Измеритель кратковременной нестабильности частоты Советский патент 1983 года по МПК G01R23/12 

Изобретение относится к изг-iepiiтельной технике н может быть- испол7,зовано при анализе фазовой и частотной нестабильности сигналов.

Известен измеритель кратковременной нестабильности частоты сигналов, содержащий исследуеь тй и опорНЕлй генераторы, а также фазовый детектор 1 J.

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 перестраиваемого в таком же иапазоне опорного генератора, стабильность которого должна быть не хуже измеряемой и создание которого редставляет самостоятельную сложную задачу. Использование в измерителе азового детектора приводит к зна- ; ительной погрешности измерения при азовом сдвиге сравниваемых колебаний, превышающем Л/6, из-за нгглинейной (косинусоидальной ) характерисики фазового детектора.

Наиболее близким к предлагаемоу по технической сущности является стройство, содержащее исследуемый Опорный генераторЕЛ, смеситель, силитель низкой частоты и частоомер, причем входы смесителя соединены с соответствующими выходами исследуемого и опорного генераторов, а выход - с входом усилителя низкой частоты, выход которого подклюен к входу частотомера, вход опорной частоты частотомера соединен с выходом опорного генератора Г2 .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения кратковременной нестабильности частоты в диапазоне частот исследуемого сигнала. Это обьясняется 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 флуктуации генератора на (20-4о) дБ по сравнению с флуктуациями того же генератора, не

содержащего перестраиваемой реактивности. Поэтому в результате измерений может преобладать нестабильность опорного перестраиваемого генератора.

Цель изобретения - повышение точности измерения кратковременной нестабильности частоты в диапазоне частот исследуегиого 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 формировател з 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 в.торого фильтра низких частот соединен с вторым входом частотомера.

Из высокостабильного эталонного сигнала фиксированной частоты формируют cтpoб-и.myльcы и стробируют ими исследуемый сигнал. В результате стробоскопического преобразования происходит перенос фазовых флуктуации исследуемого сигнапа, при водящих к измеряемой нестабильндсти частоты, на низкую частоту выходного сигнала первого стробоскопического преобразователя. Из низкочастотного преобразованного сигнала формируют строб-импульсы истробируют 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 стро импульсов, первый стробоскопический преобразователь 3, первый фильтр 4 низких частот, второй форг/1ирователь 5 строб-иютульсов, второй стробоскопический преобразователь 6 и второй

фильтр 7 низких частот, а также частотомер 8, исследуемый генератор 9, выход которого подключен к второму входу первого стробоскопического преобразователя 3 и синтезатор 10 частот, выход которого сос 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 UQsin Up t -Ч( 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 значение (например, из минуса в плюс) формируют импульсы, которыми стробируют в первом стробоскопическом преобразователе исследуемый сигнал Us i + чиС t ) . В приведенных выражениях через /(t ) и Ч2() обозначены фазовые флуктуации соответственно опорного и исследуемого сигналов. Вырг1жение для полной фазы выходного сигнала +73 (t ) первого стробоскопического преобразователя имеет вид

(

(u -nu;pjt + 42(t)-4,(t)n, (1)

где 4j(t) - фазовые флуктуации выходного сигнала первого стробоскопического преобразователя; п - номер гармоники стробимпульсов , ближайшие к стробируемой частоте -Ч, имеет окно из трех значений 2-Jf-lO ; 2-JIlO ; ЗГ-10, если в качестве опорного генератора частоты прим нен квантовый стандарт частоты.

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

U пр1 2

(2)

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

первой гармоники прео(тразованного сигиг а,

Из выходного сигнала первого фильтра низких частот в момент перехода его через нулевое значение

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

сигнал Upsi п uj t+Ч|( t ) синтезатора частот. Выражение для полной фазы выходного сигнала Unp2t- s i nfu.t + +Vg( t ) второго стробоскопического преобразователя имеет вид

t + g (tl u; Y(t)- t +

OJ

Р,

(.pJl + 7(t)-k4(t)+Kh4(t) , (3)

(1) - фазовые флуктуации выгдеходного сигнала второго стробоскопического преобразователя; k - номер гармоники частоты строб-импульсов, ближайшей к стробируемой частоте uj синтезатора частот.

Частоту выходного сигнала синтезатора частот устанавливают такой, чтобы выполнялось равенство

(4)

При этом выбирают К7)1 .

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

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

Нестабильность периода сигнала измеряемого частотомером, определяется его фазовыми флуктуациями

Ч5((t -кч2(t)(t (5)

Согласно выражению (5) в предлагаемом измерителе реализовано умножение измеряемой, нестабильности 42(t)/t на К и, следовательно, в К раз повышена разрешающая способность измерителя и точность измерения.

Так как кратковременная нестабильность частоты стандартов частоты составляет - , а кратковременная нестабильность частоты подавляющего большинства генераторов, применяемых в технике, составля«

ет 10, то при п 10 -е 100, что имеет место согласно (1 ), при j .10 и МГц,

n%(t) )

и выражением n (t) в (5) пренебречь

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

(t) %(t).

Следовательно, кратковременная нестабильность частоты выходного

сигнала второго стробоскопического преобразователя,с большой степенью точности соответствует нестабильности исследуемого сигнала, умноженной на К.

Таким образом, предлагаемый измеритель позволйет измерять крат ковременную нестабильность частоты в широком диапазоне частот исследуемого си.гнала 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.

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