Służba czasu i częstotliwości

[TAN]

W naszym kraju w latach 60 ubiegłego wieku dostrzeżono konieczność emisji własnego sygnału czasu i częstotliwości wzorcowej, na potrzeby gospodarki narodowej.
Realizację rozwiązania technicznego powierzono PAN, który w latach 1961-1965
prowadził prace analityczne w tym temacie.
Wymogiem głównym miało być pokrycie całego kraju sygnałem, który u odbiorców
powinien zapewnić: możliwość korekcji wtórnych wzorców częstotliwości, wykorzystanie
w radiokomunikacyjnych służbach stałych i ruchomych, a także w systemie offsetowym
sieci telewizyjnych i radiowych o modulacji częstotliwości.

Stacją, która miała zapewnić dostępność sygnału wymienionym odbiorcą wg tej koncepcji
miał być 500 kW nadajnik w Raszynie pracujący na częstotliwości 227 kHz.
Z stacji w Raszynie nadawano tylko sygnały czasu w określonych porach.

Koncepcja wykorzystania sygnału stacji długofalowej I programu PR do przesyłania częstotliwości wzorcowej musiała poczekać aż do 1974 r tj. do czasu budowy nowej stacji w Konstantynowie.

Jako że częstotliwość 227 kHz jest liczbą pierwsza w stosunku do 1 kHz, to w ówczesnym okresie budowa podzielników o takim podziale była wielce kłopotliwa.
Brakowało też w Głównym Urzędzie Miar wzorca częstotliwości o wymaganej stałości.
Dopiero budowa narodowego wzorca częstotliwości wykorzystującego atomowe źródło wiązki cezowej przez IPPT PAN, a pracującego potem w Instytucie Łączności w Miedzeszynie, oraz dalszy postęp w technologii elementów półprzewodnikowych który zaowocował powstaniem układów cyfrowych TTL, pozwolił na tego realizacje zadania.

[giezet]

No to moze ja zadam pierwsze pytanie: jakie znaczenie ma dane slynne "zero" podawane codziennie w poludnie? Czy w przypadku anomalii czestotliwosci wzorcowej podawano inne komunikaty?

Nie pamietam aby kiedykolwiek za kadencji nadajnika konstantynowskiego podawali cos innego, mialem 11 lat kiedy runal.

Tylko raz udalo mi sie uslyszec cos innego niz "zero", mianowicie podczas konserwacji nadajnika w RCN Solec Kujawski, spikerka powiedziala "minus jeden".

[Slawek]

Witam.
Słynne "zero" oznacza zgodność fazową czasu i częstotliwości, tzn. w ramce 1 sekundy wzorcowej, musi się znależć idealnie przebieg 227 000 cykli w sinusoidzie. Nie może być ani więcej ani mniej.
Tak idelany sygnał po odfiltrowaniu wstęg i przepuszczeniu przez ogranicznik w celu całkowitego pozbycia sie modulacji, może być sygnałem odniesienia dla np. kalibrowania generatora kwarcowego w zwykłym zegarze pokazującym datę i godzinę.
Można też użyć jako wysoce stabilnego żródła odniesienia dla wzbudzania własnego generatora choćby np. sygnałowego.
Sygnał też może być użyty w syntezatorach częstotliwości.
Zastosowań jest bardzo wiele.
Pamiętajmy, że za czasów świetności Konstantynowa o generator o wysokiej stabilności częstotliwości, było bardzo trudno, dlatego też mieliśmy "generator" centralny w postaci 227 kHz z WRC Konstantynów.
Sławek.
P.S. Nie wiem jak Solec się nadaje do tego typu zastosowań, ale były przypadki /oczywiście dzięki układowi DCC/, całkowitego chwilowego zerwania drgań /efekt małego poziomu nośnej w stosunku do głębokości modulacji/.
O ile się nie mylę Konstantynów nie miał układu DCC wysyłał w antenę 1/2 mocy nośnej i po 1/4 mocy wstęg.

[stefan]

Nie ma jakiejś konkretnej daty rozpoczęcia nadawania częstotliwości wzorcowej. Wszystko
odbywało się sukcesywnie w zależności od uruchamiania generatorów wzorcowych w radiostacji w
Łazach, a także od rozbudowy stanowiska do pomiarów częstotliwości w Instytucie łączności.
Instytut dysponował wówczas trzema kwarcowymi wzorcami o częstotliwości 100kHz
umieszczonymi w piwnicy, w celu zapewnienia stałej temperatury otoczenia i zasilanymi ze
specjalnej sieci bezprzerwowej. Dysponował także zestawem aparatury do porównań
częstotliwości sygnałów pochodzących z różnych źródeł. Za odniesienie służył sygnał stacji
GBR o częstotliwości 16 kHz i największej w owych czasach dokładności rzędu 1x10E-11.
Później wykorzystywano sygnał DCF 77,5, a w połowie lat 70-tych wzorzec cezowy zbudowany w
IPPT PAN.
Przez porównanie trzech wzorców pomiędzy sobą znajdowano najlepszy, który służył do
pomiarów krótkoterminowych (sygnały radiowe nadawały się tylko do pomiarów w długim okresie
czasu).
Ówczesne metody porównania wydają się dzisiaj bardzo prymitywne, a polegały na pomiarze
czasu obrotu lub kilku obrotów plamki na ekranie oscyloskopu o podstawie kołowej, obliczeniu
odchyłki częstotliwości i odniesieniu jej do częstotliwości pomiaru.
W tamtych czasach wzorce kwarcowe były wrażliwe na przestrajanie, starano się jak
najdłużej nie ingerować w ich pracę, a korygować po wyraźnej zmianie częstotliwości.
Korekcji częstotliwości wzorców w stacji w Łazach dokonywano drogą telefoniczną w
porozumieniu z dyżurnym na stacji. Nie przewidywano dokonywać korekcji bezpośrednio z
instytutu, (fotografia zamieszczona w dziale CIEKAWOSTKI dotyczy zestawu wzbudzającego 227
kHz zbudowanego przez Politechnikę Warszawską specjalnie dla Konstantynowa, gdzie taka
możliwość już istnieje).
Ponieważ dokładność pomiaru była większa niż stałość wzorca, a korekcja nie mogła
odbywać się często postanowiono podawać aktualną odchyłkę częstotliwości w formie komunikatu
po to, aby ewentualny użytkownik sygnału mógł skorygować swoje pomiary. Komunikat podawany
był w postaci - data, godzina, minuta, znak - względne ( odniesione do nominalnej wartości)
odchylenie częstotliwości w wartościach Nx10E-9 (10E-9 nie było wymieniane).
O ile pamięć mnie nie myli w latach 1967-1970 udawało się utrzymać w czasie kilku
miesięcy stałość częstotliwości wzorcowej rzędu 2x10E-8 .Takie parametry w tych czasach u nas
w kraju miały bardzo drogie generatory.
Odnośnie pytania - wartość "zero"świadczyła, że odchyłka częstotliwości była mniejsza
niż 1x10E-9, natomiast dokładniejsze wartości podawane były w biuletynach wysyłanych raz w
miesiącu dla konkretnych użytkowników.
Do czasu zmiany częstotliwości nadawania na 225 kHz,trafiały się komunikaty różne od
"zera".a potem po zmianie urządzeń wzbudzających (stało to się w roku 1982) na nowe, gdzie
zastosowano bardzo dobre generatory kwarcowe i po zainstalowaniu w roku 1989 wzorca
rubidowego sygnał częstotliwości wzorcowej miał niestałość lepszą niż 1x10E-11.
Sytuacja gdy komunikat nie był "zerem" wystąpiła w czasie konserwacji nadajnika w Solcu
Kujawskim. gdy jako rezerwa pracowała stacja w Łazach i jej wzorce uległy odstrojeniu.
To narazie tyle na temat początków Krajowej Częstotliwości Wzorcowej.
Co było dalej postaram się napisać później.
pozdrawiam.

[roberto]

Taka mała ciekawostka , wzorcowy zestaw wzbudzający 198 KHz ; 225 KHz (oczywiście Raszyn ) . Niestety prawdopodobnie już nigdy nie zostanie wykorzystany .....

[stefan]

Widoczny na zdjęciu zestaw w związku ze zmianą częstotliwości nadawania z 227 na 225 kHz został zaprojektowany i wykonany w Instytucie Łączności, Nie pamiętam już dokładnie, ale zmiana częstotliwości nastąpiła około roku 1982, i od tego czasu urządzenie jest w eksploatacji.Nieco wcześniej w listopadzie 1978 zmieniono częctotliwości zakresu średniofalowego o 1 kHz, zgodnie z zaleceniem aby częstotliwości nośne stacji radiofonicznych z zakresu fal długich i średnich mieściły się w rastrze 9 kHz ( 225 dzieli się przez 9 natomiast 227 jest liczbą pierwszą).
Zestaw składa się z dwóch identycznych torów zawierających każdy: wysokostabilny generator
kwarcowy 5 MHz, układ przestrajania genertora,,układy syntezy częstotliwości 5MHz na 225 kHz, i 5MHz na 198 kHz, układ przełączający i układ synchronizacji wzajemnej.Układ przełączający pozwalał definiować, który tor jest główny a który rezerwowy.
Tor główny podawał sygnał na nadajnik, a układ synchronizacji wzajemnej dostrajał generator rezerwowy do głównego, aby w razie przełączenia nie było skoku częstotliwości.
Na górze zestawu jest panel odbiornika sygnałów korekcyjnych którymi generatory były przestrajane zdalnie. Przestrajanie odbywało się z Instytutu za pomocą linii lelefonicznej specjalnie do tego celu założonej.
Generatory można było również przestrajać ręcznie przyciskami na panelu przestrajania obserwując wskazania stanu rejestrów na wyświetlaczach
Niemal identyczny zestaw wzbudzający znajdował się w Konstantynowie (zamiast podwójnego układu syntezy 198/225 kħz miał tylko pojedyńczy 225 kHz)
Obudowa i reszta układów były bliźniacze.
Około roku 1988 generator kwarcowy toru głównego został zastąpiony generatorem rubidowym.
Po wybudowaniu radiostacji w Solcu zestaw wzbudzający z Konstantynowa został przeniesiony do Solca. Nie wiem jaki jest stan obecniy, ale przed rokiem jeszcze pracował (Instytut przestał nadawać komunikaty w marcu ubiegłego roku).
pozdrawiam.

[Slawek]

Witam.
Mam pytanie. Czy sygnał wzorcowy WRC Konstantynów, mógłbyć wykorzystywany
do synchronizowania nadajników średniofalowych, które Polskie Radio wykorzystywało
jeszcze do końca lat 90-siątych?
Chodzi mi oto, w jaki sposób synchronizowano nośne, oddalonych np. od siebie o 250 km nadajników w taki sposób,
ażeby ich przebiegi były całkowicie zgodne w fazie.
Logicznie rozumując, to musiał istnieć jeden wspólny generator "centralny".
Musiano także brać pod uwagę czas przebiegu sygnału z generatora do wzbudnicy nadajnika.
Przebiegi były zgodne w fazie w antenach, czyli musiano też brać pod uwagę czas "przejścia" sygnału przez cały nadajnik.
Przy okazji nasunęło mi sie jeszcze jedno pytanie.
Czy sygnał Raszyna i Konstntynowa otrzymywano w Instytucie po kablu, czy też odbierano go jako zwykły sygnał radiowy z "eteru" ? Wydaję mi się, że przy tak dużej dokładności pomiaru, czas przejścia sygnału od wzbudnicy nadajnika aż do Instytułu Łączności mógł mieć kolosolane znaczenie. Wynika to z prędkości rozchodzenia się "fali" radiowej w różnych ośrodkach.
Czy tą kwestię brano w ogóle pod uwagę?
Pozdrawiam
Sławek

[stefan]

Witam.
Tak. Sygnał Radiostacji Centralnej w Konstantynowie od listopada 1978 był wykorzystany do synchronizowania nadajników średniofalowych pracujących w tzw sieci stacji synchronizowanych. Specyfika propagacji fal średnich jest taka, że w dzień zasięg odbioru ogranicza fala przyziemna, odbiór jest możliwy w promieniu kilkudziesięciu kilometrów i teoretycznie można byłoby uruchomić kilka stacji odpowiednio odległych pracujących na tej samej częstotliwości. Gorzej po zmierzchu gdy pojawiają się fale jonosferyczne i stacje zakłócałyby się wzajemnie.
Już w latach piędziesiątych na podstawie badań propagacji i prac teoretycznych wykazano, że jeżeli stacje będą nadawały ten sam program, a częstotliwości nośne identyczne, zakłócenia wzajemne będą bardzo małe.
Określono wówczas warunki na stałość częstotliwości w zależności od przyjętego dopuszczalnego poziomu zakłóceń.Dla warunków Polski wymagane było aby stałość częstotliwości nośnych tych stacji była lepsza niż 5x!0E-9.Należy podkreślić, że już wówczas panował tłok na falach średnich i każde działanie zmierzające do zwiększenia pokrycia kraju programem radiowym było bardzo cenne.
Wtedy to firma Marconi opracowała system synchronizacji nadajników za pomocą sygnału 1 kHz rozsyłanego drogą przewodową. Niska częstotliwość sygnału , słabej jakości i kosztowne połączenia kablowe w tamtych czasach nie zapewniały odpowiedniej jakośći synchronizacji.
Sygnał wzorcowy dostępny drogą radiową pozwolił na zrealizowanie tego systemu.
W przypadku Polski system składał się z czterech sieci po trzy stacje. Częstotliwości nośne tych sieci to: 1206 kHz,1260 kHz,1305 kHz i 1368 kHz.W sumie było 12 nadajników, Nie pamiętam już jaki był roździał częstotliwości dla poszczególnych stacji, ale były to min nadajniki w Gdańsku, Koszalinie,Zielonej Górze, Wrocławiu, Rzeszowie, Lublinie. Kielcach, Starachowicach.
Generatory wzbudzające zostały zaprojektowane i wykonane w Instytucie łączności. Oparte były na wysokostabilnych generatorach kwarcowych produkcji szwajcarskiej. Składały się z dwóch samodzielnych paneli z, których każdy zawierał odbiornik sygnału częstotliwości wzorcowej, generator, cyfrowy układ podstrajania, oraz dwóch paneli przełączających i dopasowujących sygnał wyjściowy do nadajnika.
Przyjęty sposób podstrajana generatora zapewniał mu znaczną autonomiczność (generator był mało wrażliwy na zakłócenia i przerwy sygnału wzorcowego).
Jeżeli chodzi o kontrolę sygnału częstotliwości wzorcowej w Instytucie to odbywała się ona drogą radiową przez bezpośredni odbiór sygnału za pomocą specjalnych odbiorników wykonanych we własnym zakresie.
Pod koniec lat sześćdziesiątych i na początku siedemdziesiątych był to odbiornik- komparator z lampą oscyloskopową, oraz generator 200 kHz synchronizowany fazowo z sygnałem odbieranym, służył do ciągłej rejestracji zależności fazowych pomiędzy sygnałem odbieranym, a lokalnym wzorcem.
Wykres na taśmie rejestratora pozwalał na pomiar znaku i wartości odchyłki częstotliwości
Potem korzystaliśmy z tzw cyfrowego komparatora częstotliwości, a ostatnio był to zwykły odbiornik ogranicznik , ale z rozbudowanym komputerowym sposobem porównania.
Jeżeli chodzi o uwzględnianie opóźnień czasowych i zależności fazowych przy korekcji sygnału wzorcowego, to nie ma takiej ptrzeby, Radiostacja traktowana jest jako generator o określonych parametrach częstotliwościowych i w przypadku odstrojenia następuje jego korekcja. Inna jest sprawa dotycząca synału czasu, tam występuje opóźnienie spowodowane przesyłaniem programu drogą satelitarną ( wynosi ok 0,3 sekundy).
W czasach Raszyna i Konstantynowa sygnał czasu był wysyłany przez GUM nieco wcześniej, uwzględniano opóźnienie jakie powstawało na drodze od GUMu do nadajnika, w przypadku Raszyna było dość znaczne (łącze kablowe).
To tyle na dziś pozdrawiam.

[Slawek]

Witam.
Panie @Stefanie, na wstępie dziękuję za wszystkie odpowiedzi na moje pytania, które nie ukrywam powstały w mojej głowie
z moich wewnętrznych domysłów i przemyśleń, ponieważ do czasu Pana pojawienia się na forum, tak naprawdę nic nie wiedzieliśmy o sposobie synchronizacji nadajników. Mam nadzieję, że nie zanudzę dalszymi pytaniami.
Mam tylko dwa.
1.) Jaki był cykl przejścia ze strony Pana Instytutu z 227 kHz na 225 kHz i analogicznie z 200 kHz na 198 kHz /pewnie mielście sporo pracy z tego tytułu/,
2.) Co synchronizowało nadajniki średniofalowe po upadku masztu /wydaje mi się mało prawdopodobne, aby teslowski ówcześnie Raszyn mógł sobie z tym poradzić, wymiana na nowego ABB też chyba nie załatwiała sprawy ze względu na ograniczony zasięg/.
Jest jeszcze jeden aspekt. Podobno sygnał WRC używano w TVP na Woronicza do stabilizacji serwogenertorów wizji.
Nie wiem jednak, czy to jest jednak prawda, czy tylko wciśnięto mi przysłowiowy kit. Wiem, tylko, że kiedyś TVP używała DCF 77,5 kHz do zegara planszowego i teletekstu, ale to już wspominam tak na marginesie.
Pozdrawiam
Sławek

[TAN]

Dla zilustrowania tematu zamieszczam kilka historycznych reprodukcji sprzętu stosowanego w służbie czasu i częstotliwości

Pierwsze: przedstawia stację czasu typ HKŻ do radiowej obserwacji sygnału 16 kHz brytyjskiej stacji GBR nadającej z Rugby, i do porównywania z dowolnym wtórnym wzorcem częstotliwości 100 kHz.



Generator normalny wzorzec 100kHz (ITR lata 60)



wzorzec 5 MHz (ITR)


Wzorce kwarcowe termostatowane podwójnie dla trzech częstotliwości ( PAN Politechnika Warszawska lata 1961-1977)



I na koniec wzorzec z 1978 r ( IŁ) dla radiostacji Warszwa I



Pozdrawiam