Generacja i stabilizacja częstotliwości. Wybrane zagadnienia

Synchronizacja
sieci telekomunikacyjnych SDH

Sieci telekomunikacyjne SDH o synchronicznej hierarchii cyfrowej (Synchronous Digital Hierarchy) są powszechnie stosowane w nowoczesnych systemach telekomunikacyjnych, w tym również w Polsce [14d]. Zasady komutacji stosowane w tych sieciach wymagają, aby wszystkie centrale pracowały w nich z tym samym taktem. W sieciach tych prawie z roku na rok stosuje się większe przepływności. Obecnie wielu operatorów planuje wprowadzenie systemów o przepływnościach 10 Gbit/s. Nawet dla abonentów domowych przewiduje się w roku 2000 zakres przepływności 2 Mbity/s orazw roku 2010: 10÷30 Mbit/s [18, 19]. Tak wysokie przepływności wymagają zastosowania do synchronizacji wysokiej klasy wzorców częstotliwości. W przypadku korzystania na danym obszarze, na przykład w Polsce, z systemu synchronizacji typu „masterslave”, stosuje się jeden wzorzec pierwotny, zazwyczaj wzorzec cezowy lub ewentualnie rubidowy oraz pewną liczbę regionalnych wzorców wtórnych. Jak widać rozwój sieci typu SDH byłby niemożliwy bez zastosowania wzorców częstotliwości. Aktualnie w Polsce pierwotny zegar odniesienia ma dokładność o wartości mniejszej od 1×10^-11, a jak wspomniano uprzednio, spełniające wysokie wymagania kwarcowe wzorce wtórne dostarczane są przez ITR. Ewentualnie wzorce te mogą być kontrolowane przez sygnały systemu satelitarnego GPS (Global Positioning System).

Jaka jest najwyższa częstotliwość
istniejąca w naturze?

Aktualnie zbudowano lasery zdolne do generacji fal o długości fali l około 132 nm, co odpowiada częstotliwości f ≈ 2,27 × 10¹⁵ Hz (lasery excimerowe). Dla porównania tak zwana comptonowska długość fali elektronu wynosi

co odpowiada częstotliwości f_e = 1,2355911 × 10²⁰ [Hz]. Analogiczna częstotliwość dla protonu wynosi 2,2697 x 10²³ [Hz]. Jak wiadomo również, swobodny neutron jest nietrwały, i z połowicznym czasem rozpadu 12 minut przemienia się w proton + elektron + antineutrino. Neutrino i antineutrino mają zerową masę spoczynkową i energię odpowiadająca częstotliwości 1,5317 razy większej od f_e. Przypomnijmy, że neutrina i antineutrina praktycznie bez tłumienia przenikają przez kulę ziemską. Gdyby zatem była możliwa kontrolowana emisja i detekcja neutrin i antineutrin, można by za ich pomocą budować nowe generacje urządzeń telekomunikacyjnych umożliwiających łączność poprzez przeszkody materialne, na przykład poprzez Ziemię do antypodów. Natomiast najwyższa częstotliwość istniejąca w naturze wiąże się z istnieniem pola zerowego próżni. Punktem wyjścia jest wzór Plancka dla gęstości
energii promieniowania cieplnego o postaci

 Drgania zerowe dla T= 0 określone są członem zerowym hf/2, i w granicy dla T→0 otrzymujemy

czyli gęstość energii pola zerowego próżni wzrasta z trzecią potęgą częstotliwości. Gęstość energii pola zerowego określona jest zatem wzorem

gdzie f_c jest maksymalną możliwą częstotliwością. Jej wartość jest obecnie nieznana. Jednakże Planck podał następujący wzór

gdzie G = 6,6687 × 10^-11 [m³/kg×s²] jest stałą grawitacyjną.