如何建立自己的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)

作者：張利民（BG2VO）
摘自：無(wú)線電雜志 200905

編者的話：約張利民老師寫這個(gè)《如何建立自己的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)半年有余，終于在第5期上讓這個(gè)專題與讀者見(jiàn)面了。追隨張老師在HELLOCQ論壇里的“熱帖”已經(jīng)很久，為什么要做這個(gè)帖子， 追求高精度的時(shí)間和頻率到底有什么用途，張老師在論壇上的回答是：——人們對(duì)精度的追求總是無(wú)止境的。利用它可以：1.做一個(gè)時(shí)鐘，多少年也不差1s。至于幾萬(wàn)年不差1s也許是我們用不到的，但做到50年不差1s還是有實(shí)際意義的，那樣你的表就永遠(yuǎn)不用調(diào)整了。2.頻率計(jì)等儀器的精確校準(zhǔn)。3.與類似高精度的時(shí)間頻率基準(zhǔn)作對(duì)比，比如有一個(gè)高級(jí)信號(hào)發(fā)生器，還有一個(gè)溫補(bǔ)晶體振蕩器，到底哪一個(gè)好？4.測(cè)量晶體振蕩器的各種不穩(wěn)定因素，比如老化率、溫度特性。 還是那句話，電子愛(ài)好者的愛(ài)好不僅可以很廣泛，而且還可以很深入。讓我們?cè)谶@個(gè)專題里找找更詳盡的……


美國(guó)“時(shí)間狂人”tvb個(gè)人實(shí)驗(yàn)室里用示波管做的時(shí)間顯示器及正在工作的幾臺(tái)安捷倫5071


時(shí)間是我們每一個(gè)人在日常生活中不可缺少的。每當(dāng)整點(diǎn)鐘的時(shí)候，收聽(tīng)廣播的收音機(jī)便會(huì)播出“嘟、嘟……”的響聲，提醒人們校對(duì)自己的鐘表。那么，廣播電臺(tái)里的正確時(shí)間是哪里來(lái)的呢？假如你很長(zhǎng)時(shí)間不聽(tīng)廣播、不去對(duì)表，你的手表還能準(zhǔn)確嗎？能做到每個(gè)月誤差多少？本文所要闡述的，就是這些問(wèn)題，并為解決這樣的問(wèn)題提供一些方法和思路，使得個(gè)人也可以擁有運(yùn)行很多年也不差1s的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的高準(zhǔn)確度的頻率標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)你做出比廣播電臺(tái)、電視臺(tái)還要穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)原來(lái)以為非常準(zhǔn)確的報(bào)時(shí)信號(hào)原來(lái)慢了兩秒的時(shí)候，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘慢了一秒原來(lái)是閏秒造成的時(shí)候，你會(huì)陶醉的。

為什么要建立自己的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)？
自古以來(lái)，人們對(duì)時(shí)間的追求就從未停止，比如從最早的日晷、漏壺，到近代的擺鐘。對(duì)比古代，現(xiàn)代的人們對(duì)時(shí)間有了更準(zhǔn)確的把握，比如很廉價(jià)的電子表，其每天的誤差一般不會(huì)超過(guò)1s。但是，人們對(duì)精度的追求總是無(wú)止境的。有了自己的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，就可以對(duì)自己的頻率計(jì)、信號(hào)發(fā)生器、綜合測(cè)量?jī)x等儀器做精密的校準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)電臺(tái)的內(nèi)部頻率標(biāo)準(zhǔn)做出矯正，要知道現(xiàn)代電臺(tái)對(duì)發(fā)射頻率的偏差和穩(wěn)定度的要求是非常高的。有了自己的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，就可以校準(zhǔn)自己的時(shí)鐘，或者干脆自己做一個(gè)高準(zhǔn)確度的時(shí)鐘，讓它在生命周期內(nèi)永遠(yuǎn)準(zhǔn)確。當(dāng)然，業(yè)余條件下做到運(yùn)行上萬(wàn)年不差1s也許是我們用不到的，也不一定能做得到，但做到50年不差1s還是有實(shí)際意義的，那樣在你的一生中就永遠(yuǎn)不用調(diào)整你的時(shí)鐘了，這相當(dāng)于只有6E-10的誤差。在計(jì)量的幾個(gè)原始單位中，只有時(shí)間和頻率是唯一一個(gè)我們有可能自己擁有達(dá)到1ppb的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于其他幾個(gè)物理量（比如長(zhǎng)度、質(zhì)量、電流等），個(gè)人擁有1ppm的標(biāo)準(zhǔn)都是非常困難的。有了高精度的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，我們就可以對(duì)各類頻率源作出比較判斷，比如到底誰(shuí)的準(zhǔn)確？誰(shuí)的穩(wěn)定？同時(shí)，我們也可以有意地改變一些外界參數(shù)，用來(lái)測(cè)量分析頻率源、信號(hào)源的變化特性，比如測(cè)量晶振的溫度系數(shù)、穩(wěn)定度、老化特性等。