JPH0354920A - 標準周波数信号生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 木発明は位相追尾式の標準電波受信機に連動した弱結合
発振器に関し、殊に標準電波の電波伝搬による位相変動
を補正し、標準電波の！振に高精度に同期した信号を得
るための弱結合発振器の構成に関する． （従来技術） 従来、各種機器の周波数測定や校正を行う高精度な基準
周波数を得る場合には原子周波数標準器の出力を変調信
号又は搬送波とした標準電波を受信し、校正する比較信
号をその位相に追尾させる方法と前記原子周波数標準器
出力をデジタル通信網を介して受信し、弱結合発振器を
用いて前記原子周波数標準器出力に同期した安定で高精
度な出力を再生する方法とがある。

標準電波とは電波管理、学術研究及び産業活動等におけ
る基準周波数となるものであり、わが国における標準電
波はセシウムビーム周波数標準器を原器として作出され
ており、その精度は１　０−１３台の高精度を維持し、
その周波数帯域は長波で１波、短波で５波送信されてい
る。

上記短波標準電波の場合、電離層伝搬により電波伝搬が
行われるため、遠達性があるが伝搬路の変動により土し
るドップラー効果等により、その信号受信精度は周波数
で１０−７〜１０　に留まっている． 一方、長波標準電波の場合、その電波ｆ云搬は波長が長
いため地表波の減衰が少なく、且つ空間波も最も安定し
ている最下部電離層（Ｄ層）で反射するため周波数、強
度共に安定であり、日周位相変動或は急始電離層擾乱等
による突発的な位相変動を補正することにより２４時間
比較で１０　程度の高精度な周波数比較が得られる． 上述した理由により標準電波を用いて高精度の周波数測
定を行う場合には、位相追尾式の長波標準電波受信機を
用い、受信した標準電波の位相とローカル標準周波数の
位相とを比較し、両者の位相が常に一致するように移相
器でローカル標準周波数の位相を制御する手段が用いら
れている．しかしながら、標準電波を用いて高精度な出
力を得る方法は電波の伝搬路上の影響によりその精度が
左右され、また標準電波の電界強度の劣化や停波により
受信機より標準電波を受けられない場合等には高精度な
周波数信号を得ることが出来ないという問題点があった
。

一方、デジタル通信四線網より基準クロックを直接抽出
し、該クロック信号を用いて高精度な出力を得る方法は
、前述したような標準電波を用いる場合と異なり電界層
の影響は受けないものの伝搬路上の影響により位相変動
（ジッタ）が重畳されるため直接通信＠器等には用いる
ことが出来ない問題点がある． この問題点を除去するためにデジタル通信回線綱より基
準クロックを抽出し高精度な周波数信号を得る方法は、
該基準クロックを用いて弱結合発振器を制御することに
よりシステムジッタ等の影響を除去している． しかしながら、上記デジタル通信回線網を使用する方法
は専用線が必要であり任意の場所において容易に高精度
の標準周波数を得ることが出来ないという問題点があっ
た． （発明の目的〉 本発明は上述した如き従来の問題点に鑑みなされたもの
であって、標準電波を任意の位置で捕捉するという電波
伝搬による利点を有すと共に標準周波数信号の受信強度
が劣化した場合または標準電波が停波した場合等であっ
てもその影響が直接及ぶことを防止し、極めて高精度な
周波数信号を得ることが出来る標準電波受信機と連動し
た弱結合発振器を提供することを目的とする．（発明の
概要） この目的を達戒するために本発明の標準電波受信機と連
動した弱結合発振器は、標準電波受信機からの復調信号
である位相追尾信号を弱結合発振器に入力し、また弱結
合発振器出力を前記標準電波受信機の外部基準信号とし
て標準電波受信機に入力するとともに、該弱結合発振器
において弱結合発振器出力信号と前記位相追尾信号との
位相を比較し、該比較により得た位相差に基づいて弱結
合発振器の発振出力の周波数を可変制御することにより
標準電波の信号に同期した信号を得たことを特徴とする
。

《実施例） 以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説
明する． 先ず、本実施例の理解を助けるため従来用いられていた
標準電波受信機を用いた標準周波数受信方法とデジタル
通信［ｉｌＯＥＪｉ　ＫＮを用いて標準周波数信号を得
る方法とを簡単に説明する。

第２図は従来用いられていた長波標準電波受信機を用い
て相対周波数偏差を測定する装置の回路構成を示すブロ
ック図であって、同図において１はアンテナであって、
該アンテナを介して受信した標準電波を高周波増幅器２
及び中間周波増幅器３を介して位相比較器６に入力し、
該入力信号を基準として被測定信号の位相変化量を測定
すると共に該位相比較器６出力は次段の移相器５に与え
られ、該移相器５は前記位相比較ｉ｝３６出力に応じ被
測定信号の移相互を制御し、位相追尾信号出力として出
力すると共に必要であれば移相器５における制御量をＤ
／Ａコンバータ７を介してアナログ信号として出力する
． また、前記ａｍ電波の搬送波は例えば４０ｋ｝ｌ２、５
　０　０　ｎａｓ断続のＩＨｚ信号であり、該標準電波
信号と移相器５出力信号とを同期検波器４に入力するこ
とにより標準電波信号のマーキング部のみにおいて位相
比較器が作動するように制御する．上述したような位相
追尾式（位相引き込み式）位相同期方式は、長波標ｉｓ
電波を用いた標準周波数信号手段の中で他の方式、例え
ばフリップフロップ式位相比較受信機またはＰＬＬ方式
受信機等を用いた方式と比較してゲート回路の制御及び
フィルタが必要ないことから標準電波のレベルが雑音レ
ベル以下になっても高精度な周波数比較が出来、高安定
の標準周波数を得ることが出来るという利点を有す． 一方、デジタル通信回線網を用いて標準周波数を得る弱
結合発振器を用いた手段は第３図に示す如くデジタル位
相比較器１０、マイクロプロセッサ１２、デジタルフィ
ルタ１４、デジタルアナログコンバータ１６および電圧
制御型水晶発振器（以下、ｖＣＸ○と記す）１８から構
戒されている．デジタル通信回路網よりの同期クロック
信号とＶＣＸ○１８からの出力信号とをデジタル位相比
較器１０に入力し、該デジタル位相比較器１０において
両者の位相差を例えば２ミリ秒毎に検出すると共にその
出力は次段のデジタルフィルタ１４に与えられる． 該デジタルフィルタ１４では前記２ミリ秒毎にデジタル
位相比較器１０より出力される８．１９２秒間分のデー
タ、即ち４０９６個の位相差データをマイクロプロセッ
サ１２に与え、該マイクロプロセッサ１２では８．１９
２秒間に於ける位相差データの平均値を算出すると共に
該平均値の階差も算出し、その結果をデジタルフィルタ
１４を介して次段のデジタルアナログコンバータ１６に
出力する． 該デジタルアナログコンバータ１６は前記デジタルフィ
ルタ１４より印加された８ｙ１．９２秒間の位相差平均
値に応じて作出された制御信号に基づいて直流電圧を発
生し、これを次段のｖｃｘｏ１８に印加し、その結果、
該ＶＣＸＯ１８の出力は通信回線網より供給された同期
クロックとの位相差を補正され、該同期クロックに正確
に同期した出力信号を発振する． したがって、長波標準電波より抽出した標準周波信号で
弱結合発振器を制御し、高精度な周波数信号を得るため
には、第２図に示した移相器５の出力である位相追尾信
号を第３図の同期クロックとして用いれば良いが、デジ
タル回線網に起因して発生するジッターを抑圧するため
に弱結合発振器Ｇこ於ける入力位相変動〈ジッター）抑
圧周期が一般に約８秒〜１０秒以下と設定されているた
め、標準電波故に発生する電波伝搬に起因した数１０分
〜数時間周期の位相変動は長波標準電波受信機の復調信
号に重畳されたまま弱結合発振器の同期クロックとして
供給され、抑圧することが出来ないという問題点があっ
た。

また、電波伝搬による位相変動を抑圧するために弱結合
発振器におけるデジタルフィルタ部の平均値算出周期を
長くすると、ｖｃｘｏを制御する間隔が長くなりすぎて
しまい、短期的な周波数の安定が失われてしまうという
問題点があった。

これら上述した問題点を除去するために本発明に係る標
準電波受信機を用いた弱結合発振器は例えば第ｌ図に示
す如く構成する． 同図において、２２はアンテナ、２４は高周波増幅器、
２６は中間周波増幅器、２８は同期検波器、３０は位相
比較器、３２は移相器、３４はデジタル位相比較器、３
６及び３８はデジタルフィルタ、４０及び４１はマイク
ロプロセッサ、４２はデジタルアナログコンバータ、４
４は電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸσ）である。

このように構成した装置においてアンテナ２２から受信
した標準電波は高周波増幅器２４および中間周波増幅器
２６を介して位相比較器３０に与えられＶＣＸＯ４４の
出力信号と位相比較を行い、その比較結果に基づいて次
段の移相器３２を制御し、ＶＣＸＯ４４出力の位相調整
を行い、該位相調整を行った信号をデジタル位相比較器
３４に出力する。

前記位相比較器３０は移相器３２と中間周波増幅器２６
の出力信号を同期検波し、該同期検波器出力に基づいて
作動しており、それにより受信した長波標準電波のマー
ク部においてのみ位相同期を行っている。

デジタル位相比較器３４には前述した移相器３２出力以
外にＶＣＸＯ４４からの出力信号も入力しており、両入
力信号の位相を２ミリ秒毎に比較し、その結果をデジタ
ルフィルタ３６に出力する。

該デジタルフィルタ３６では２ミリ秒毎に入力する位相
差信号を演算処理を行うマイクロプロセッサ４０に与え
マイクロプロセッサ４０は４０９６個（８．１９２秒間
）の位相差信号を入力することによりその平均値を算出
し、該算出値に基づいてデジタルフィルタ３６の出力は
制御される。

即ち，デジタルフィルタ３６は短周期のジッターを抑制
するものであり、その出力は８．１９２秒間の平均位相
差比較データである． 前記デジタルフィルタ３６出力は次段のデジタルフィル
タ３８に入力し、該デジタルフィルタ３８はその信号を
マイクロプロセッサ４１に出力する． 該マイクロプロセッサ４ｌでは前記８．１９２秒間の平
均位相差比較データをさらに平滑化するために゜゜Ｔ′
゜時間分のデータをＭＭすると共に、８。１９２秒毎に
“Ｔ′時間分の移動平均値を算出し、該算出値を制御デ
ータに変換してＤ／Ａコンバータ４２へ出力する． 即ち、デジタルフィルタ３８は電波伝搬により生じる数
１０分〜数時間の中、長周期な位相変動を十分抑制する
ような時間に設定し、前記“Ｔ　”時間は例えば１０時
間程度にすればよい。

前記デジタルアナログフィルタ３８出力は短周期及び中
、長周期の位相変動を抑圧した制御データを次段のＤ／
Ａコンバータ４２に出力し、該制御データを入力したＤ
／Ａコンバータ４２は入力デジタル信号を直流電圧に変
換し、ＶＣＸＯ４４を制御することにより標準電波のｉ
器であるセシウムビーム周波数標ｉ器の発振周波数に高
精度に同期することが出来る． 尚，前記マイクロプロセッサ４０及び４ｌはその内部メ
モリ或は図示した外部メモリに抽出したデータをサイク
リックに記憶しておき、電界強度の悪化や停波によって
、受信機よりの位相追尾信号を得ることが出来ない場合
であっても、その直前に入力した制御データを初期値と
して電圧制御型水晶発振器が自走状態で出力し続けるよ
うに構戒してもよく、更には受信機より位相追尾信号が
再び出力された際に、位相追尾信号に対する弱結合発振
出力の位相差を位相追尾信号が停波、あるいは電界強度
の悪化等により得られなくなる直前の位相差と同じ値に
なるように補正し、再び標準電波に対して同期するよう
に制御を開始すれば、電圧制御発振器の自走期間に生じ
た位相差を補正して、再入力する標準電波に対する周期
を早める上で有効である． したがって、標準電波信号を受信している際には短、中
及び長周期の位相差変動を補正し、高精度に周波数同期
した弱結合信号出力を得ることが出来ると共に標準電波
信号が何らかの原因により得ることが出来ない場合には
マイクロプロセッサに記憶されたデータに基づいて電圧
制御型水晶発振器を自走させるため略安定した出力を得
ることが出来る． 尚、本発明の実施例ではマイクロプロセッサを２つ用い
て説明したがこれに限定されるものではなく１つのマイ
クロプロセッサによりその両者の演算処理を行ってもよ
く、あるいは日、月，年等、３以上の異なる周期変動に
対応するために夫々の期間毎の位相変化平均を算出する
フィルタブロックを縦列接続することも有用であろう。

また、標準電波として長波標準電波を受信する場合につ
いて説明したが、これに限定されるものではなく、短波
標準電波を用いたものに適用しても同様の効果を得るこ
とが出来る。

更に、他の原子周波数標準器を原器としている信号、例
えばテレビジョンの同期信号を抽出し、該同期信号を位
相追尾信号として用いても同様に高精度且つ高安定な信
号を作出することが出来、また弱結合発振器として電圧
制御型水晶発振器を用いて説明したが、発振周波数制御
が可能な発振器であれば他の方式のものを用いてもよい
ことは明かである． （発明の効果） 本発明の標準電波受信機と連動した弱結合発振器は以上
説明したように電波伝搬による様々な時間周期を有ず位
相変動を抑制しながら短時間の周期で同期制御を行うこ
とにより安定な弱結合信号出力を得ることが出来ると共
に電界強度の悪化あるいは停波等により位相追尾信号が
得られない間においても比較的安定した周波数信号を自
走により出力することが出来るため、高価な原子周波数
標準器を用いずに高精度な周波数信号を得る上で著しい
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は従来の長
波標準電波受信機を用いて相対周波数偏差を測定する装
置のブロック図、第３図は従来の弱結合発振器を用いて
標準周波数を得る装置のブロック図である． １、２２・・・アンテナ、２、２４・・・高周波増幅器
、３、２６・　・中間周波増幅器、４、２８・・・同期
検波器、６、３０・・・位相比較器、５、３２　　・移
相器、７、１６、４２・・・デジタルアナログコンバー
タ、１０、３４・・・デジタル位相比較器、１２、４０
、４１・・・マイクロプロセッサ、１４、３６、３８・
　　デジタルフィルタ、１８、４４・・・電圧制御聖水
晶発振器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 標準電波受信機と該標準電波受信機と連動して作動する
   弱結合発振器とからなり、前記標準電波受信機において
   前記該弱結合発振器出力を標準電波信号に同期させた位
   相追尾信号を作出すると共に、前記弱結合発振器におい
   て該弱結合発振器出力信号と前記位相追尾信号との位相
   を比較し、該比較により得た位相差に基づいて当該弱結
   合発振器の発振出力の位相又は周波数を可変制御するこ
   とにより標準電波の信号に同期した信号を得たことを特
   徴とする長波標準電波受信機と連動した弱結合発振器。