時間頻率標準

時間頻率標準（time and frequency standard）時間與頻率互成倒數關係，頻率標準可從時間標準導出，所以統稱時間頻率標準。

基本介紹

• 中文名：時間頻率標準
• 外文名：timeand frequency standard
• 特點：恆定不變性
• 分類：巨觀標準和微觀標準
• 世界時：以地球自轉周期
• 套用學科：通信

簡介

時間頻率原始標準應具有恆定不變性，可分為巨觀標準和微觀標準。巨觀標準：基於天文觀測；微觀標準：基於量子電子學，更穩定更準確。

時間標準的發展，集中反映在作為時間單位（秒）的定義在不斷沿革，秒的準確度不斷提高。當前，都採用原子時的計時標準，即以銫Cs133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應的9192 631 770個周期的持續時間，定義為1秒，其準確度優於×10-13，比以天文觀測為基礎的天文時高5 個量級，是當前具有最高計量特性的時間頻率標準，作為時間頻率基準，它具備獨立地評定準確度的能力。時間頻率基準往下傳遞，可建立各級時間頻率標準，其準確度是靠校準獲得的。

世界時（UT,Universal Time）:以地球自轉周期(1天)確定的時間，即1/(24×60×60)=1/86400為1秒。其誤差約為10^-7量級。

曆書時（ET）：以地球繞太陽公轉為標準，即公轉周期（1年）的31 556 925.9747分之一為1秒。參考點為1900年1月1日0時（國際天文學會定義）。準確度達1×10^-9 。於1960年第11屆國際計量大會接受為“秒”的標準。

原子時標的定義：1967年10月，第13屆國際計量大會正式通過了秒的新定義：“秒是Cs133原子基態的兩個超精細結構能級之間躍遷頻率相應的射線束持續9,192,631,770個周期的時間”。1972年起實行，為全世界所接受。秒的定義由天文實物標準過渡到原子自然標準，準確度提高了4~5個量級，達5×10^-14(相當於62萬年±1秒)，並仍在提高。

時間和頻率共用一個基準。在數學上，時間與頻率互為倒數

相關定義

時間是物理學中的七個基本物理量之一，符號t。在國際單位制（SI）中，時間的基本單位是秒，符號s，在1967年召開的第13屆國際度量衡大會對秒的定義是：銫-133的原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9，192，631，770個周期的持續時間。這個定義提到的銫原子必須在絕對零度時是靜止的，而且在地面上的環境是零磁場。在這樣的情況下被定義的秒，與天文學上的曆書時所定義的秒是等效的。生活中常用的時間單位還有：毫秒ms、分min、小時h、日（天）d、周、月、年等。

頻率，是單位時間內完成周期性變化的次數，是描述周期運動頻繁程度的量，常用符號f或u表示，單位為秒分之一。為了紀念德國物理學家赫茲的貢獻，人們把頻率的單位命名為赫茲，簡稱“赫”。每個物體都有由它本身性質決定的與振幅無關的頻率，叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學、聲學中套用，在電磁學和無線電技術中也常用。

時間與頻率互成倒數關係。

2.1 時間標準

時間標準是一種計量時間的規範：時間流逝的速度或者時間點，或兩者都是。如今，幾種原本只是慣例和習慣做法的時間規範已經被公認為標準。被用作一個時間標尺是一種時間標準的套用實例，它規定了用於測量時間劃分的方法。民間時間的標準可以同時定義時間間隔與日時間。

2.2 頻率標準

由於時間與頻率互為倒數關係，所以頻率標準可以由時間標準導出。

原子頻率標準

時間頻率標準包括精密鐘、音叉、高穩定石英晶體振盪器和各種原子頻率標準。

原子頻率標準具有主動型（有源）和被動型（無源）兩種類型，前者由量子振盪器直接輸出標準頻率，後者不能直接輸出標準頻率，而是通過量子系統的受激躍遷吸收程度（諧振與否）得到誤差信號，去修正壓控晶體振盪器的頻率，由晶體振盪器輸出標準頻率。銫束原子頻率標準是被動型的典型例子。圖中示出了被動型原子頻率標準的原理框圖如圖1。

圖1 被動型原子頻率標準原理框圖

壓控晶振的輸出信號經倍頻和頻率合成後產生供原子躍遷用的激勵信號。當激勵信號頻率等於原子躍遷系統中的原子躍遷頻率時，發生躍遷的原子數最多；偏離時則減少。躍遷檢測器上產生與躍遷原子成比例的電信號。調製信號的作用是產生與激勵信號偏離躍遷頻率不同方向相對應的控制信號，經相位檢波器後變成相應的誤差電壓，放大後修正壓控晶體振盪器的頻率。當頻率鎖定時，即激勵信號的頻率等於原子躍遷頻率；此時壓控晶體振盪器輸出的頻率就可作為標準頻率，經多級分頻後可得標準秒信號。