Frequenzreferenz

Eine Frequenzreferenz ist ein Signal oder Standard, der eine stabile, präzise Frequenz liefert und als Bezugsgröße für Messungen, Kalibrierungen und die Synchronisation von Systemen dient. Sie ermöglicht es, Frequenzen anderer Quellen relativ zueinander zu bestimmen, Phasenbeziehungen zu prüfen und zeitliche Konsistenz in Netzen und Instrumenten herzustellen.

Frequenzreferenzen müssen rückführbar sein. Das bedeutet, ihre Eigenschaften lassen sich durch nationale Metrologieinstitute bis hin zur SI ableiten. Prinzipiell unterscheidet man primäre Standards, die den fundamentalen Frequenzbezug liefern (beispielsweise der Hyperfeinübergang von Cäsium-133 zur Definition der Sekunde), von sekundären Standards, die durch Kalibrierung an primären Standards stabilisiert werden. Lokale Oszillatoren wie OCXOs oder Rubidiumquellen dienen oft als Referenz, sind jedoch in der Praxis meist von einer übergeordnet stabileren Referenz diszipliniert, etwa durch GPS oder durch eine Atomreferenz, um Langzeitstabilität sicherzustellen.

Typische Referenzquellen umfassen Cäsium-Atomuhren, Rubidium- oder Wasserstoff-Maser sowie OCXO (ofen-kontrollierter Quarzoszillator) oder VCXO. In modernen Systemen werden diese Referenzen oft durch eine stabilere Version diszipliniert, zum Beispiel durch GPS- oder Galileo-Signale, um Langzeitstabilität zu erreichen. Weiterhin kommen Frequenzkämme oder Synchronisationsnetze in großen Anwendungen zum Einsatz.

Anwendungen finden sich in der Metrologie, der Kalibrierung von Messgeräten, der Frequenzsynthese in der Telekommunikation, Netz- und Satellitenkommunikation, Radar, Wissenschaft und Industrie, wo eine synchronisierte Frequenz von zentraler Bedeutung ist.

Die Qualität einer Frequenzreferenz wird durch Parameter wie Stabilität (Allan-Abweichung), Phasenrauschen und Langzeitdrift bewertet. Die Überwachung erfolgt durch regelmäßige Gegenvergleiche, Kalibrierungen oder die Disziplinierung durch eine übergeordnete Referenz; nationale Institute führen dazu Richtlinien und Zertifizierungen.