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126.1962年:原子钟无线电台

工程学之书 马歇尔·布莱恩 1202 2021-04-06 07:33

  126.1962年:原子钟无线电台

  无线电控制的钟表通过来自原子钟的时间信号进行校准。

  机械摆钟(1670年),广播电台(1920年),原子钟(1949年),微处理器(1971年)

  工程师以提高社会效率而著称。思考这样一个问题:在美国,因为夏令时的缘故,每年都要向前或向后调整钟表。每年至少两次,每块钟表都要调整。

  假设美国有一亿户家庭,每个家庭有一座钟表,每年调表两次,每次需要一分钟。在这种假设下,美国人每年会有多少时间浪费在调表上呢?接近400年。有什么方式可以让我们重新获得这些失去的时间吗?

  工程师用一种具有独创性的方案回答了这个问题—―他们构想了一种可以自动调表的钟表。为了实现这一构想,他们用到了无线电波。一座被称为“美国标准电波”(WWVB)的无线电台于1962年在科罗拉多州(Colorado)开始运行,该电台的发射功率达到了70000瓦。它有一面巨大的天线,在极低的频率(60000赫兹)发射信号,这使得电台的信号覆盖范围非常大(尤其是在夜间)。电台的调频格式极为简单:每秒发射1比特信号,每分钟发射一个新的时间编码,同时也会编制一个相位调制(phase-modulated)的秒信号。

  随着这一系统的问世,居民可以为家中的钟表装上一个简单的调频无线电接收器和一个小型处理器,用于接收和解码信号。这样,当钟表接收到无线电信号时,就可以显示出正确的时间了。由于“美国标准电波”使用的是获得美国国家标准技术局(National Institute of Standards and Technology,NIST)认证的原子钟,每个使用这项技术的钟表都可以获得极为准确的时间。

  拥有强大的功率、巨大的天线、低频的信号的无线电台覆盖了整个美国大陆。在夜间,它所发出的信号甚至可以覆盖到夏威夷和南美洲。

  这项技术带来的影响是:如果你买到一块可以接收到“美国标准电波”信号的手表,它经常会将自己形容为一块口袋中的“原子钟”—― 在放入电池后,如下两种情况有一种会发生。一分钟后,你的手表会神奇地自动开始调表;或者,到了晚上,它会自动调整时间。会发生哪种情况取决于你离科罗拉多州的距离。每年,工程师都为你的生命节约了几分钟时间。■ 工程学之书

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