Introducción y tecnología de los relojes de rubidio

Los relojes de rubidio, también conocidos como relojes atómicos de rubidio, son relojes sincrónicos que combinan alta precisión y alta fiabilidad. Su tecnología central radica en la estrecha integración de osciladores de rubidio estables con las tecnologías de diseminación de tiempo de alta precisión, medición de frecuencia y sincronización horaria del GPS. Mediante este diseño innovador, la frecuencia de salida del oscilador de rubidio puede sincronizarse con las señales de los relojes atómicos de cesio en los satélites GPS, mejorando significativamente la estabilidad a largo plazo y la precisión de las señales de frecuencia. Esto permite que los relojes de rubidio proporcionen un estándar de tiempo y frecuencia de alta precisión comparable al de los relojes de cesio, convirtiéndolos en una alternativa ideal a estos para departamentos como comunicaciones y radio-televisión, al mismo tiempo que optimizan la relación costo-eficacia.

 Principio de funcionamiento

La estructura interna de un reloj atómico de rubidio incluye principalmente múltiples módulos como un circuito de microcontrolador, un circuito servo, un circuito de multiplicación de frecuencia de microondas, un circuito de modulación de frecuencia y un circuito de síntesis de multiplicación de frecuencia. Su principio de funcionamiento se basa en la transición entre los niveles de energía hiperfina del estado fundamental, y la frecuencia de transición correspondiente es de 6834.682614 MHz. Durante el proceso de transición atómica, la señal de microondas desempeña un papel de discriminación de frecuencia, generando luego una señal de error. Mediante el ajuste de frecuencia del oscilador de cristal servo en el bucle de fase cerrada, la frecuencia de la señal de excitación puede bloquearse a la frecuencia de transición atómica, logrando así la alta estabilidad y precisión de la frecuencia de salida del oscilador de cristal.

 Composición modular

Al igual que otros relojes atómicos, los relojes de rubidio también siguen la teoría de transición de niveles de energía para medir el tiempo. Cuando los átomos absorben o liberan energía electromagnética, realizan transiciones según las diferencias de energía de las diferentes capas de electrones que rodean el núcleo atómico. Esta transición va acompañada de la liberación de ondas electromagnéticas, y la frecuencia característica es lo que llamamos frecuencia de resonancia. Los relojes atómicos miden el tiempo con precisión utilizando esta frecuencia de resonancia.

Comparación entre relojes de rubidio y otros relojes atómicos

Actualmente en el mercado, los productos de relojes atómicos se dividen principalmente en tres categorías: relojes de rubidio, relojes de cesio y relojes de hidrógeno. Aunque los relojes de cesio y de hidrógeno tienen mayor precisión, son costosos y se utilizan principalmente en campos como satélites de defensa e investigación científica. En contraste, los relojes de rubidio, con sus características de alta estabilidad a corto plazo, tamaño reducido, portabilidad y precio moderado, han sido ampliamente utilizados en diversos campos.