Измеритель нестабильности частоты генераторов Советский патент 1984 года по МПК G01R23/00 

1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при исследовании и измерении нестабильности частоты высокостабильных генераторов в широком диапа зоне частот. Известен компаратор близких частот, содержащий в каналах опорной и измepяe ьк частот кана.пьные смеси тели, умножители в m и (т- 1) раз оконечный смеситель, делитель часто гетеродин и счетное устройство с Лп миропателем счетных импульсов С1. Недостатками этого устройства ян ляются узкий диапазон анализируемых частот и отсутствие в схеме полной компенсации р естабильности гетероди на . Р1аиболее близким к изобретению по технической сугцности является измеритель частотных флуктуации 1ч- нераторов, содержалщй nepBiiui и второй усилите;и1, последовательно соединенные первый перемножитель и первый фильтр нижних частот и после довательно сосдинегп{ые второй перем житель и второй фильтр нижних частот а также последовательно соединенную цепь, состоящую из третьего перемножителя, интегратора и индикатора, и, кроме того, содержащий первое и второе кольцо фазовой автоподстройки частоты, соединенные между собой вхо ды которых являются входом устройств первого кольца подключен к входу первого перемножителя через первый усилитель, а второго кольца подключен к входу второго перемножителя через второй ycилитeл выход первого фи.аьтра нижних- частот соед} } е 1 с первым входом третьего перемножителя, а выход второго фильт ра НИЖН1ГХ частот соединен с вторым входом третьего перемножителя С.2. Недостаток этого устройства состоит в том, что оно может измерять лишь высокочастотные составляющие спектра частотных флуктуации исследуемого сигнала, которые лежат на относительном удалении от несущей частоты. Это вызвано тем, что низко частотные составляющие спектра частотных флуктуации отслеживаются кол цами фазовой автоподстройки частоты Целью изобретения является расширение спектра измеряемых флуктуации, частоты. Иостарленмая цель достигается тем, что в измеритель нестабильности частоты генераторов, содержап ий первый и второй усилители, последовательно соед « енные первый перемножитель и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные второй леремножитель и второй фильтр нижних частот, а также последовательно соединенные третий перемножитель, интегратор и индикатор, введены первая и вторая линии задержки, первый, второй и третий смесители, первый, второй и третий фильтры промежуточной частоти, первый, второй и третий умножители частоты, а также гетеродин, выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего смесителей, вторые входы первого и третьего смесителей подключены к вход ;ой устройства через первую и вторую линии задержки соответственно, а второй вход второго смесителя подключен к входной шине устройства непосредственно, первого смесителя подключен через последовательно соединенные первый фильтр промежуточной частоты и первый умножитель частоть; к первому входу первого перемножитедя, выход второго смесителя подключен через последователь {о соединенные второй фильтр пpo ieжyтoчнoй частоты и второй умножитель частоты к второму входу первого перемножителя, выход третьего смесителя подключен через последовательно соединенные третий фильтр промежуточной частоты и третий умтожг-сль частоты к первому входу второго персмножителя, выход первого фильтра нижних частот соединен с первым входом третьего перемножителя через первый усилитель, а выход второго фильтра нижних частот соединен с вторы г входом третьего перемножителя через второй усилитель, при этом второй вход второго перемножителя соединен с вторым входом первого перемножителя. На чертеже 1 приведена структурная схема измерителя нестабильности частоты генераторов. Измеритель содержит первую 1 и вторую 2 линии задержки, входы которых подключены к входной шине устройства, первый 3, второй 4 и третий 5 смесители, гетеродин 6, выход которого соединен с первыми входами смесителей 3-5, второй вход первого смесителя 3 соединен с выходом первой линии t 3 задержки, второй вход второго смеси теля 4 соединен с входной шиной устройства, а второй вход третьего смесителя 5 - с выходом второй линии задержки 2, первьпЧ 7, второй 8 и тре тий 9 фильтры промежуточной частоты первый Ю второй 11 и третий 12 умно жители частоты, входы которых через соответствующие фильтры промежуточной частоты 7-9 подключены к выходам соответствующих смесителей З-З, первьш 13 и второй 1А перемножители, первые входы которых соединены соответственно с выходом первого умножителя частоты 10 и выходом третьего умножителя частоты 12; первый 15 и второй 16 фильтры нижних частот, входы которых соединены с выходами соответственно первого 13 и второго 14 перемножителей, вторые входы перемножителей 13 и 14 подключены к выходу второго умножителя частоты 11, первый фильтр Hif)KHHX частот 15, второй фильтр нижних частот 16, первый усилитель 17, второй усилитель 18, третий перемножитель 19, интегра тор 20, вход которого соединен с выходом третьего перемножителя 19, а выход - с входом индикатора 21. Устройство работает следующим образом. Входной исследуемый сигнал генератора, в общем случае имеющий вид U(tV-A(:-t))ot-4(t) , 1) где Ц| (t) - сдвиг фазы, обусловленный нестабильностями частоты генератора (частотными флуктуациями), поступает на первый вход второго смесителя 4 непосредстненно, а на первые входы первого и третьего смесителей 3 и 5, пройдя соответственно первую и вторую линии 1 и 2 задержки в виде и-Ш -4, (-t)-siH(i-t3Vcp(H5l Uui/) U2(t) -ftz(il -siM и, ii .у (t-t Um W, |Где время задержки сигналов как Первой 1, так и второй 2 линиями задержки; Ощ (t) и U() - собственные шумовые дорои ки первой 1 и второй 2 линий задержки, обусловленные как нестабильностью времени задержки сигнала в линиях задержки, так и собственными шумами линий задержек. Одновременно на первые входы всех трех смесителей 3,4 и 5 посту04пает сигнал с П(ге;:траиплсмпго rerfiiiдина 6 в виде U6a)-ftr-Si Vt 4 il (2) В оезультате этого на выходах фильтров 7-9 сигналы промежуточно частоты имеют вид Afstn ((fr Ug (t) - Ag -sin tainrt f ft) - Pp i) , Uq (-fcb Aq 51Ю ( Ф -tp-tf.a hUMjCt) . Выходные сигналы фильтров промежуточной частоты 7-9 умножаются тю частоте в vv раз идентичными умножителями частоты 10-12 так, что их выходные сигналы имеют соответств( РИД U;,o(tVAioS(,(t-t)(i(t)); u,,ft) sin w Vpt rv(|i(ti - , (v) u;, , U,j(i). A,,25ivitmcd pt-w9( (fcVUm; , где (t составляюцая, обусловленная собственными второго умножителя частоты 11 и его фазовой нзстабильностью; и,ц (-t) и Ищ (-t) - составляющие, oбycлonлeннl le как собCTBeHHbnto- шумами первого и третьего умножителей частоты 10 и I2 и их фазовой нестабильностью, так и собственными щумовыми дорожками первой и второй линии 1 и 2 задержек цц (-tl и Uni (il .Выходные сигналы О -Vl и ) первого и второго умножителей частоты 10 и 11 поступают соответствер{но на первый и второй входы первого переменожителя 13, а выходные сигналы Удл и и,J третьего и второго умножителей частоты 12 и 11 поступают соответственно на первый и второй входы второго перемножителя 14. В результате выходные низкочастотные составляющие перемножителей 13 и 14, прошедщие фильтры 15 и 16 нижштх частот имеют вид . U45(.b/ A5Sin inf(i) (t-tjVlly jtt) ; U/ife(-t Ai6 sin ((:t-Ц Uoij W , где Ci) и Uiii.2s(t) - резульирующие составляющие, обусловленные обственными шумами и собственными азовыми нестабильностями измерительых каналов. Выходные сипгалы U ft) и Ui (-t) фильтров 15 и 16 нижних часот поступают на два идентичных каала обработки информации, где силиваются в К раз усилитепями 51 17 и 18, а усиленные сигналы в ви U.(4)(t).n.if(t-t5)(i ) A- fiSfntm C-tVvnfft-t-j lvvcUui l (, поступают на входы третьего перемножителя 19. В результате перемножения сигналов и ffc) и W выходное напряжение перемножителя 19 имеет вид U(t)4)-48{t)icK A oSinCHiifW- p(fc--t )l f kk%UuL,j6:V5tv mip(tVwf (t-t + k-K АО ишггС-tVsM Cmcp(t)-iMf (t-t) ч Ua,j(tVUu,s(tVvc2 где R - коэффициент передачи перемно жителя 19, a AO Л . Выходной сигнал C-fc) результирующего перемно жителя 19 поступает на интегратор 20, в котором он усредняется во времени так, что его входной сигнал при нимает вид -/ирШоМ 1cK Ai/sln4vnf (4)- I ° - п f(t-tjllot fc V kVAo /st m fA-)--W f (t-bijl и UL,S (tMt 4- : t: Ac.A MtWKp{ -тф (i-i)l- (fc) i (-t) UM(a-i - где Т - время интегрирования. При измерении нестабильности частоты высокостабильных генераторов разность ( (i-t) w rtfttV ft-t) -,n,wi) .. .,i: имеет малую величину. При этом f(i) д.и)(4г) - искомая нестабильность частоты генератора. Вследствие этого в выражении UTQ (fc) имеем sin (tVw4 ( л wit-jf iC0 Ш a выражение для Ujo (ir) можно представить в виде KAjJ Cvyitj u(fi)a)jVi 4 cklAo/ t uU)(-t -UUL, W ott V (3) VU АО Jmtj ACa)(t) (i). Из выражения (3) следует, что первьй член суммы правой части с ростом вре 50 мени интегрирования Т только увеличивается так как подынтегральное выражение есть -существенно положительная величина, в то время как остальные члены сумм правой части с ростом времени интегрирования Т не имеют тенденции к непрерывному увеличению, поскольку их подынтегральные выражения не являются существенно положительными функциями. Если суммарные составляющие ( и (fy собственных шумов измерительных каналов статистически независимы по отношению друг к другу, а также если они статистически независимы по отношению к величине нестабильности частоты iM)(-t) исследуемого сигнала, то интегральные значения второго, третьего и четвертого члена суммы (3) с ростом времени интегрирования Т стремятся к нулю. Вследствие этого выходное напряжение интегратора 20 в итоге имеет вид Uac, W 4 г т )«oft . в случае, когда нестабильность частоты исследуемого сигнала (1) есть стационарный эргодический случайный процесс с нулевым средним, выходное напряжение интегратора 20 пропорционально оценке дисперсии нестабильности частоты исследуемого сигнала у-.) )«) где оценка дисперсии нестабильности частоты. Выходное напряжение Us(0 интегратора 20 поступает далее на индикатор 21, где оно регистрируется. При этом в сигнале (4), поступающем на индикатор 21, отсутствуют составляющие, обусловленные шумами измерительных каналов. Таким образом, предлагаемый измеритель нестабильности частоты генераторов позволяет измерять как высокочастотные, так и низкочастотные составляющие спектра частотных флуктуации.

ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ ГЕНЕРАТОРОВ, содержащий первый и второй усилители, последовательно соединенные первый перемножитель и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные второй перемножитель и второй фильтр нижних частот, а также последовательно соединенные третий перемножитель, интегратор и индикатор, отличающийся тем, что, с целью расширения спектра измеряемых флуктуации частоты, в него введены первая и вторая линии задержки, первый, второй и третий смесители, первый, второй и третий фильтры промежуточной частоты, первый,второй и третий умножители частоты, а также гетеродин, выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего смесителей, вторые входы первого и третьего смесителей подключены к входной шине устройства через первую и вторую линии задержки соответственно, а второй вход второго смесителя подключен к входной шине устройства непосредственно, выход первого смесителя подключен через последовательно соединенные первый фильтр промежуточной частоты и первый умножитель частоты к первому входу первого псремножителя, выход второго смесителя подключен через последовательно соединенные второй фильтр промежуточной частоты и второй умножитель t частоты к второму входу первого пере(Я множителя, выход третьего смесителя подключен через последовательно соединенные третий фильтр промежуточной частоты и третий умножитель частоты к первому входу второго перемножителя, выход первого фильтра нижних частот соединен с первым-входом третьего перемножителя через первый 00 усилитель, а выход второго фильтра ел с нижних частот соединен с вторым входом третьего перемножителя через второй усилитель, при этом второй вход второго перемножителя соединен с вторым входом первого перемножителя.