eng
Выпуск #4/2010
А.Шиганов.
Рубидиевые стандарты частоты компании Pendulum Instruments
Рубидиевые стандарты частоты компании Pendulum Instruments
Просмотры: 3113
Рубидиевые стандарты частоты – хорошо известные метрологические инструменты. Для них характерно удачное сочетание достаточно высокой точности и относительно низкой цены. К этому классу приборов относятся современные стандарты частоты компании Pendulum Instruments (Швеция). Они обладают целым рядом возможностей, которые позволяют решать с помощью этих приборов широкий класс задач.
Устройство и характеристики
Рубидиевые стандарты частоты GPS-12RG, GPS-12RR, GPS-12R компании Pendulum Instruments (рис.1, таблица) ориентированы на использование в качестве источника синхросигнала в сфере метрологического обеспечения, для научных исследований, разработок и производства РЭА, в телекоммуникационных системах, сетях мобильной связи.
Прибор генерирует несколько видов сигналов: сигналы прямоугольной формы со скважностью 20% на частотах 2,048 МГц или 1,544 МГц (по выбору), сигналы синусоидальной формы с частотой 5 и 10 МГц и последовательности импульсов длительностью 200 мс и частотой 1 Гц. Выходы сигналов 2,048 МГц или 1,544 МГц (через интерфейс G.703) и 1 Гц расположены на передней панели приборов (см. рис.1), сигналов 10 МГц (3 выхода), 5 МГц (1 выход) – на задней панели (рис.2). Предусмотрены также USB-интерфейс для управления с ПК и сигнальный выход для выдачи сообщений об аварийных ситуациях – они находятся на задней панели (см. рис.2). В приборах GPS-12R(RG) есть еще вход типа N для подключения внешней антенны GPS-приемника (см. рис.2).
Количество выходов стандарта частоты можно дополнять в зависимости от предназначения прибора. Для этого в прибор добавляются платы расширения, и на задней панели появляются дополнительные разъемы (см. рис.2). Доступны четыре опциональных конфигурации:
опция 70В: четыре выхода – один 5 МГц и три 10 МГц – синусоидального сигнала с минимальными шумами для использования в метрологии или при тестировании оборудования связи;
опция 71В: четыре выхода синусоидальных сигналов 10 МГц, 5 МГц, 1 МГц и 0,1 МГц;
опция 72В: два выхода 2,048 МГц (синусоидальный сигнал) и два выхода 2,048 МГц (сигнал прямоугольной формы) для применения в сфере телекоммуникаций;
опция 74В: два выхода 1,544 МГц (синусоидальный сигнал) и два выхода 1,544 МГц (сигнал прямоугольной формы) для использования в системах телекоммуникаций.
На передней панели стандартов GPS-12R расположен большой контрастный дисплей, на котором в цифровом и графическом виде отображается информация о режимах работы, функциональных состояниях и значениях параметров формируемых сигналов. С помощью эргономичных и удобно расположенных кнопок, находящихся на передней панели, можно выбирать режимы работы и устанавливать различные настройки. Продуманная структура внутреннего меню в сочетании с возможностями визуализации позволяют использовать стандарты без подключения к ПК.
В состав приборов GPS-12R(RG) помимо рубидиевого источника опорной частоты входит приемник спутникового сигнала систем ГЛОНАСС и GPS, выдающий стабильный сигнал с частотой 1 Гц (рис.3). Частота и фаза сигналов, генерируемых стандартами GPS-12R(RG), непрерывно подстраиваются по сигналам спутниковых навигационных систем с помощью встроенной схемы ФАПЧ. В GPS-12RR нет приемника спутникового сигнала, и он может работать только автономно.
За счет использования рубидиевого источника опорной частоты и привязки к сигналам спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS стандарты GPS-12Rx обеспечивают высокую стабильность частоты выходных сигналов. В режиме привязки к спутниковым сигналам точность максимально приближена к цезиевым стандартам частоты (рис.4).
Известно, что нестабильность частоты определяется дисперсией Аллана, которая связана со среднеквадратичной ошибкой (СКО) разности двух измерений частоты, разделенных временным интервалом τ. При увеличении τ до определенной величины случайные флуктуации частоты усредняются, и дисперсия Аллана уменьшается, однако при дальнейшем увеличении τ начинается систематическое увеличение шумов, приводящее в свою очередь к неизбежному увеличению дисперсии Аллана. Для рубидиевых стандартов частоты GPS-12Rx характерны малые значения дисперсии Аллана (рис.5).
Примеры применения
В стандартной конфигурации GPS-12RG как источник синхросигнала 2,048/1,544 МГц может служить для калибровки измерительного оборудования или внешней синхронизации сетевых элементов телекоммуникационных систем, например SDH-сетей.
Высокостабильный импульсный сигнал 1 Гц, генерируемый GPS-12R(RG), можно использовать для синхронизации оборудования, в котором критично точное измерение временных интервалов: радарных систем, систем цифрового вещания (DAB) и телевидения (DVB) и др.
Установка в стандарт внутренней батареи 12 В NiMH (опция 78) позволяет использовать GPS-12RG без привязки к сетям питания переменного напряжения промышленной частоты 50 Гц. Это важно для полевых приложений и транспортировки стандарта к месту измерений (батарея обеспечивает до 2 ч работы), а также для лабораторных исследований, не допускающих случайного отключения питания. Заряжается аккумулятор постоянным напряжением 12 В (DC) от сетевого адаптера.
Опциональные версии стандартов GPS-12R(RG) с питанием постоянным напряжением 48 В (опция 77) могут быть превосходным источником синхронизации на цифровых телефонных станциях.
Стандарты 12R(RG) можно также использовать как источник опорной частоты для внешней калибровки частотных анализаторов (например, анализаторов типа WM-11 фирмы Pendulum Instruments).
Распределение опорной частоты
На базе GPS-12RG может быть реализована коммутационно-усилительная система с использованием устройств DA-35 и DA-36 производства компании Pendulum Instruments для распределения сигнала от стандарта частоты к одному прибору или сразу к нескольким потребителям (рис.6). Такое пространственное распределение по соединительной проводке в помещения соседних этажей и даже других зданий возможно на расстояние до 2 км.
Распределение обеспечивается за счет передачи исходного сигнала по волоконно-оптической соединительной линии (ВОЛС) или коаксиальному соединительному кабелю с минимальным джиттером. Применение ВОЛС в качестве среды распространения сигнала исключает наличие гальванической связи между передающими модулями и приемниками. Это устраняет влияние на исходный сигнал токов утечек и наводок в заземляющих цепях, электрического шума и импульсных помех, которые неизбежны в случае соединения элементов системы при помощи коаксиального кабеля. ВОЛС по своим физическим свойствам не подвержены влиянию переходных помех, воздействию разрядов электростатического напряжения и не "собирают" шум или радиопомехи, как это происходит в случае применения протяженных коаксиальных кабелей. Такие линии удобны для прокладки и разводки по зданию и помещениям на каждом этаже в силу большей гибкости благодаря малому диаметру световодов и кабеля в целом.
Таким образом, рубидиевые стандарты частоты GPS-12Rx – это высокоточные, компактные и простые в использовании приборы. Их можно успешно использовать в самых различных приложениях: телекоммуникациях, лабораторных исследованиях, тестировании различного оборудования и многих других.
Рубидиевые стандарты частоты GPS-12RG, GPS-12RR, GPS-12R компании Pendulum Instruments (рис.1, таблица) ориентированы на использование в качестве источника синхросигнала в сфере метрологического обеспечения, для научных исследований, разработок и производства РЭА, в телекоммуникационных системах, сетях мобильной связи.
Рис.1. Внешний вид GPS-12RG
Прибор генерирует несколько видов сигналов: сигналы прямоугольной формы со скважностью 20% на частотах 2,048 МГц или 1,544 МГц (по выбору), сигналы синусоидальной формы с частотой 5 и 10 МГц и последовательности импульсов длительностью 200 мс и частотой 1 Гц. Выходы сигналов 2,048 МГц или 1,544 МГц (через интерфейс G.703) и 1 Гц расположены на передней панели приборов (см. рис.1), сигналов 10 МГц (3 выхода), 5 МГц (1 выход) – на задней панели (рис.2). Предусмотрены также USB-интерфейс для управления с ПК и сигнальный выход для выдачи сообщений об аварийных ситуациях – они находятся на задней панели (см. рис.2). В приборах GPS-12R(RG) есть еще вход типа N для подключения внешней антенны GPS-приемника (см. рис.2).
Рис.2. Задняя панель GPS-12RG
Количество выходов стандарта частоты можно дополнять в зависимости от предназначения прибора. Для этого в прибор добавляются платы расширения, и на задней панели появляются дополнительные разъемы (см. рис.2). Доступны четыре опциональных конфигурации:
опция 70В: четыре выхода – один 5 МГц и три 10 МГц – синусоидального сигнала с минимальными шумами для использования в метрологии или при тестировании оборудования связи;
опция 71В: четыре выхода синусоидальных сигналов 10 МГц, 5 МГц, 1 МГц и 0,1 МГц;
опция 72В: два выхода 2,048 МГц (синусоидальный сигнал) и два выхода 2,048 МГц (сигнал прямоугольной формы) для применения в сфере телекоммуникаций;
опция 74В: два выхода 1,544 МГц (синусоидальный сигнал) и два выхода 1,544 МГц (сигнал прямоугольной формы) для использования в системах телекоммуникаций.
На передней панели стандартов GPS-12R расположен большой контрастный дисплей, на котором в цифровом и графическом виде отображается информация о режимах работы, функциональных состояниях и значениях параметров формируемых сигналов. С помощью эргономичных и удобно расположенных кнопок, находящихся на передней панели, можно выбирать режимы работы и устанавливать различные настройки. Продуманная структура внутреннего меню в сочетании с возможностями визуализации позволяют использовать стандарты без подключения к ПК.
В состав приборов GPS-12R(RG) помимо рубидиевого источника опорной частоты входит приемник спутникового сигнала систем ГЛОНАСС и GPS, выдающий стабильный сигнал с частотой 1 Гц (рис.3). Частота и фаза сигналов, генерируемых стандартами GPS-12R(RG), непрерывно подстраиваются по сигналам спутниковых навигационных систем с помощью встроенной схемы ФАПЧ. В GPS-12RR нет приемника спутникового сигнала, и он может работать только автономно.
Рис.3. Функциональная блок-схема GPS-12RG
За счет использования рубидиевого источника опорной частоты и привязки к сигналам спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS стандарты GPS-12Rx обеспечивают высокую стабильность частоты выходных сигналов. В режиме привязки к спутниковым сигналам точность максимально приближена к цезиевым стандартам частоты (рис.4).
Рис.4. Иерархия стандартов частоты
Известно, что нестабильность частоты определяется дисперсией Аллана, которая связана со среднеквадратичной ошибкой (СКО) разности двух измерений частоты, разделенных временным интервалом τ. При увеличении τ до определенной величины случайные флуктуации частоты усредняются, и дисперсия Аллана уменьшается, однако при дальнейшем увеличении τ начинается систематическое увеличение шумов, приводящее в свою очередь к неизбежному увеличению дисперсии Аллана. Для рубидиевых стандартов частоты GPS-12Rx характерны малые значения дисперсии Аллана (рис.5).
Рис.5. Кратковременная и долговременная нестабильность различных стандартов частоты. OCXO (Oven-Controlled Crystal Oscillator) – термостатированный кварцевый генератор
Примеры применения
В стандартной конфигурации GPS-12RG как источник синхросигнала 2,048/1,544 МГц может служить для калибровки измерительного оборудования или внешней синхронизации сетевых элементов телекоммуникационных систем, например SDH-сетей.
Высокостабильный импульсный сигнал 1 Гц, генерируемый GPS-12R(RG), можно использовать для синхронизации оборудования, в котором критично точное измерение временных интервалов: радарных систем, систем цифрового вещания (DAB) и телевидения (DVB) и др.
Установка в стандарт внутренней батареи 12 В NiMH (опция 78) позволяет использовать GPS-12RG без привязки к сетям питания переменного напряжения промышленной частоты 50 Гц. Это важно для полевых приложений и транспортировки стандарта к месту измерений (батарея обеспечивает до 2 ч работы), а также для лабораторных исследований, не допускающих случайного отключения питания. Заряжается аккумулятор постоянным напряжением 12 В (DC) от сетевого адаптера.
Опциональные версии стандартов GPS-12R(RG) с питанием постоянным напряжением 48 В (опция 77) могут быть превосходным источником синхронизации на цифровых телефонных станциях.
Стандарты 12R(RG) можно также использовать как источник опорной частоты для внешней калибровки частотных анализаторов (например, анализаторов типа WM-11 фирмы Pendulum Instruments).
Распределение опорной частоты
На базе GPS-12RG может быть реализована коммутационно-усилительная система с использованием устройств DA-35 и DA-36 производства компании Pendulum Instruments для распределения сигнала от стандарта частоты к одному прибору или сразу к нескольким потребителям (рис.6). Такое пространственное распределение по соединительной проводке в помещения соседних этажей и даже других зданий возможно на расстояние до 2 км.
Рис.6. Структурная схема системы распределения опорных частот GPS-12RG
Распределение обеспечивается за счет передачи исходного сигнала по волоконно-оптической соединительной линии (ВОЛС) или коаксиальному соединительному кабелю с минимальным джиттером. Применение ВОЛС в качестве среды распространения сигнала исключает наличие гальванической связи между передающими модулями и приемниками. Это устраняет влияние на исходный сигнал токов утечек и наводок в заземляющих цепях, электрического шума и импульсных помех, которые неизбежны в случае соединения элементов системы при помощи коаксиального кабеля. ВОЛС по своим физическим свойствам не подвержены влиянию переходных помех, воздействию разрядов электростатического напряжения и не "собирают" шум или радиопомехи, как это происходит в случае применения протяженных коаксиальных кабелей. Такие линии удобны для прокладки и разводки по зданию и помещениям на каждом этаже в силу большей гибкости благодаря малому диаметру световодов и кабеля в целом.
Таким образом, рубидиевые стандарты частоты GPS-12Rx – это высокоточные, компактные и простые в использовании приборы. Их можно успешно использовать в самых различных приложениях: телекоммуникациях, лабораторных исследованиях, тестировании различного оборудования и многих других.
Отзывы читателей
