Измеритель кратковременной нестабильности частоты

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ, содержащий исследуемый и опорный генераторы и частотомер, отлич ающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные первый формирователь строб-импульсов , первый стробоскопический преобразователь, первый фильтр низкой частоты, второй формирователь строб-импульсов, второй стробоскопический преобразователь и второй фильтр низкой частоты, а также синтезатор частоты, вход которого соединен с первым входом частотомера , входом первого формирователя строб-импульсов и выходом опорного генератора, причем второй вход первого стробоскопического преобразователя соединен с выходом исследуемого генератора, выход синтезатора частоты подключен к второму входу Q стробоскопического преобразователя, $ выход второго фильтра низкой часто (Л ты соединен с вторым входом частотомера . 4 7 о:) 7 fff г

союз советских сощмлистичесних

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1046701 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (53 ) 621. 317 (088. 8 ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3355590/18-21 (22 ) 18.11.81 (46 ) 07. 10. 83. Бюл. Р 37 (72 ) A.Ñ. Милковский (56 ) 1. Аппаратура для частотных и временных измерений. Под ред.

А.П. Горшкова, М., "Советское радио", 1971, с. 250.

2. Там же, с. 246. (54 ) (57 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ КРАТКОВРЕМЕЯ-, НОИ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ, содержащий исследуеиый и опорный генераторы и частотомер, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные первый формирователь строб-импульсов, первьФ стробоскопический преобразователь, первый фильтр низкой частоты, второй фбрмирователь строб-импульсов, второй стробоскопический преобразователь и второй фильтр низкой частоты, а также синтезатор частоты, вход которого соединен с первым входом частотомера, входом первого формирователя строб-импульсов и выходом опорного генератора, причем второй вход первого стробоскопического преобразователя соединен с выходом исследуемого генератора, выход синтезатора частоты подключен к второму входу стробоскопического преобразователя, выход второго фильтра низкой частоты соединен с вторым входом частотомера.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-— зовано при анализе фазовой и частотной нестабильности сигналов.

Известен измеритель кратковременной нестабильности частоты сигналов, содержащий исследуемый и опорный генераторы, а также фазовый детектор (1 1. указанный измеритель характеризуется недостаточно высокой точностью измерения кратковременной нестабильности частоты в диапазоне частот исследуемого сигнала, так как он измеряет взаимную нестабильность опорного и исследуемого сигналов и требует перестраивае лого в таком же диапазоне опорного генератора, стабильность которого должна быть не хуже измеряемой и создание которого представляет самостоятельную сложную задачу. Использование в измерителе фазового детектора приводит к значительной погрешности измерения при фазовом сдвиге сравниваемых кслебаний, превышающем Л/6, из-за нелинейной (косинусоидальной ) характеристики фазового детектора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержацее исследуемый и опорный генераторы, смеситель, усилитель низкой частоты и частотомер, причем входы смесителя соединены с соответствуюцими выхода ли исследуемого и опорного генераторов,,а выход - с входом усилителя низкой частоты, выход которого подключен к входу частотомера, вход опорной частоты частотомера соединен с выходом опорного генератора 2 ).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения кратковременной нестабильности частоты в диапазоне частот исследуемого сигнала. Это объясняется тем, что указанный измеритель измеряет взаимную нестабильность частоты опорного и исследуемого сигналов и нестабильность опорного сигнала целиком входит в результат измерений. Кроме того, для измерения нестабильности частоты в диапазоне частот исследуемого сигнала необходим перестраиваемый в таком же диапазоне опорный генератор, так как разность частот исследуемого и опорного генератора должна иметь фиксированное значение. Но в генераторах q широкой полосой перестройки флуктуации, возникающие вследст-. вие наличия перестраиваемого реактивного элемента, не только преобладает, но, как правило, превышают уровень флуктуаций генератора на (20-40) дБ по сравнению с флуктуациями того же генератора, не

35 флуктуаций исследуемого сигнала, при;

40 водящих к измеряемой нестабильности

65 содержащего перестраиваемой реактивности. Поэтому в результате изме1 рений может преобладать нестабиль— ность опорного перестраиваемого гс„ нE. pатора

Цель изобретения — повышение точности измерения кратковременной нестабильности частоты в диапазоне частот исследуемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель кратковременной нестабильности частоты, содержащий исследуемый и опорный генераторы, а также частотомер, введены последовательно соединенные первый формирователь строб-импульсов, первый стробоскопический преобразователь, первый фильтр низких частот, второй формирователь строб-импульсов, второй стробоскопический преобразователь и второй фильтр низких частот, а также синтезатор частот, вхрд которого соединен с первым входом частотомера, входом первого формирователя строб-импульсов и выходом опорного генератора, причем второй вход первого стробоскопического преобразователя соединен с выходом исследуемого генератора, выход синтезатора частот подключен к второму входу второго стробоскопичес кого преобразователя, выход второго фильтра низких частот соединен с вторым входом частотомера.

Из высокостабильного эталонного сигнала фиксированной частоты формируют строб-импульсы и стробируют ими исследуемый сигнал. В результате стробоскопического преобразования происходит перенос фазовых частоты, на низкую частоту выходного сигнала первого стробоскопического преобразователя. Из низкочасToTHQI преобразованного сигнала формируют строб-импульсы и стробируют ими выходной сигнал синтезатора частот, частоту которого устанавливают в К раз выше частоты строб-импульсов„

Таким образом, осуществляют умножение измеряемой кратковременной нестабильности частоты на К,. которую оценивают с помощью частотомера, работающего в режиме измерения перио да выходного сигнала второго стробоскопического преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Измеритель кратковременной нестабильности частоты содержит соединенные последовательно опорный генератор 1, первый формирователь 2 строб импульсов, первый стробоскопический преобразователь 3, первый фильтр 4 низких частот, второй формирователь

5 строб-импульсов, второй стробоскопический преобразователь б и второй 1 j<» 01 фильтр 7 низких частот, а такж» частотомер 8, исследуемый генератор 9, выход которого подключен к второму входу первого стробоскопического преобразователя 3 и синтезатор 10 частот, выход KQòoðoãî со»динен с вторым входом второго стробоскопического преобразователя б, а вход — с первым входом частотомера и выходом опорного генератора, причем второй вход частотомера подключен к выходу второго фильтра низких частот.

Предлагаемый измеритель кратковременной нестабильности частоты работает следующим образом.

Из сигнала Uosi n)U t 9(t )) фиксированной частоты опорного генератора, в качестве которого может быть взят отличающийся наивысшей стабильностью квантовый стандарт частоты, с помощью первого формирователя строб-импульсов в моменты перехода сигнала через нулевое значениее (например, иэ минуса в плюс ) формируют импульсы, которыми стробируют в первом стробоскопическом преобразователе исследуемый сигнал

Us i n (> t + V (t )) . В приведенных выражениях через 9„(t ) и Y (t ) обоз начены фаэовые флуктуаций соответственно опорного и исследуемого сигналов. Выражение для полной фазы выходного сигнала 0 „ь!n(ÄpÄt +9 (t )7 первого стробоскопйческого преобразователя имеет вид „р С+,(t)=f

=(-ntUO) + ((С)- У (6)в), (1) где (С) — фазовые флуктуации выходного сигнала первого стробоскопическоro преобразователя; и — номер гармоники стробимпульсов, ближайшие к стробируемой частоте. и о имеет окно из трех значений

2 Ji 10 ; 2 л 106; Х 10 7, если в качестве опорного генератора частоты приме нен квантовый стандарт частоты.

Частота выходного сигнала первого стробоскопического преобразователя при любом значении частоты входного сигнала, большем частоты строб-импульсов, меньше или равна половине значения частоты следования строб-им пульсов

< о

npa (2)

При рассмотренном преобразовании частоты происходит перенос фазовых флуктуаций Ч (t) с частоты входного сигнала на частоту ш„р выходного сигнала первого стробоскопического преобразователя. Первый фильтр низких частот служит для выделения

«ервой гармоники преобразованного сигнала, Из выходного сигнала первого

Филь.гра низких частот в момент пере. хода его через нулевое значение

5 ( (например, из минуса в плюс ) с помощью второго формирователя стробимпульсов формируют импульсы,. которыми во втором стробоскопическом преобразователе стробируют выходной

10 сигнал Uzsinj t + (t Ц синтезатора частот. Выражейие для полной фазы сигнала Unp Q t. s i n(t +

pz

+<<(t)) второго стробоскопического преобразователя имеет вид

i5

„, С+Ч (tl=- t,(t)-К(„, ",(С)-n×ß

1 — (с„я — K, )С+ ((С)-k9 (С)+К У (С)) (3) где Y>(t ) — фазовые флуктуации выходного сигнала второго стробоскопического преобразователя; номер гармоники частоты

ы„р 1строб-импульсов, 25 блйжайшей к стробируемой частоте и синтезас тора частот.

Частоту выходного сигнала синтезатора частот устанавливают такой, чтобы выполнялось равенство

20 (4) шп 2 с Кш„р1-сопэС

При этом выбирают К>71.

Второй фильтр низких частот служит для подавления высших гармоник выходного сигнала второго стробоскопического преобразователя.

Кратковременную нестабильность частоты определяют при помощи часто40 томера, работающего в режиме измерения периода выходного сигнала второго фильтра низких частот, по нестабильности указанного периода..

Нестабильность периода сигнала„

45 ется его фазовыми флуктуациями

f,(J = Ч () КЧ (С)+ Кп q (С). (5)

В

5О Согласно выражению (5 ) в предлагаемом измерителе реализовано умножение измеряемой. нестабильности

Y> (t )/t на К И> следовательно, в

К раэ повышена разрешающая способность измерителя и точность измерения.

Так как кратковременная нестабильность частоты стандартов частоты составляет 10 "" — 10 >, а кратковременная нестабильность частоты подавляющего боюп;шинства генераторов, применяемых в технике, составля» ет 10 + 10, то при .п =10 100, что имеет место согласно (1 3, при

65 -o 2Л ш = л.107 и f= (500 МГц

1046701 пМ„(t) a 2(t) кФ2(с) )f р4(й) Составитель В. Канута

Редактор Н. Гришанова Техред Т!Фанта Корректор А. Ильин

Заказ 7724/45 Тираж 710. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и выражением и 9<(t ) в (5 ) мо но пренебречь.

Если измеряемая кратковременная нестабильность частоты больше или . равна кратковременной нестабильности частоты синтезатора частот, то выбрав К Ъ, 10, установкой соответствующего значения частоты синтезатора частот согласно (4 ), влиянием нестабильности У (t) синтезатора частот в выражении (3) можно пренебречь, так как

Следовательно, кратковременная нестабильность частоты выходного сигнала второго стробоскопического преобразователя, с большой степенью точности соответствует нестабильности исследуемого сигнала, умноженной на К.

Таким образом, предлагаемый измеритель позволяет измерять крат ковременную нестабильность частоты в широком диапазоне частот исследуемого сигнала с высокой разрешающей способностью и точностью благодаря реализации в нем умножения измеряемой нестабильности на К.

Предлагаемое устройство может быть использовано при реализации систем синхронизации в радионавигационных, радиолокационных системах, системах связи и в других областях.