יישומים בהם מתנדים מועסקים

הצורך מתנדים

יישומים הנדסיים רבים דורשים זמן מדויק ו / או אות ייחוס תדירה שמתקבל בדרך כלל מתנדים או שעונים. מתנד הוא מכשיר, אם הגיש לקלט חשמלי או מכניות, פלטי אות מחזורית, עם שונות מעלות של "טוהר" "ועם מחזוריות ט כלומר בתדירות f = 1 / T

מתנד מדויק ויציב נועד לשמש שבו העיתוי הוא קריטי אולם המכשיר המארח ייתכן שיהיה צורך לבצע באופן עצמאי.

לדוגמא: לווין דורש שעון פנימי אשר מסונכרן עם שעונים על פני כדור הארץ. מאז הלווין יכול להיות מחוץ לעניינים עם תחנות קרקע מעת ל-זמן, כאשר קשר נוצר מחדש, הן השעונים הפנימיים והארץ חייבים להיות בסנכרון מושלם לשמור על תקשורת.

מתנדים Piezoelectric יש לו הפצה רחבה בשל יציבות לטווח קצר הטובה שלהם ועלות נמוכה לעומת העלות של סטנדרטים אטומיים.

מתנדים אטומי מועסק עבור המאפיינים שלהם המדהימים של שני קצר וארוך טווח יציבות ודיוק מתנדים בשימוש המסחרי רובם מבוססים על צסיום (Cs) רובידיום (Rb) סטנדרטים אטומיים.

כמו כן, חשוב להזכיר סטנדרטי מימן (masers) כפי שהם מייצגים את הפנית התדירות המדויקת ביותר, למרות הטווח שלהם המוגבל של ניצול ועלויות גבוהות מאוד.

מדוע להשתמש מתנדים רובידיום?

בשל יחס איכות / עלות, מתנדים רובידיום לייצג פתרון טוב באמצע בין מתנדים קוורץ האטומי של איכות גבוהה (מאזר Cs ו- H) ולכן לרוב לשטח תוך מספר גדול של יישומים טכנולוגיים ומדעיים

מתנד רובידיום מספק פלט תדירות מדויק מאוד גבוה ויציב עם יציבות של חלקים לכל 1E-11. זה שווה דיוק זמן של 1 שני ב -1,000 שנים. מתנדים הקריסטל הטוב ביותר להפגין חוסר דיוק של 1 השני ב 10 שנים, בעוד שעונים יקרים יותר מבוסס על צסיום תערוכה אי דיוק של 1 שנייה ב 1 מיליון שנה.

שעון רובידיום-GPS משלב מתנד רובידיום עם מקלט GPS. תדירות רובידיום נעולה לאות GPS, ובכך שילוב-יציבות לטווח קצרה המעולה של תקן רובידיום עם לטווח הארוך-היציבות המעולה של אות ה- GPS. היציבות והדיוק של אות ה- GPS נגזרת ממערכת של 24 לוויינים כל אחד נושא על לוח אנסמבל של שעונים אטומיים. אלה לעקוב ומתוחזק עקיבה UTC / USNO בתוך 100ns.

היבט חשוב נוסף למדי לא לזלזל, הוא האפשרות של סינכרון (או משמעת) כל מתנד עם הפנית דיוק גבוה חיצונית, המתנד יכול להיות ממושמע למערכת לווין פעיל כבר כגון GPS, GLONASS ו, בעתיד, את אירופה גלילאו או מערכות כאלה אחרים. בתיאוריה, אסטרטגיה זו מאפשרת את השימוש של מתנד באיכות בינונית אשר לכייל מחדש מעת לעת דרך מעגל שמקבל את האות מנקודת ייחוס חיצוני. הן הדיוק ורמת סחיפה של האיתותים יש באותו סדר הגודל של מתנדים צזיום דבר המבטיח הופעות גבוהה מאוד.

בהתבסס על האמור לעיל לא יהיה צורך לעצב מתנדים באיכות גבוהה, אולם היבטים שליליים מסוימים עשויים להיות מעורבים כי יש לנתח והיווה גם כן. ראשית, חשוב לזכור כי דיפוזיה של אותות הניווט ותזמון היא תחת השליטה הישירה של מבני ממשלה-צבאית, בכל רגע החלטה יכול להיעשות כדי לשבש את השירות או להוריד את רמת איכותו.

בעיה נוספת היא הזמינות של האות: זהו המקרה כאשר הקבלה של האיתות החיצונית אינה אפשרית או כאשר הרמה שעוצמת האות הנקלטת היא כל כך נמוכה כמו להיות שמיש לחלוטין. במקרה זה, אנו עומדים בפני מצב ההלנה שנקרא, כלומר שאין קישור חיצוני, וכתוצאה מכך, המופעים הנמוכים לאותה הרמה של אלה של מתנד חינם, המקומי, לפחות עד שקישור ההתייחסות יתחדשו. פעולה זו דורשת זמן ניכר מאז יש צורך להקים מחדש ו להעריך מחדש את האות הנקלטת

שיקולים אלה מצביעים על צורך מתנדים רובידיום, אשר הם נפוצים ביותר כמקור מיותר או כמו הגיבוי של מערכת מורכבת של איכות בפריים שיעור. למעשה, מאפיינים מסוימים של יציבות שעונים רובידיום בטווח בינוני (כ יום אחד), מאפשר להם לפרוס כפי בחינם (או-ריצה עצמית) מתנדים במצבים שבהם הם מסונכרנים ממקור חיצוני. דוגמאות לכך כוללות יישומים כגון צומת של רשת תקשורת ברמה היררכית נחה, כונו כתנאים מסונכרנים הדדית, או עם מקלטי GPS באיכות טובה, אשר מסוגלים לפצות על אובדן אפשרי של אות הייחוס.