Устройство для измерения нестабильности частоты

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной технике . Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит фазовый детектор 1, перестраиваемые фильтры 2 и 8, измеритель 9 среднеквадратичньк значений, фильтр 10 фазовой автоподстройки частоты, опорный генератор 11 и переключатель 12„ Введение регулируемых усилителей 3 и 6э перестраиваемых фильтров 4 и 5 и сумматора 7 повышает точности измерения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU 1 96079 А1 (5D 4 G 01 R 23/00

Н A ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4108167/24-21 (22) 16. 06. 86 (46) 1 5. 05. 88, Бюл. Ф 18 (7 2) В.А. Карелин (53) 621. 317 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф.954884, кл. G 01 R 23/00, 1981.

Rutman V., Sauvage G. Measurement

of Frequency Stability in Time and

Frequency Domains via Filtering of

Phase Noise. — IEEE. Trans. Instrum.

Меас. IM-23(4), 1974, р. 575-578. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит фазовый детектор 1, перестраиваемые фильтры 2 и 8, измеритель 9 среднеквадратичных значений, фильтр 10 фазовой автоподстройки частоты, опорный генератор 11 и переключатель 12. Введение регулируемых усилителей 3 и 6, перестраиваемых фильтров 4 и 5 и сумматора 7 повышает точности измерения.

2 ил.

1396079

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной технике.

Целью изобретения является повыще- 5 ние точности измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения нестабильности частоты; на фиг. 2 график функции ((g!, который иллюст- 10 рирует влияние введения дополнительных фильтров на оценку нестабильности час то ты.

Устройство содержит фазовый детектор 1, первый перестраиваемый фильтр !5

2, первый регулируемый усилител:ь 3, третий перестраиваемый фильтр 4, четвертый перестраиваемый фильтр 5, второй регупируемый усилитель 6, сумматор 7, второй перестраинаемьж фильтр 20

8, измеритель 9 среднеквадратичных значений (ИСКЗ), фильтр lO фазовой автоподстройки частоты, опорный генератор 11 и переключатель 12, Выход фазового детектора 1 через 25 первый перестраиваемый фильтр 2 и первыи регулируемый усилитель 3 соединен с первым входом сумматора 7, а через третий перестраиваемый фильтр

4, четвертый перестраиваемый фильтр 30

5 и второй регулируемый усилитель 6 подсоединен к второму входу.сумматора 7, .выход сумматора 7. через второй перестраиваемый филь гр 8 соединен с входом ИСКЗ 9, между выходом и опорным входом фазового детектора 1 включены последовательно соединенные фильтр 1О фазовой автоподстройки частоты и опорный генератор 11. Измерительный вход фазового детектора 1 соединен с выходом переключателя 12(, первый вход которого является входом устройства, а второй — соединен с опорным входом фазового детектора 1„

Устройство работает следующим otразом.

В исходном состоянии переключатель (l 11

12 ус танавливается в положение 1

Сигнал исследуемого генератора поцается на измерительный вход фазового цетектора 1. На опорный вход фазового 50 ,цетектора 1 поступает сигнал с выхода опорного генератора 11, который дпя обеспечения работы на линейном участке фаэовой характеристики управляется сигналом с выхода Фильтра 10 фаэовой автоподстройки. Напряжение, пропорциональное фаэовым флуктуациям исследуемого сигнала, с выхода фаэового детектора 1 поступает на вход первого перестраиваемого фильтра 2 с частотной характеристикой Н„((>) (d n<<

sin — — и на входы последовательно

2 соединенных третьего 4 и четвертого

5 перестраиваемых фильтров соответственно с частотными характеристикаuJ ii. cd v ми Н ((1) = sin --/и) и Н (ы) = sin —.

6 2

Отфильтрованный первым перестраиваемым фильтром 2 сигнал через первый регулируемый усилитель 3 с коэффициентом передачи, пропорциональным k — 1/ ((1 + 2"/27(1 + q)), поступает на первый вход сумматора 7. Сигнал с выхода четвертого перестраиваемого фильтра 5 через второй регулируемый усилитель 6 с коэффициентом передачи, пропорциональным k z = 4/3(1 +

+ q)(f1 + 2(/27(1 + q)), поступает на второй вход сумматора 7. В выражениях для k u k < q

S „(и) d и/ f S „(ш) d и (q — отношениее сигнал-шум на выходе фазового детектора 1).

Следовательно, для спектра сигнала

Ч -((d) на выходе сумматора 7 можно записать vg((d) = sg(v) !.!(.,/H,((1) I +

+ к Н y(M) I !Н 4(ы) l) Б g((d) Н ((1)! Сиг нал на выходе сумматора 7 пропорционален среднему на интервале времени

7 значению ды() случайных флуктуаций частоты d(d((, ) исследуемого сигнала, так как: модуль I k,Н, ((d) + kzH ((d)Н 4((d)lÄ

1;

Импульсная (весовая) характеристика g (t ш ш ) фильтра Ffy((d) = k 1H 1((d) +

+ k4Н ((d)Н 4((d), определяемая обратным преобразованием Фурье, отлична от нуля только на интервале времени

Для спектра Sg((d) сигнала на выходе второго перестраиваемого фильтра

8 с передаточной характеристикой (1

I H ((d) I = siï-- можно записать

82(ы) Se() f11Н1(ы) +

+ k 83(v)H4() ff H (") = Sg()IН,()!

ЧН (ы)((1) 13960

Соответственно, на выходе измерителя

9, выполняющего операции интегрирования, извлечения квадратного корня и умножения на коэффициент 1/у вью ° 5 рабатывается напряжение

U = — (1s>(r) I H (rg i H>(v)l т4ы) й5().

< о

20

3(47 (1+27/27(1+q)) Формула изобретения

S,(û) = hQ

У.

Устройство для измерения нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор и первый перестраиваемый фильтр, последовательно соединенные второй перестраиваемый фильтр и измеритель среднеквадратичного значения, а также последовательно, соединенные фильтр фазовой автоподстройки частоты и опор- (-21

55 пропорциональное среднеквадратичной 10 относительной вариации 6 (ю) частоты ( исследуемого сигнала.

Найдем значение мощности помехи

b (1) на выходе второго перестраиваемого фильтра 8: 15

/,(4) = ) 8„()! Н (ы) 1Н (ы)11 =

< (1+2(/27 (1+q))

+ — — — — s in — з п — ) sin — дю.

3 (1+(1)ы 6 3 2

Из (1) можно получить

Для сравнения точности известного и предлагаемого устройств найдем от- д0 ношение /6 (a) = 1 + 2 (27(1 + q)j ) 1 ° (2) Из (2) видно, что это отношение всегда больше единицы, т.е. имеем умень35 шение мощности паразитных фазовых флуктуаций из-за адцитивных шумов измерителя. Например, при q 1 и (,= 100 с

6, /ь (а) = 5.

Определим далее влияние предлагае.мой структуры фильтра Н (ы) на оценку нестабильности частоты сигналов высокостабильных генераторов, учитывая, что характерной моделью спектра мощ45 ности частотных флуктуаций рассматриваемого типа генераторов является модель вида

С этой целью определим отношение (,) = (5 (,,) I Н (, ) I г d /

СЬ

CO „1 ((.

S (я) sin2-- dы.

Произведя интегрирование, получим

) 2 (8(1/3) О -2 " (4/3)-2 (2 3 1+8)

О, 7 (+3) (+2) На фиг. 2 приведен график функции Q(y), который характеризует степень влияния применения фильтров с суммарной частотной характеристикой

Н (() на оценку нестабильности частоты. Из приведенной зависимости видно, что для характерных моделей спектра мощности S g((d) оценка дисперсии с помощью фильтра с суммарной частотной характеристикой Н (ы) при условии отсутствия аддитивных шумов измерителя практически не отличается от It(— пользования фильтра среднеинтегральной оценки с частотной характеристик кой sin-- . При измерении в присут2 ствии аддитивных шумов измерителя предлагаемая структура фильтра позволяет значительно снизить шумовую по» грешность измерения, т.е. повышается точность измерения.

При реализации устройства на элементах цифровой техники фильтры с частотными характеристиками Н,(м), Н,(м), Н 3(u) и Н (ы) могут быть построены как цифровые нерекурсивные фильтры.

При построении данного устройства на элементах аналоговой техники хорошую аппроксимацию частотой характе1 1 ze ристики вида sin — можно получить

2 с помощью фильтра верхних частот с частотой среза (»,= 1./1ы (. В качестве фильтра с частотной характеристил Г л кой (sin — — ) / — — используется ана2 2 логовый фильтр нижних частот с частотой срез а ы = 1/1(о".

1396079

Составитель Е. И нкин

Техред И. Ходанич Корректор»."ус

Редактор A. Маковская

Заказ 2492/47

Тираж 772 Подпис но е

В1111ИЛИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

l 13<13 i, 1 1осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

I!1 ол-, .- . тненн< -полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уп. 111 о z.,à ., ный генератор, включенные мелинду выходом и опорным входом фазового детектора, переключатель, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него дополнительно введены пос.ледовательно соединенные первый регулируемый усилитель и сумматор, второй регулируемый усилитель, последовательно соединен-. ные третий и четвертый перестраиваемые фильтры, вход первого регулируемого усилителя соединен с выходом первого перестраиваемого фильтра, вход третьего перестраиваемого фильтра— с выходомфазового детектора, выход второго регулируемого усилителя — с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом второго перестраиваемого фильтра, при зтом измерительный вход фазового детектора соединен с выходом переключателя, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с опорным входом фазового детектора.