Измеритель фазовых шумов источников колебаний

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поверки высокостабильных источников колебаний по частотной и фазовой нестабильности их выходных сигналов, а также для исследований спектрального состава фазовых шумов при разработке и исследовании высокостабильных источников колебаний с целью выявления и устранения вызывающих их причин. Цель изобретения - повышение точности измерения фазовых шумов источников колебаний в непрерывном диапазоне частот их выходных сигналов. Устройство содержит исследуемый генератор 1, стандарт 5 частоты, смеситель 6, полосовой фильтр 7, коммутатор 8, формирователи 9 и 12 строб-импульсов, строб-преобразователи 10 и 13, фильтры 4, 11, 14, 16 и 17 нижних частот, синтезатор 18 частот, делитель 3 частоты, фазовый детектор 15 и анализатор 2 спектра. В устройстве достигается повышение точности измерения фазовых шумов источников колебаний в диапазоне их частот путем умножения измеряемых фазовых шумов, переноса их на фиксированную низкую частоту и выделения посредством сравнения с аналогичной частотой, сформированной из наиболее высокостабильного выходного сигнала стандарта 5 частоты. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)5 G 01 R 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 46E6emg

-,"- -., @ - "Ж и

ЖМИ@- g»„

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЙМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4438513/24-21 (22) 10,06,88 (46) 30,09,90,Бюл, У 36 (71) Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Е.К,Батуревич, В.Д,Кудрицкий, Ю. В. Куц и А, С. Милко вский (53) 621,317.77 (088.8) (56) Манасевич В. Синтезаторы частот теория и проектирование. M,: Связь, 1979, с,97. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗОВЫХ ШУМОВ ИСТОЧ

НИКОВ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано для поверки высокостабильных источников колебаний по частотной и фазовой нестабильности их выходных сигналов, а также для исследований спектрального состава фазовых шумов при разработке и исследовании высоко2 стабильных источников колебаний с целью выявления и устранения вызывакицих их причин, Цель изобретенияповышение точности измерения фазо вых шумов источников колебаний в не прерывном диапазоне частот их выход- ных сигналов. Устройство содержит исследуемлй генератор 1, стандарт 5 частоты, смеситель 6, полосовой

- фильтр 7, коммутатор 8, формирователи 9 и 12 строб-импульсов; стробпреобразователи 10 и 13 ° фильтры 4, 11, 14, 16 и 17 нижних частот, синте-. затор 18 частот, делитель 3 частоты, фазовый детектор 15 и анализатор 2 спектра. В устройстве достигается повышение точности измерения фазовых шумов источников колебаний в диапазо. не их частот путем умножения измеряемж фазовых шумов, переноса их на фиксированную низкую частоту и выделения посредством сравнения с аналогичной частотой, сформированной из наиболее высокостабильного выходного сигнала стандарта 5 частоты, 1

1596268

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа спектра фазовых и частотных флуктуаций выходных сигналов ис5 точников колебаний, Целью изобретения является повышение точности измерения фазовых шумов источников колебаний в непрерывном диапазане частот их выходных сиг- 10 н ало в.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Измеритель фазовых шумов источников колебаний содержит исследуе1ый генератор 1, анализатор 2 спектра, делитель 3 частоты, фильтр 4 нижних частот и соединенные последовательно стандарт 5 частоты, смеситель 6, поло со вой фильтр 7, коммутатор 8, первый формирователь 9 строб- импульс, строб-преобразователь 10, фильтр 11 нижних частот, формирователь стробимпульсов 12, строб-преобразователь

13, фильтр 14 нижних частот, фазовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот, фильтр 17 нижних частот и синтезатор

18 частот.

Выход генератора 1 подключен к информационному входу строб-преобразователя 10, вход анализ атора 2 соединен с выходом фильтра 16, вход фильтра 4 подключен к выходу делителя 3, а выход - ко второму входу детектора 15, вход делителя 3 соединен со вторым выходом стандарта частоты,5, вторым входом коммутатора 8, вторым входом смесителя 6 и входом опорной частоты синтезатора 18, выход ко- 40 торого подключен к информационному входу второго строб-преобразователя 13, Измеритель фазовых шумов источников колебаний работает следукщим образом, При переходе через нулевое значение (например, из минуса в плюс) прошедшего через коммутатор 8 выходного сигнала U,sint,t + q (t)) стандарта частоты 5 формирователь 9 стробимпульсов производит импульсы, которыми стробируют в строб-преобразователе 10 выходной сигнал U sin(a,t +

+ p (t)) генератора 1, В приведен1 ных выражениях через y(t), Q (t) обозначены фазовые шумы выходных сигналов соетветственно стандарта частоты 5 и генератора 1. Фильтр 11 выделяет доминирукщую составляющую выходного сигнала первого строб-преобразователя 10, имеющую минимальное значение частоты, Выражение для полной фазы выходНОГО сиГнала 112 sin(m

+q,() = (cu,— nu,)t +Pq,(t) — n q (t)), где (p (t) — фазовые шумы выходного

2 сигнала фильтра 11;

n — номер гармоники строб-импульсов, ближайшей к стробируемой частоте, Фаза доминнрукщей составлякщей выходного сигнала строб-преобразователя 10 равна разности фаэ стробируемого сигнала и ближайшей к нему (n-й) гармоники стробирующего сигнала, поэтому при стробоскопическом преобразовании происходит умножение в и раэ стробирующего сигнала. Частота выходного сигнала строб-преобразователя 10 при любом значении частоты входного сигнала, большем частоты строб-импульсов, меньше или равна половине значения частоты следования строб-импульсов

0 11 <

ada

2 (2) Из выходного сигнала строб-преобразователя 13 фильтр 14 выделяет доминирующую наиболее низкочастотную составлякщую, выражение для полной фазы которой имеет вид ф ) Ъ q (t) Г4 2

При рассмотренном преобразовании частоты происходит перенос фазовых шумов q(t) с частоты исследуемого сигнала на низкую Частоту ц1 выход2 ! . ного сигнала строб-преобразователяя 10..

Из выходного сигнала фильтра 11 .в моменты перехода его через нулевое значение (например, из минуса в ппюс) с помощью формирователя строб-импульсов 12 формируют импульсы, которыми стробируют в строб-преобразователе

1 3 выхОдной сиГнал U s 3.п (00gt + q (t)j синтезатора 18, 159621) 8 (6) где V (t)

15 (4) 1 3 К 2

Ф (7) (5) (d0 14 К .Ц фнч 4 ( (8) 6 3 и —. K(p (t) + K n. cp (t), (3) где у (t) — фазовые шумы выходного

4 сигнала строб-преобразователя 13;

К - номер гармоники частоты ) 2 строб-импульсов ближайшей к стробируемой частоте (dз синтезатора

18, В результате второго строб-преобразования t происходит умножение в

К раз измеряемых фазовых шумов, Частоту выходного сигнала синтезатора

18 устанавливают такой, чтобы выполнялось равенство при заданном значении К )) 1, Для повышения стабильности частоты выходного сигнала синтезатора

18 в качестве опорного сигнала в нем используется выходной сигнал стандарта частоты 5, Выходной сигнал фильтра 14 подается на один вход детектора 15 на другой вход которого поступает сигнал, имеющий равное с выходным сигнапом фильтра 14 среднее значение частоты и полученный путем деления частоты выходного сигнала стандарта частоты 5 и выделения первой гармоники выходного сигнала делителя 3 с помощью фильтра 4, Следовательно, синтезатор 18 в устройстве используется для умножения измеряемых фазовых шумов и приведения среднего значения частоты, на которую переносятся фазовые шумы к фиксированному значению, где К вЂ” коэффициент деления дели9ч теля 3 .

Фильтр 16 служит для подавления в выходном сигнале детектора 15 высокочастотных составляющих с частотой его входных сигналов и с их удвоенной частотой, Выходной сигнал фильтра 16 имеет вид

Upped g(t) = U cos (90 + (p (t) (т) 1 - v я).п(-" - - — р(c)+ чЛе)

+ Kq,(t) — К n cp (t)j, = (ф() /К < — фазовые шумы выходно го сигнала фильтра 4;

К ч — коэффициент дел ени я делителя 3, Фильтр 17 служит для выделения наиболее низкочастотных составляющих выходного сигнала фильтра 16, обусловленных медленным уходом (дрейфом) частоты исследуемого сигнала, Выходной сигнал фильтра 17 является управляющим сигналом фазовой автоподстройки частоты синтезатора 18, обеспечивающей равенство средних значеьый частоты входных сигналов детектора 15 и равенства 90 среднего значения их фазового сдвига.

В выражении (6) К-и q() ((Kq (t)

- так как фазовые шумы n y,(t) п-й гар30 моники сигнала стандарта частоты 5 всегда во много раз меньше фазовых шумов иных источников колебаний, не синхронизированных сигналами атомных переходов, Коэффициент К выбирается из условия требуемого умножения фазовых шумов, чтобы соблюдалось условие

КЧ,(t)» Е,()10

Следовательно, уравнение (6) может быть заменено приближенным равенством

U<<Ä (t) U sin К. 1 () 15 или при К EP,(t) ((1

Выходной сигнал фильтра 16 подается на вход анализатора 2 для оценки энергетического спектра фазовых шумов исследуемого сигнала.

При использовании опорного сигнала фиксированной частоты для преобразования фазовых шумов сигнала в диапазоне его частот частота выходного сигнала строб-преобразователя 10 принимает значения в диапазоне

1596268

Шо

0 c, g-— -- --—2

Анало гично

10! 4

Ш

20

35

Поэтому на участках диапазона частот входного сигнала м," Ku)о с2 см, (1О)

Kcv (м < 2Ф (1l) шириной 4 со, отстоящих дРУг от дру" га на значение u),,,,частота выходного сигнала фильтра 14 имеет значение, меньшее номинального значения то приводит к неравенству час то"т на входах детектора 15,появлению составляющей в спектре входного сигнала анализатора 2, не соответствующей фазовым шумам, и может вывести систему ФАПЧ из полосы удержания, Стандарты частоты имеют выходные сигналы трех частот: 0,1; 1 и 5 МГц, При исследовании сигналов с частотами, лежащими в участках диапазона частот, определяемыми неравенствами (10) и (!1), с помощью коммутатора 8. ко входу формирователя 9 строб-им" пульсов подключается сигнап, разностной или суммарной частоты выходных . сигналов стандарта 5 частоты, полученный с помощью смесителя 6 и вы деленный фильтром 7, Нерабочие участки диапазона частот дпя полученного. сигнала имеют значения, отличающиеся от определяемых неравенствами (10) и (11), благодаря чему обеспечивается работа устройства в непрерывном диапазоне частот входных сиг" налов, Предложенное устройство позволяет измерять фазовые шумы источников ко- 4 лебаний в диапазоне частот относительно выходного сигнала стандарта частоты, Формула изобретения

Измеритель фазовых шумов источников колебаний, содержащий исследуемый генератор, фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, второй фильтр нижних частот и анализатор спектра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен стандартам частоты, смесителем, полосовым фильтром, коммутатором, первым формирователем строб-импульсов, вторым формирователем строб-импульсов, первым и вторым строб-преобразователями, синтезатором частот, делителем частоты, третьим фильтром нижних частот, четвертым и пятым фильтрами нижних частот, причем второй вход стандарта частоты соединен с вторым входом коммутатора, входом делителя частоты, входом опорной частоты синтезатора частот и входом смесителя, другой вход которого подключен к первому выходу стандарта частоты, а выход - к входу полосового фильтра, первый вход коммутатора соединен с выходом полосового фильтра, а выход - с входом первого формирователя строб-импуль» сов, выход которого подключен к управляющему входу первого строб-преоб-.. разователя, информационный вход первого строб-преобразователя соединен с выходом исследуемого генератора, а выход - с входом первого фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу второго формирователя строб импульсов, управляющий вход второго строб-преобразователя соединен с выхо.дом второго формирователя строб-импульсов, а информационный вход - с выходом синтезатора частот, вход управления частотой которого подключен к выходу пятого фильтра нижних частот, вход второго фильтра нижних частот соединен с выходом второго строб-преобразователя, а выход - с входом фазового детектора, второй вход которого подключен к выходу третьего фильтра нижних частот, а выход - к входу четвертого фильтра нижних частот, выход делителя частоты соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход четвертого фильтра нижних частот подключен к входу . пятого фильтра нижних частот и входу анализатора спектра,