Tarkka aika ja taajuus taivaalle MIKESistä

Ilkka Iisakka ja Tapio ManstenMIKESissä Espoon Otaniemessä toteutetaan cesiumatomikellojen ja vetymaserien avulla Suomen aika (kansainvälisen UTC-ajan toteutus Suomessa) sekä hyvin tarkka kansallinen taajuusnormaali. Taajuuden välittämiseksi muille käyttäjille MIKESissä on vuodesta 2004 toiminut tällä hetkellä noin 200 W:n teholla toimiva normaalitaajuuslähetin, jonka 25 MHz:n kantoaalto perustuu atomikellojen taajuuteen, jonka pitkän aikavälin keskiarvo tunnetaan noin 10-15 … 10-14 Hz/Hz tarkkuudella.

Sääolosuhteiden muutokset vaikuttavat ilman taitekertoimeen, mikä aiheuttaa vaihtelua vastaanottajan havaitsemassa kulkuajassa ja sitä kautta taajuudessa. Vajaan 10 km:n etäisyydellä vastaanotetun kantoaallon taajuuden on havaittu poikkeavan nimellisestä alle 2•10-12 Hz/Hz eli taajuudeksi on mitattu 25 000 000,000 00 Hz ± 0,00005 Hz. Todellinen poikkeama voi olla tätäkin pienempi, sillä vastaanottimen mittaustarkkuus mahdollisesti rajoitti saavutettua tarkkuutta.

Lähettimen suora kantama normaalioloissa on parikymmentä kilometriä. Sopivissa sääolosuhteissa signaali voi kantaa ionosfääriheijastuksien avulla hyvinkin kauas: MIKESiin on tullut kuuluvuusraportteja mm. Pohjois-Italian Alpeilta, Etelä-Ranskan Pyreneiltä sekä Yhdysvalloista asti. 25 MHz on yksi pelkästään normaalitaajuuslähettimiä varten varatuista taajuuksista, joten harvinainen taajuus yhdistettynä internetin kautta löytyviin tietoihin kertoo vastaanottajalle, mistä signaali on lähetetty. Ionosfääriheijastuneen signaalin kulkema matka vaihtelee suuresti heijastumiskorkeuden vaihtelujen mukaan, joten taajuusvertailua mielekkäällä tarkkuudella ei näissä kaukaisissa havaintopisteissä pystytä tekemään.

Ilman kautta siirrettäessä väliaine rajoittaa siis ajan- ja taajuudenvälityksen tarkkuutta. Tämä on yksi tekijä myös GPS-ajan epävarmuudessa, jonka virallinen spesifikaatio on 100 ns, mutta käytännön tarkkuus nykyään 10 ns:n luokkaa. Paremman tarkkuuden saavuttamiseksi MIKESissä kehitetään optisiin kuituyhteyksiin perustuvia menetelmiä vaihtoehtona ilman kautta tapahtuvalle ajan ja taajuuden siirrolle.

Lisätiedot: tutkija Ilkka Iisakka, etunimi.sukunimi@vtt.fi, puh. 050 410 5519​