сигнала [2, 3, 4] на временах усреднения от 1 секунды до суток.

Большие размеры, масса, стоимость и хрупкость ВСЧ - причины его ограниченного применения. Стремление миниатюризировать стандарт привело к появлению пассивного водородного стандарта частоты (ПВСЧ). В 1976 в США г. X. Хельвигом совместно с Ф. Уоллсом [5] был предложен метод, согласно которому у водородного мазера, находящегося вне зоны самовозбуждения, узкую спектральную линию зондировали с помощью СВЧ-сигнала, используя ее в качестве квантового водородного дискриминатора (КВД) - усилителя с ярко выраженными селективными свойствами по частоте. Было предложено на основе КВД организовать систему автоматической подстройки частоты (АПЧ) с двумя частотами модуляции сигнала возбуждения: для подстройки кварцевого генератора и СВЧ-резонатора.

Работы над созданием стандарта частоты нового типа начались» в нескольких научных центрах. Швейцарскими исследователями Г. Буской и X. Бранденбергом [6] была предложена схема ПВСЧ с одной частотой модуляции, уменьшающей взаимные помехи в кольцах автоподстройки частоты. Теория ПВСЧ плодотворно развивалась в работах французского исследователя К. Одуана [7, 8]. Значительные усилия были предприняты на поиски способов миниатюризации СВЧ-резонатора [9, 10, 11].

Большой вклад в развитие новой технологии внесли работы сотрудников ФГУП ННИПИ «Кварц» (Нижний Новгород). Работы H.A. Демидова [12] и A.A. Беляева [13], посвященные созданию малогабаритного КВД, а также работы В.А. Логачева [14], Б.А.Сахарова [15] и С.А. Козлова [16], связанные с разработкой радиотехнической системы стандарта частоты, завершились созданием в 1989 г. первого в мире1 промышленного пассивного водородного стандарта частоты 41-76.

1 - В это же время фирмой «Efratom Division» совместно с NIST (оба США) также был разработан промышленный ПВСЧ-модель СРНМ-100, но серийно он не выпускался.

Позже.собственные модели.промышленных ЕГВСЧ появились.также у компаний ЗАО «Время-Ч» (Нижний Новгород),. «Oscilloquartz» (Швейцария) и у совместного проекта обсерватории г. Невшатель (Швейцария) с фирмами «Galileo Avionica» (Италия) и «Тетех Neuchatel Time» (Швейцария) для, европейской, спутниковой системы навигации «GALILEO». . ;

Актуальность, темы.» В настоящее время промышленные ПВСЧ являются доступным источником высокостабильных, высокоточных,- спектрально-чистых электрических, сигналов. и применяются для решения; целого круга научных и высокотехнологичных задач, таких как создание глобальных навигационных спутниковых систем («ГЛОНАСС», «GALILEO», «COMPASS»), определение параметров вращения Земли, синхронизация цифровых систем связи, в геодезии и метрологии. В качестве транспортируемых часов они входят в состав государственного эталона, времени и частоты^ а также: служат в качестве образцовых средств измерения, применяемых для поверкидругих источников электрических сигналов.

Совершенствование ПВСЧ идёт по пути повышения метрологических и эксплугационных характеристик, а именно улучшения нестабильности и уменьшения: погрешности по частоте выходного сигнала при одновременном уменьшении габаритных размеров стандарта. Высокая стабильность частоты сигнала определяется стабильностью частоты, излучения атома водорода при переходе его из одного квантовое состояния в другое, что обеспечивается стабильностью и необходимой величиной характеристик квантового дискриминатора. Погрешность, стандарта по частоте связана с изменением свойств фторсодержащего полимера,, которым покрыта внутренняя поверхность накопительной колбы КВД. Вклад KB Д. в температурную чувствительность стандарта и в погрешность воспроизведения частоты от включения к включению также значительна. Размеры стандарта определяются в первую очередь размерами СВЧ-резонатора, входящего в состав КВД. При уменьшении размера резонатора ухудшается: его добротность и, как следствие, возрастает нестабильность частоты стандарта. Повышение метрологических характеристик при одновременной миниатюризации конструкции требует поиска дополнительных резервов сохранения добротности резонатора и оптимизации работы всех систем'КВД.

Существующая теория квантового дискриминатора,, базирующаяся на решении системы уравнений в приближении «стационарного режима», не позволяет оптимизировать величину сигнала возбуждения КВД по критерию минимальной нестабильности частоты выходного сигнала. Это является следствием того, что принятое приближение предполагает использование «слабого» электромагнитного поля, не изменяющего характеристики квантовых состояний атома. Между тем существует возможность использовать в КВД также и «сильное» СВЧ-поле. Принятое приближение предполагает также стационарную разность населенностей между квантовыми уровнями, не зависящую от времени накопления атомов. Принятые допущения приводят к теоретическим результатам, лишь»частично совпадающие с данными экспериментов. Для оптимизации величины сигнала возбуждения КВД требуются теоретические и экспериментальные исследования в данном направлении.

В ряде отраслей применения ПВСЧ особенно остро стоят вопросы надежности -требование большого времени безотказной работы и возможности функционирования в жестких условиях эксплуатации. Создание устойчивого к внешним воздействиям квантового дискриминатора является главным сдерживающим фактором при разработке малогабаритного и надежного ПВСЧ. Наиболее уязвимым узлом КВД является источник атомарного водорода, в котором в течение всего времени работы поддерживается ВЧ-разряд в водородной плазме низкого давления. Без всесторонних исследований источника атомарного водорода и всей пучковой системы невозможно создать КВД, способный проработать 12 лет - требуемого срока безотказной работы ПВСЧ в условиях космического базирования.

Пристальное внимание, проявляемое к разработке новых ПВСЧ, подтверждается растущим числом публикаций по данной тематике в отечественной и мировой научной литературе.

Теоретическое и экспериментальное исследование вопросов построения квантового дискриминатора ПВСЧ, не изученных ранее, делает диссертационную работу весьма актуальной.

Целью диссертационной работы является повышение основных метрологических и эксплуатационных характеристик ПВСЧ с помощью оптимизации конструкции и режимов работы квантового водородного дискриминатора, достигаемых на основе применения уточненных физико-математических моделей и тщательных экспериментов.

Основное внимание в диссертационной работе уделено решению следующих задач:

1. Выявлению физических закономерностей, функционирования« квантового дискриминатора и согласованию теоретических моделей с экспериментальными результатами в области как амплитудных, .так и частотных характеристик.

2. Оптимизации параметров квантового-дискриминатора-в, составе ПВСЧ для достижения «наилучшей стабильности частоты выходного сигнала.

3. Исследованию комплекса задач, связанных с увеличением надежности системы формирования пучка атомарного водорода:

4. Исследованию возможности миниатюризации СВЧ-резонатора КВД.

5. Уточнению модели передачи мощности через СВЧ-резонатор с использованием коэффициентов связи.

6. Оптимизации системы автоматической подстройки частоты резонатора.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1. Впервые произведено исследование формы спектральной линии, водорода 1420,405 МГц в широком диапазоне мощности сигнала возбуждения; обнаружено, что при большой мощности наблюдается расщепление спектральной линии, обусловленное динамическим эффектом Штарка-Зеемана.

2. Предложен подход, дополняющий решение системы уравнений квантового дискриминатора в приближении «стационарного режима», позволяющий описать амплитудные характеристики КВД во всем диапазоне значений параметра насыщения линии.

3. Обнаружен и исследован аномальный режим затягивания частоты выходного сигнала ПВСЧ резонатором, при* котором изменение частоты резонатора и изменение частоты ПВСЧ имеют разный знак; частным случаем аномального режима является отсутствие затягивания. Предложена физическая^ модель, объясняющая-появление аномального режима.

4. Впервые предложена модель температурной чувствительности ПВСЧ, обусловленной квантовым дискриминатором; экспериментально подтверждена ее достоверность. Выработанные рекомендации позволили в 2 раза уменьшить температурную чувствительность стандарта.

5. Обнаружен автоколебательный режим работы очистителя молекулярного водорода способный ухудшать нестабильность частоты выходного сигнала стандарта на интервалах времени 102.103 с, проведено аналитическое и экспериментальное исследование эффекта с целью устранения условий возникновения автоколебаний.

6. Обнаружен и впервые смоделирован электретный механизм деградации разрядной колбы источника атомарного водорода, значительно уменьшающий время безотказной работы КВД. Выработаны рекомендации по уменьшению скорости деградации и увеличению срока службы разрядной колбы.

7. Впервые найдены аналитические зависимости для коэффициентов отражения и поглощения при передаче мощности через резонатор, выраженные через коэффициенты связи с резонатором (рассмотрен общий случай не равных коэффициентов связи). Данный подход позволяет определять амплитуду СВЧ-поля в резонаторе.

8. Впервые с помощью коэффициентов отражения и поглощения мощности на основе анализа нестабильности частоты, обусловленной тепловыми шумами квантового дискриминатора и приемника, проведена оптимизация' коэффициентов связи с СВЧ-резонатором, результаты которой позволили на 20% улучшить кратковременную нестабильность частоты выходного сигнала стандарта.

9. Впервые предложена антенная модель электронной перестройки частоты СВЧ-резонатора с помощью петли с варикапом, позволяющая объяснить изменение добротности резонатора при перестройке его частоты. Результаты исследования позволили увеличить точность АПЧ резонатора и уменьшить нестабильность частоты ВСЧ и ПВСЧ на длительных интервалах времени 103. 105 с.

10. Предложен вариант конструкции КВД для космического применения.

Основу исследования составляют методы математического и физического моделирования, с использованием аппаратов интегрального и дифференциального исчисления, спектрального анализа сигналов, электродинамики и теории систем автоматического регулирования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается:

1. Использованием проверенных численных методов, реализованных в пакетах компьютерных программ MathCad, Inprise Delphi, Microwave Studio, Stable.

2. Исследованием внутренней сходимости численных алгоритмов.

3. Применением достоверных экспериментальных методик и парка современных прецизионных приборов.

4. Сравнением результатов, полученных различными. методами, экспериментальной проверкой теоретически полученных результатов.

Научно-практическая значимость работы заключается в выработке рекомендаций для создания- и оптимизации конструкции малогабаритных КВД, позволивших разработать новые поколения ПВСЧ' с улучшенными метрологическими и эксплуатационными - характеристиками: нестабильность частоты выходного сигнала уменьшилась в 4 раза, воспроизводимость частоты улучшилась в 2 раза, средняя наработка на отказ увеличилась в 10 раз, масса и объем стандарта уменьшились в 1,5 раза. Результаты диссертации использованы при создании пассивных водородных стандартов частоты и времени 41-86 в 1995 году, Ч1-76А в 2002 году и 41-91 в 2007 году. Результаты исследований, в которых автор диссертационной работы принимал непосредственное участие, изложены также в отчетах научно-исследовательских работ и пояснительных записках опытно-конструкторских работ, проводимых во ФГУП ННИГШ «Кварц» по темам «Квант», «Чистик-95», «Челнок», «Челнок-2», «Гармония-Ч» и «БСУ - ВСЧ-К ».

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXIX научно-технической конференции «Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации» (Мытищи, 2004); IX и XIII Научных конференциях по радиофизике (Нижний Новгород, ННГУ, 2005 и 2009); Всероссийской научно-технической конференции «РСДБ-2012 для астрометрии, геодинамики и астрофизики» (Санкт-Петербург, 2006), Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» (Нижний Новгород, НГТУ, 2005, 2006,2007 и 2009).

Положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Метод расчета амплитудных характеристик малогабаритного КВД, сочетающий приближения «стационарного режима» и «заданного поля».

2. Результаты экспериментального исследования, показавшего, что при большой мощности сигнала возбуждения наблюдается расщепление спектральной линии.

3. Обнаруженный аномальный режим затягивания частоты выходного сигнала

ПВСЧ резонатором.

4. Результаты исследования вклада КВД в температурную чувствительность ПВСЧ, рекомендации по уменьшению чувствительности.

5. Результаты аналитического решения и экспериментального исследования задачи-водородопроницаемости для очистителя' молекулярного водорода, рекомендации' по усовершенствованию технологии изготовления очистителей.

6. Модель электретного механизма деградации разрядной, колбы источника атомарного водорода, рекомендации по уменьшению скорости деградации.

7. Антенную модель электронной перестройки частоты и изменения добротности СВЧ-резонатора для расположенной в резонаторе петли с варикапом.

8. Метод расчета малых коэффициентов связи с резонатором, соединенным петлями связи с линиями передачи; аналитические формулы для коэффициентов отражения и поглощения мощности в резонаторе.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 3 статьи в реферируемых журналах, включенных в перечень, рекомендованный ВАК. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и> приложений. Общий объем диссертации составляет 202 страницы, включая список использованной литературы и приложения. Диссертация содержит 122 рисунка и 7 таблиц. Список литературы включает 184 наименования.

Заключение диссертации по теме «Радиоизмерительные приборы», Васильев, Владимир Ильич

6.6 ВЫВОДЫ

1.Описаны особенности конструкции и приведены технические характеристики квантовых водородных дискриминаторов, разработанных при непосредственном участии автора, в которых нашли использование результаты диссертационной работы. Характеристики разработанных промышленных КВД и стандартов частоты на их основе находятся на уровне образцов ведущих производителей, а стандарт частоты 41-91 имеет наилучшие в мире метрологические характеристики, что подтверждено сравнительными характеристиками ПВСЧ, разработанных в нашей стране и за границей.

2. Предложена конструкция КВД для использования на борту космического аппарата в составе глобальной спутниковой радионавигационной системы «ГЛОНАСС».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты.

Проведена экспериментальная верификация' аналитических амплитудно-частотных характеристик, полученных при решении уравнений водородного мазера в приближении «стационарного режима». Доказано, что в случае малогабаритного КВД данное решение удовлетворительно описывает экспериментальные данные лишь в диапазоне 0,2 <S0< 2,0 значений параметра насыщения линии водорода. Предложен вариант обобщенного решения, в котором коэффициент усиления определен в приближении «стационарного режима», а параметр возбуждения найден на основе приближения «заданного поля».

Проведено экспериментальное исследование формы и ширины спектральной линии водорода, показавшее неизвестный ранее результат - при S0>2 наблюдается расщепление линии на три составляющие. Выявлен определяемый расщеплением механизм неоднородного уширения линии. Обнаруженное явление идентифицировано с динамическим эффектом Штарка-Зеемана. Высказано предположение, что данный физический процесс должен быть характерен для всех пассивных стандартов частоты.

Обнаружен аномальный режим затягивания частоты выходного сигнала ПВСЧ резонатором, при котором изменение частоты резонатора и изменение частоты ПВСЧ имеют разный знак, частным случаем аномального режима является отсутствие затягивания. Показано, что данный режим обусловлен расщеплением линии при проявлении динамического эффекта Штарка-Зеемана.

Получено аналитическое выражение для зависимости сдвига частоты линии от мощности сигнала возбуждения.

На основе численного решения уравнения теплопроводности в среде программирования Inprise Delphi создана квазиравновесная модель работы очистителя, позволившая оценить эффективность использования различных типов питания очистителя. В ходе теоретического исследования автоколебательного режима водородопроницаемости очистителя было составлено, а затем аналитически решено нелинейное дифференциальное уравнение с запаздывающим аргументом. Выработаны рекомендации по усовершенствованию технологии изготовления очистителей.

Проведено изучение надежности источника атомарного водорода и определены основные механизмы деградации разрядной колбы. С помощью модели ВЧ-плазмы разряда, напряжение зажигания которой определяется зарядом, накопленным в стекле колбы, получены' зависимости между сроком службы и параметрами источника атомарного водорода. Выработаны рекомендации по увеличению срока службы разрядной колбы. i

С помощью трехмерного электродинамического моделирования* проведено изучение добротности и'коэффициента заполнения СВЧ-резонатора в зависимости от уменьшения » его размеров, а также определены сдвиги частоты резонатора, вызываемые продольными и поперечными перемещениями накопительной колбы в резонаторе. Минимизация сдвига частоты резонатора важна для улучшения воспроизводимости частоты стандарта от включения к включению.

Найдены аналитические зависимости для коэффициентов отражения и поглощения при передаче мощности через резонатор, выраженные через коэффициенты связи с резонатором (рассмотрен общий случай не равных коэффициентов связи). Данный подход позволяет определять величину СВЧ-поля в резонаторе.

Проведен анализ погрешностей настройки системы АПЧ резонатора на вершину спектральной линии излучения атома водорода, возникающих при искажении спектра сигнала возбуждения и формы резонансной кривой СВЧ-резонатора.

Разработана электродинамическая модель влияния электронной перестройки частоты СВЧ-резонатора на его добротность. Показано, что для цилиндрического резонатора фильтрация моды Ещ может в 2 раза уменьшить зависимость Ор от электронной перестройки частоты. Показано, что в случае малогабаритного резонатора магнетронного типа особенности ухудшения Ор связаны с наличием больших градиентов электрической компоненты СВЧ-поля в областях резонатора, близких к емкостным зазорам. Полученные в ходе исследования, результаты позволили разработать автономную АНР резонатора методом переключения его частоты для ВСЧ Ч1-75А и 41-90, а также усовершенствовать АПЧ резонатора для ПВСЧ Ч1-76А и 41-91.

Проведен теоретический анализ предельной нестабильности частоты ПВСЧ и ее связи с уменьшением размеров СВЧ-резонатора. С помощью выражений для нестабильности частоты выходного сигнала и полученных в работе аналитических зависимостей для коэффициентов отражения и поглощения при1 передаче мощности через СВЧ-резонатор проведена оптимизация коэффициентов связи с резонатором, результаты которой позволили; на 20% улучшить кратковременную: нестабильность частоты выходного сигнала стандарта.

Предложена модель, -температурной чувствительности;: ПВСЧ, обусловленной; квантовым дискриминатором, в которой: главными.: факторами являются; остаточная отстройка СВЧ-резонатора и зависимость "сдвига частоты.от мощности сигнала возбуждения. Выработанные рекомендации позволили в 2 раза уменьшить температурную чувствительность стандарта.

Предложена конструкция КВД для использования на борту космического аппарата в составе глобальной спутниковой радионавигационной: системы «ГЛОНАСС».

Полученные в диссертационной работе результаты использованы при разработке ПВСЧ 41-86, Ч1-76А и 41-91. Стандарт частоты 41-76А выпускается серийно и экспортирован во многие страны. Он награжден дипломом «Гарантия качества- и безопасности» ПГ Московской Международной Промышленной Ярмарки 'М1Ш-2004", в 2008 стал лауреатом программы «100 лучших товаров России» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.

Характеристики разработанных промышленных КВД и стандартов частоты на их основе находятся; на уровне образцов ведущих производителей, а стандарт частоты 41-91, осваиваемый в производстве, имеет среди промышленных ПВС4 наилучшие в мире метрологические характеристики. У нового поколения ПВС4 по сравнению с базовой моделью 41-76 нестабильность частоты выходного сигнала уменьшилась в 4 раза, воспроизводимость частоты; улучшилась в 2 раза, средняя наработка: на отказ увеличилась в 10 раз, масса и объем стандарта уменьшились в-1,5 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Васильев, Владимир Ильич, 2011 год

1. Goldenberg Н.М., Klepner D., Ramsey N.F. The atomic hydrogen maser // Phys. Rev. lett. — I960; v. 8, p: 361.

2. Matsakis D., Koppand PI, Garvey R.M. The long-term stability of the US Naval observatory's masers // Proc. of the 36 Annual Precise Time and Time Interval (PTTI) Applications and Planning Meeting. USA, .Washington. - 2004, pp.411.421.

3. Wynands R., Griebsch Dr, Schroder R., Weyers S. Current status of PTB's new cesium fountain clock CSF2 // Proc. of the 20 European Frequency and1 Time Forum. Germany. - 2006, pp. 200-202.

4. Одуан К., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS. М.: Техносфера. -2002, с. 211.

5. Walls F.L., Hellwig Н.А. A new kind of passively* operating hydrogen frequency standard // Proc. of the 30 Annual Symp. on Frequency Control. -USA, Atlantic City, New Jersey. 1976.

6. Busca G., Brandenberger H. Passive H-maser // Proc. of the 33 Annual Symp. on Frequency Control. USA, Washington-1979, pp. 563-568.

7. Audoin C., Viennet J., Lessage P. Hydrogen maser: active or passive? // J. Phys. 1981, v. 42, pp 159-170.

8. Audoin C., Vanier J. The quantum physics of atomic frequency standards. IOP Publishing, Bristol and Philadelphia. - 1989, v. 2.

9. Ван X.T.M. Сверхкомпактные атомные часы на основе водородного мазера // ТИИЭР, т. 77. 1989, № 7, с. 5-15.

10. Mattison Е.М., Blomberg E.L., Nystrom'G.U., Vessot R.F.C. Design, construction and testing of a small passive H-maser // Proc. of the 33 Annual Frequency Control Symposium. США, Washington. - 1979, pp. 549-553.

11. Peters H.E. Small, very small and extremely small hydrogen masers // Proc. of the 32th Annual Frequency Control Symposium. США, Atlantic City, New Jersey. - 1978, pp. 469-475.

12. Демидов Н.А. Квантовые водородные генераторы и дискриминаторы промышленных стандартов частоты и времени: дис. . д-ра т. н.: 05.11.08: -Горький. -1989.

13. Беляев А.А. Исследование и разработка квантового водородного дискриминатора для промышленных малогабаритных стандартов частоты и времени: дис. . канд. т. н.: 05.11.08. Горький. - 1987.

14. Логачёв В.А. Создание радиотехнических систем промышленных квантовых водородных стандартов и эталонных комплексов времени и частоты: дис. . д-ра т. н.: 05.12.21. Горький. - 1989.

15. Пассивный водородный стандарт частоты (его варианты): а.с. 3803902/2410 СССР / Демидов Н.А., Сахаров Б.А.; Горьковский научно-исследовательский приборостроительный институт. -1984.

16. Козлов С.А. Исследование и разработка высокоточной автоматической подстройки частоты кварцевого генератора в пассивном водородном стандарте частоты: дис. . канд. т. н.: 05.11.08. — Нижний Новгород: ННИПИ «Кварц». -1993.17