如何建立自己的时间和频率标准

飘八零

作者：张利民（BG2VO）
摘自：无线电杂志 200905

编者的话：约张利民老师写这个《如何建立自己的时间和频率标准》已经半年有余，终于在第5期上让这个专题与读者见面了。追随张老师在HELLOCQ论坛里的“热帖”已经很久，为什么要做这个帖子， 追求高精度的时间和频率到底有什么用途，张老师在论坛上的回答是：——人们对精度的追求总是无止境的。利用它可以：1.做一个时钟，多少年也不差1s。至于几万年不差1s也许是我们用不到的，但做到50年不差1s还是有实际意义的，那样你的表就永远不用调整了。2.频率计等仪器的精确校准。3.与类似高精度的时间频率基准作对比，比如有一个高级信号发生器，还有一个温补晶体振荡器，到底哪一个好？4.测量晶体振荡器的各种不稳定因素，比如老化率、温度特性。 还是那句话，电子爱好者的爱好不仅可以很广泛，而且还可以很深入。让我们在这个专题里找找更详尽的……


美国“时间狂人”tvb个人实验室里用示波管做的时间显示器及正在工作的几台安捷伦5071


时间是我们每一个人在日常生活中不可缺少的。每当整点钟的时候，收听广播的收音机便会播出“嘟、嘟……”的响声，提醒人们校对自己的钟表。那么，广播电台里的正确时间是哪里来的呢？假如你很长时间不听广播、不去对表，你的手表还能准确吗？能做到每个月误差多少？本文所要阐述的，就是这些问题，并为解决这样的问题提供一些方法和思路，使得个人也可以拥有运行很多年也不差1s的时间标准和相应的高准确度的频率标准。当你做出比广播电台、电视台还要稳定的标准时，当你发现原来以为非常准确的报时信号原来慢了两秒的时候，当你发现时钟慢了一秒原来是闰秒造成的时候，你会陶醉的。

为什么要建立自己的时间标准？
自古以来，人们对时间的追求就从未停止，比如从最早的日晷、漏壶，到近代的摆钟。对比古代，现代的人们对时间有了更准确的把握，比如很廉价的电子表，其每天的误差一般不会超过1s。但是，人们对精度的追求总是无止境的。有了自己的时间和频率标准，就可以对自己的频率计、信号发生器、综合测量仪等仪器做精密的校准，进而对电台的内部频率标准做出矫正，要知道现代电台对发射频率的偏差和稳定度的要求是非常高的。有了自己的时间和频率标准，就可以校准自己的时钟，或者干脆自己做一个高准确度的时钟，让它在生命周期内永远准确。当然，业余条件下做到运行上万年不差1s也许是我们用不到的，也不一定能做得到，但做到50年不差1s还是有实际意义的，那样在你的一生中就永远不用调整你的时钟了，这相当于只有6E-10的误差。在计量的几个原始单位中，只有时间和频率是唯一一个我们有可能自己拥有达到1ppb的标准。对于其他几个物理量（比如长度、质量、电流等），个人拥有1ppm的标准都是非常困难的。有了高精度的时间和频率标准，我们就可以对各类频率源作出比较判断，比如到底谁的准确？谁的稳定？同时，我们也可以有意地改变一些外界参数，用来测量分析频率源、信号源的变化特性，比如测量晶振的温度系数、稳定度、老化特性等。