Устройство для измерения нестабильности частоты Советский патент 1984 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерениянестабильности частоты. Измерение нестабильности частоты основано на обработке результатов измерения частоты либо фазы с испол зованием электронно-счетного частотомера (ЭСЧ). В простейшем случае обрабатываются усреднённые на интер вале значения частоты. При этом в большинстве случаев погрешность измерения определяется погрешностью квантования ЭСЧ, которая в лучших современных приборах не менее Такая погрешность не позволяет изМерять кратковременную нестабильность современных прецизионных генераторов , временные флуктуации в которых КЛогут достигать значений менее Ю- с. Поэтому для снижения влияния квантования ЭСЧ во всех из.ерителях-применяется, умножение флуктуации частоты. Известны устройства, в которых исследуемый сигнал подвергается пре образованию на низкую промежуточную частоту с помощью отстроенного опор ного генератора и смесителя. С13. Эти устройства имеют большую погрешность измерения, связанную с квантованием ЭСЧ. Наиболее близким к изобретению по структуре и принципу работы является устройство, содержащее последовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов, фильтр нижних частот, формирователь импульсов ,и электронно-счетный пери дсмер 2.. Импульсный сигнал поступает на вход ЭСЧ, который измеряет интервал времени равный целому числу (N) периодов разностной частоты. В предположении, что опорный генератор идеально стабильный, а исследуемый .имеет лишь частотную модуляцию, сиг нал на выходе ФНЧ может быть запи- сан в виде ()t, где (У-+ f } частота опорного сигналаj - относительные флуктуации частоты измеряем го сигнала а i- амплитуда. Интервал времени f,- , измеряемый ЭСЧ, можно предеTaBjHTb виде суммы -, м среднего значения F и флуктуа - . . .Т ций , . При (f-. i -3- вьшолняется соотношение . . , где - Коэффициент преобразования -частот} V- - усредненные на интервале t относительные флуктуации частоты. Видно, что при преобразование частот осуществляет умножение флуктуации измеряемого интервала, снижая погрешность их измерения, связанную с KBaHTOBaHHeN. ЭСЧ. Можно определить значения у. и по ним статистические характеристики неста-бильности частоты. На практике желательно иметь значения нестабильности частоты, начиная со значений с, так как кратковременная нестабильность частоты определяет погрешность дальномерных радиолокационных систем и помехозащищенность цифровых систем связи. Для получения их малых значений Т приходится увеличивать частоту биений, поскольку минимальное значение Т при таком измерении равно периоду биений г4- . Это уменьшает 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 i а также электронносчетный периодомер и формирователи импульсов, введен перестраиваелый 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-Jства; 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 Стоп и Старт электронно-счетного периодомера 6. Устройство работает следующим образом. На выходе фильтра 2 получается сигнал разноЬтной частоты F+ V0V / который затем поступает черезперестраиваемый фазорасщепитель в два канала формирования импульсного сигнала. Каждый канал содержит формирователи 4 и 5 импульсов. Измеряе мый интервал 4 ij представляк т в виде суммы среднего значения 4t и флуктуации . Среднее значение 4t связано со сдвигом фазы V соотно шением 4Ь t//2J F . При (ff.« f/F cT-tj -Л А 5где V{ - усредненные на интервале t значения флу.:туаций частоты. По значениям 5 может быть вычисле на нестабильность частоты, в качест ве которой может использоваться относительная среднеквадратическая сл чайная вариация частоты. Из (U) вид но, что коэффициент умножения флуктуацийА -А F При измерении по известному принци пу при том же времени усреднения ко .зффициент преобразования был бы рав А Vo At-. (б) Если ui « -4-, то А А. Таким образом, предлагаемое устройство при одинаковом времени усредне ния обеспечивает больший коэффициент умножения флуктуации интервала времени, уменьшая при этом погрешность их измерения, связанную с ква тованием. Рассмотрим один из наиболее прос тых 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 R2 С2 и линейного усилителя сигнсша Биения. Си нал амплитуды U.c выхода микросхемы МС1 поступает на два канала формирования импульсного сигнсша. Каждый канал состоит из трех каскгщов усиления. Первый каскад микросхемы (МС2-1 и МС2-2 / собран по схеме диф ференциального усилителя. Сигнал по дается на инвертирующие входы микро схем МС2-1 и МС2-2. На инвертирующи входы подается постоянное опорное напряжение, величина которого может регулироваться с помсяцью 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 МСЗ-2, включенных по схеме триггера иЫидта. В них повышается крутизна фронта ограниченного импульсного сигнала. Далее сигт .нал подается на транзисторный усилитель мощности на транзисторах Т1-1 и Т1-2 для формирования сигналов с параметрами, необходимыми для запуска ЭСЧ. На фиг. 3 приведены осциллограммы напряжений, поясняющие принцип изменения задержки меясду фронтами импульсных сигналов с выхода каналов. Микросхемы МС2-1 и МС2-2 работеиот как усилитель-ограничитель разности напряжений сигнала и опорного. При зтом выходное напряжение этих микросхем равно нулю в момент равенства этих напряжений. Микросхемы МСЗ-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 мацность. Очевидно, что при положении потенциометра, когда опорные напряжения в обо.л 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 фронтами максимальна .(шох ) образом, изменяя положение потенциометра R3, можно устанавливать задержку лЬ в пре„;елах от нуля до /ii max- Величина 2it| определяется соотношением мазссимального опорного напряжения Е и амплитуды сигнала Биения и моисет приближаться к половине периода биений. Предлагаемое устройство позволяет уменьшить погрешность измерения и заменить дорогостоящие и сложные ЭСЧ с высоким разрешением на более простые.

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.