Устройство для измерения нестабильности частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН П 9) ПП " за 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21Чернышев я частотных иПод ред.кое радио",ис.8.2.СТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕН содержаще НЕ.8.29,же, с. 246 следовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов,фильтр нижних частот, а также электронно-счетный периодомер и формирователи, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности измерения, в него введен перестраиваемыйфазорасщепитель, выходы которого соединены через формирователи импульсовс входами фСтоп" и фСтартф электронно-счетного периодомера, а вход перестраиваемого фазорасщепителя соединен с выходом фильтра нижних частот.Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначенодля измерения нестабильности частоты.Измерение нестабильности частотыосновано на обработке результатовизмерения частоты либо Фазы с использованием электронно-счетного частотомера (ЭСЧ). В простейшем случаеобрабатываются усредненные на инервалеФ значения частоты. При этом вбольшинстве случаев погрешность измерения определяется погрешностьюквантования ЭСЧ, которая в лучшихсовременных приборах не менее 10-10 с,такая погрешность не позволяет изМерять кратковременную нестабильность современных прецизионных генераторов, временные Флуктуации вкоторых могут достигать значенийменее 10-" с. Поэтому для снижения 20влияния квантования ЭСЧ во всех из,мерителях применяется умножениефлуктуаций частоты,Известны. устройства, в которыхисследуемый сигнал подвергается преобразованию на низкую промежуточнуючастоту с помощью отстроенного опорного генератора и смесителя 1 1.Эти устройства имеют большую погрешность измерения, связанную с З 0квантованием ЭСЧ.Наиболее близким к изобретениюпо структуре и принципу работы является устройство, содержащее последовательно соединенные смесительизмеряемого и опорного сигналов,Фильтр нижних частот, Формировательимпульсов и электронйо-счетный перно.домер Г 2 )Импульсный сигнал поступает навход ЭСЧ, который измеряет интервалэремени: равный целому числу( М) периодов разностной частоты. В предположении, что опорный генераторидеально стабильный, а исследуемый,имеет лишь частотную модуляцию, сигнал на выходе фНЧ.может быть записан в видеОб =Оз 1 п 2 л Г+1 О) с,50где 4 + 1 ) - частота опорного сигонала 1- относительные флуктуации частоты измеряемого сигнала . 55О . амплитуда.Интервал времени т;, измеряемый ЭСЧ, можно представить в виде суммы среднего значения ." ь: - и флуктуаи Й60 ций б"Г;При 41. Сс + выполняется соотношениед"Тг-ьМ Ягде А= -- коэффициент преобразоваоГния частот;65 9; - усредненные на интервале Г относительные Флуктуации частоты. Видно, что при А)1 преобразова ние частот осуществляет умножение Флуктуаций измеряемого интервала, снижая погрешность их измерения, связанную с квантованием ЭСЧ. Можно определить значения у. и по нимс 1 статистические характеристики нестабильности частоты.На практике желательно иметь значения нестабильности частоты, начиная со значений 7 -ф 10 " с, так как кратковременная нестабильность частоты определяет погрешность дальномерных радиолокационных систем и помехозащищенность цифровых системсвязи. Для получения их малых значений 7 приходится увеличивать частоту биений, поскольку минимальное значение ь при таком измерении равно периоду биений в ,, Это умень.1шает коэффициент преобразования А и, соответственно, увеличивает погрешность измерения,ф связанную с квантованием ЭСЧ.Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения, связанной с квантованием.Цель достигается тем, что в устройство для измерения нестабильностичастоты, содержащее последовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов, фильтр нижних частот, а также электронно- счетный периодомер и формирователи импульсов, введен перестраиваемый фазорасщепитель, выходы которого через формирователи импульсов соединены с входами "Стопс и "Старт" электронно-счетйого периодомера, а вход перестраиваемого фазорасщепителя соединен с выходом фильтра нижних частот.- На фиг, 1 приведена схема устрой 1 ства; на фиг. 2 - электрическая схема устройства (пример выполнения ); на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит последовательно соединенные смеситель 1 измеряемого и опорного сигналов, Фильтр 2 нижних частот, перестраиваемый фазорасщепитель 3, выходы которого через формирователи -4 и 5 импульсов соединены с входами фСтопс и ссСтартсс электронно-счетного периодомера б.Устройство работает следующим образом.На выходе фильтра 2 получается сигнал разностной частоты С+4 ру, который затем поступает черезперестраиваемый фазорасщепитель в два ка- нала Формирования импульсного сигнала. Каждый канал содержит Формирователи 4 и 5 импульсов, Измеряемый интервал аФ; представляют в виде суммы среднего значения д 1 и флуктуаций дT; . Среднее значение д связано со сдвигом фазы Ч соотношением5 Ьс = Ч/2 ХГПри д". ( 1/Г, (3) О дФ =-й А ъ 1 где 9; - усредненные на интервалед значения флу.:туацийчастоты.По значениям у; может быть вычисле 15 на нестабильность частоты, в качестве которой может использоваться относительная среднеквадратическая случайная вариация частоты. Из (ц) видно, что коэффициент умножения флуктуаций0А (5.) При измерении по известному принци пу при том же времени усреднения ко.эффициент преобразования был бы равенАф: 10 ь, (б) Если И, то А Ъ Аф.Таким образом, предлагаемое устройство при одинаковом времени усредненйя Обеспечивает больший коэффициент умножения флуктуаций интервала времени, уменьшая при этом погрешность их измерения, связанную с квантованием.Рассмотрим один из наиболее простых вариантов реализации предлагаемого устройства фиг.2 ). Сигнал с выхода смесителя поступает на вход 40 операционного усилителя микросхемы МС 1. Этот каскад выполняет одновременно роль фильтра нижних частот с, постоянной времени к 2С 2 и линейного усилителя сигнала "Биениями. Сигнал амплитуды О .с выхода микросхемы МС 1 поступает на два канала формирования импульсного сигнала. Каж- дый канал состоит из трех каскадов усиления. Первый каскад микросхемы . 50 (МС 2-1 и МС 2-2 ) собран по схеме диф" ференциального усилителя. Сигнал подается на инвертирующие входы микросхем МС 2-1 и МС 2-2. На инвертирующие, входы подается постоянное опорное 55 напряжение, величина которого может регулироваться с помощью сдвоенного переменного резистора. Соотношение резисторов задает пределы регулировки опорного напряжения. Опорное напряжение регулируется таким образом, что в одном крайнем положении оно равно нулю в сбоих каналах, в другом крайнем положении в первом канале равно - Е, а во втором канале - + Е, Сигнал с выходов микросхем ЯС 2-1 и МС 2-2 поступает на входы микоосхем МСЗи МС 3-2, включенных по схеме триггера Ойлидта. В них повышается крутизна фронта ограниченного импульсного сигнала. Далее сиг-, ,нал подается на транзисторный усилитель мощности на транзисторах Т 1-1 и Т 1-2 для формирования сигналов с параметрами, необходимыми для запуска ЭСЧ.На фиг. 3 приведены осциллограюн напряжений, поясняющие принцип изменения задержки между фронтами импульсных сигналов с выхода каналов. Микросхемы МС 2-1 и МС 2-2 работают как усилитель-ограничитель разности напряжений сигнала и опорного. При этом выходное напряжение э"их микросхем равно нулю в момент равенства этих напряжений. Микросхемы МСЗ и МСЗработают как триггер Шмидта и формируют прямоугольные импулЬ- сы, фронт которых соответствует переходу входного сигнала через нульИмпульсный усилитель на транзисторе Т 1-1 и Т 1-2 не изменяет формы сигнала, обеспечивая лишь необходимую мощность. Очевидно, что при положении потенциометра, когда .опорные напряжения в .обох каналах равны нулю, выходной сигнал в обоих каналах близок к меандру и интервал времени между фронтами импульсов в разных каналах близок к нулю. В другом крайнем положении потенциометра, когда опорное напряжение в каналах равно - Е и + Е выходной сигнал в каналах отличается от меандра и задержка между фронтачи максимальна (Вщ ) Таким образом, изменяя положение потенциометра й 3, можно устанавливать задержку,Ы, в преелах от нуля до й 1,щ. Величина ЬФ и, определяется соотношением максимального опорного напряжения Е и амплитуды сигнала "Биения" и может приближаться к половине периода биений.Предлагаемое устройство позволяет уменьшить погрешность измерения и заменить дорогостоящие и сложные ЭСЧ с высоким разрешением на более простые.1068831иг.Составитель Ч.Новоселов Редактор Р.1 ицика Техред З.Кастелевич Корректор А.дзя Заказ 11456/39 Тираж 715 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., датент", г. Ужгород, ул. Проектналиал