Устройство для измерения нестабильности частоты

Устройство для измерения нестабильности частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ, содержащее последовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов, фильтр нижних частот, а также электронно-счетный периодомер и формирователи , отличающееся тем, что, с целью повыгаения -точности измерения , в него «веден перестраиваемый фазорасщепитель, выходы которого соединены через формирователи импульсов с входами Стоп и Старт электронно-счетного периодомера, а вход перестраиваемого фазорасщепителя соединен с выходом фильтра нижних частот.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Пй) (П) "

ЗСЮ 6 о1 Я 23 00

1:cc—

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3485460/18-21 (22) 26.08.82 (46) 23.01.84. Вюл. 9 3 (72) Г.П.Пашев и И.Н.Чернышев (53) 621.317(088.8) (56) 1. Аппаратура для частотных и временных измерений. Под ред.

A.Ï.ÃoðøKoâà. "Советское радио", 1971, рис.8.29.

2. Там же, с. 246, рис.8.25. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕ.СТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ, содержащее последовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов, фильтр нижних частот, а также электронно-счетный периодомер и формйрователи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения -точности измерения, в него введен перестраиваемый фазорасщепитель, выходы которого соединены через формирователи импульсов с входами "Стоп" и "Старт" электронно-счетного периодомера, а вход перестраиваемого фазорасщепителя соединен с выходом фильтра нижних частот.

10SSS31

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения нестабильности частоты.

Измерение нестабильности частоты основано на обработке результатов измерения частоты либо фазы с использованием электронно-счетного частотомера (ЭСЧ). В простейшем случае обрабатываются усредненные на ин ервале значения частоты. При этом в большинстве случаев погрешность измерения определяется погрешностью квантования ЭСЧ, которая а лучших современных приборах не менее 10 1О с.

Такая погрешность не позволяет изМерять кратковременную нестабильность современных прецизионных генераторов, временные флуктуации в которых могут достигать значений менее 10-" (=. Поэтому для снижения >0 влияния квантования ЭСЧ во всех из верителях применяется умножение флуктуаций частоты.

Известны. устройства, в которых исследуемый сигнал подвергается пре- 75 образованию на низкую промежуточную частоту с помощью отстроенного опорного генератора и смесителя (1).

Эти устройства имеют большую погрешность измерения, связанную с 30 квантованием ЭСЧ.

Наиболее близким к изобретению по структуре и принципу работы яв-. ляется устройство, содержащее последовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов, фильтр нижних частот, формирователь импульсов и электронйо-счетный периодомер (2).

Импульсный сигнал поступает на вход ЭСЧ, который измеряет интервал эремени: равный целому числу (М) периодов разностной частоты. В предположении, что опорный генератор идеально стабильный, а исследуемый ,имеет лишь частотную модуляцию, сиг- 45 нал на выходе фНЧ.может быть запи сан в виде

06 =Usin(2л (Г+ )о) tj

50 где (4 + 1 ) - частота опорного сиго нала; — относительные флуктуации частоты измеряемого сигнала!

0 амплитуда.

Интервал времени ф;, измеряемый

ЭСЧ, можно представить +) виде суммы среднего значения ; 1= — и флуктуа„, hI

60 ций б ; . При ф „-, ас+ выполняется соотношение ь"т; - ьМ 1 где А= — — коэффициент преобразовао

F ния частот;

9; — усредненные на интервале Г относительные флуктуации частоты.

Видно, что при A)1 преобразова. ние частот осуществляет умножение флуктуаций измеряемого интервала, снижая погрешность их измерения, связанную с квантованием ЭСЧ. Можно определить значения у. и по ним (1 статистические характеристики нестабильности частоты.

На практике желательно иметь значения нестабильности частоты, начиная со значений ь 10 с, так как кратковременная нестабильность частоты определяет погрешность дальномерных радиолокационных систем и помехозащищенность цифровых систем связи. Для получения их малых значений V приходится увеличивать частоту биений, поскольку минимальное значение ь при таком измерении равно периоду биений вЂ, -- . Это умень1 шает коэффициент преобразования А и, соответственно, увеличивает погрешность измерения, связанную с квантованием ЭСЧ.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения, связанной с квантованием.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения нестабильности частоты, 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 "Стоп" и "Старт" электронно-счетного периодомера, а вход перестраиваемого фазорасщепителя соединен с выходом фильтра нижних частот.

На фиг. 1 приведена схема устрой ства; на фиг. 2 — электрическая схема устройства (пример выполнения ); на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие.работу устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные смеситель 1 измеряемоzo и опорного сигналов, фильтр 2 нижних частот, перестраиваемый фазорасщепитель 3, выходы которого через формирователи -4 и 5 импульсов соединены с входами "Стоп" и "Старт" электронно-счетного периодомера б.

Устройство работает следующим образом.

На выходе фильтра 2 получается сигнал разностной частоты Р+4ру, который затем поступает через перестраиваемый фазорасщепитель в два ка- нала формирования импульсного сигнала. Каждый канал содержит фор1068833 мирователи 4 и 5 импульсов. Измеряемый интервал Ф; представляют в виде суммы среднего значения 4t и флуктуаций д ; . Среднее значение

4 связано со сдвигом фазы 9 соотношением

d i = Ч/2JTF

При Д"< <(1/F

1. (3) !

d"t =-И А 9

1 1 где у; — усредненные на интервале

at значения флу:туаций частоты.

По значениям 9; может быть вычисле15 на нестабильность частоты, в качестве которой может использоваться относительная среднеквадратическая случайная вариация частоты. Из (и) видно, что коэффициент умножения флуктуаций 0

А

F (5.) При измерении по известному принци- 25 пу при том же времени усреднения ко.эффициент преобразования был бы равен

А» = 4z 4t (б)

Если 4t ((- -, то A 77 A+.

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 операционного усилителя микросхемы

МС1. Этот каскад выполняет одновременно роль фильтра нижних частот с. постоянной времени R 2 С2 и линейного усилителя сигнала "Биения". Сиг-45 нал амплитуды О .с выхода микросхемы МС1 поступает на два канала формирования импульсного сигнала. Каждый канал состоит из трех каскадов усиления. Первый каскад микросхемы . 50 (МС2-1 и МС2-2 ) собран по схеме диф" ференциального усилителя. Сигнал подается на инвертирующие входы микросхем МС2-1 и NC2-2. 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

МС2-1 и МС2-2 поступает на входы микросхем МСЗ-1 и МС3-2, включенных по схеме триггера Пйлидта. В них повышается крутизна фронта ограниченного импульсного сигнала. Далее сиг-. ,нал подается на транзисторный усили тель мощности на транзисторах Т1-1 и Т1-2 для формирования сигналов с параметрами, необходимыми для запуска ЭСЧ.

На фиг. 3 приведены осциллограмм напряжений, поясняющие принцип изменения задержки между фронтами импульсных сигналов с выхода каналов.

Микросхемы МС2-1 и МС2-2 работают как усилитель-ограничитель разности напряжений сигнала и опорного. При этом выходное напряжение э их микросхем равно нулю в момент равенства этих напряжений. Микросхемы MC3- 1 и МСЗ-2 работают как триггер Шмидта и формируют прямоугольные импульсы, фронт которых соответствует переходу входного сигнала через нуль °

Импульсный усилитель на транзисторе

Т1-1 и Т1-2 не изменяет формы сигнала, обеспечивая лишь необходимую мощность. Очевидно, что при положении потенциометра, когда -опорные напряжения в .обо.-x 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 фронтали максимальна (4t +<).. Таким образом, изменяя положение потенциометра RЗ, можно устанавливать задержку д4 в пре. .елах от нуля до dt щ„. Величина Ь1 ц, 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.

10688 31

Составитель Ч.Новоселов

Редактор Р.l èöèêà Техред З.Кастелевиц Корректор > Дзятко

Заказ 11456/39 Тираж 715 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ПЧН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4