Измеритель нестабильности частоты и фазы Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 G01R23/00 

Изобретение относится к измерению электрических величин, а именно к устройствам для измерения нестабильности и разности частот и фаз высокостабильных сигналов, и может быть использовано в различных системах частотно-измерительной техники.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение области применения измерителя за счет введения дополнительных преобразований входного и опорного сигналов, позволивших производить измерение нестабильности частоты входных сигналов до значений 1 10 относительных единиц и расширить частотный диапазон анализируемых сигналов до 110 Гц.

На чертеже представлена структурная схема измерителя нестабильности частоты и фазы сигналов,,

Устройство содержит гетеродин 1, первый и второй смесители 2 и 3,первый и второй фильтры 4 и 5 нижних частот, первый и второй умножители 6 и 7 частоты, третий смеситель 8, третий фильтр 9 нижних частот, четвертый смеситель 10, четвертый фильтр 11 нижних частот, формирователь 12 прямоугольных импульсов,первый, второй и третий делители 13, 14 и 15 частоты, измеритель 16 временных интервалов (ИВИ).

При этом первые входы первого и второго смесителей 2 и 3 являются входами устройства, на вторые входы этих смесителей подан сигнал от гетеродина 1. Выход второго смесителя 3 через последовательно соединенные второй фильтр 5 нюкних частот, второй умножитель 7, третий смеситель 8 третий фильтр У нижних частот, четвертый смеситель 10, четвертый фильтр 11 нижних частот, формирователь I2, первый делитель I3 частоты соединен с входом Старт измерителя 16 временных интервалов, а выход первого смесителя 2 через последовательно включенные первый фильтр 4 нижних частот, первый умножитель 6 частоты соединен с вторым входом четвертого смесителя 10. (

Входы второго и третьего делителей 14 и 15 частоты соединены с входом второго смесителя 3, а их выходы соответственно соединены с вторым входом третьего смесителя и входом Стоп измерителя 16 временных интервалов.

Устройство работает следующим образом.

Входные частоты V и i-, f, преобразуются с помощью вспомогательного гетеродина 1 и двух смесителей 2 и 3 к более низким частотам Г и F F, + Л f . Сигнал частоты F, , пройдя фильтр 5 нижних частот и умножитель 7, поступает на вспомогательный

смеситель 8. Второй сигнал на смеситель 8 подается с выхода делителя 14 частоты, который делит частоту входного сигнала { на h раз. В смесителе 8 происходит преобразование частот F, и F к некоторой промежуточной частоте Fj F, - F f - - J . Далее сигнал частоты F , пройдя фильтр 9 нижних частот, подается на смеситель 10, на второй вход которого приходит

сигнал частоты F , прошедший фильтр 4 нижних частот и умножитель 6. В смесителе 10 происходит преобразование частоты F, к частоте F, F. ч-П-F, -Af и

одно 5 , -1 ,

временно компенсация нестабильности частоты гетеродина. Пусть, например, имеем два сигнала, модулированных по частоте одними и теми же сигналами, с одинаковыми индексами модуляции О.:

(Sl, А, ).

35 .

40

Если предположить, что смеситель 10 работает как йеремножитель сигналов, то после несложных преобразований получим выходной сигнал смесителя

(t) k КА, А, cos( Я j-S1 j)t Ч КА,Л costCQ S j + OSf ,t

45

50

где - сигнал, состоящий из двух составляющих: разностной частоты без фазовой модуляции и суммарной частоты с удвоенным индексом модуляции. Отфильтровав составляющую суммарной частоты фильтром 11 нижних частот, получим сигнал разностной частоты, свободный от частотной модуяяции. Однако на практике полн ого подавления частотной модуляции не происходит из- 55 за неидентичности фазовых характеристик трактов, проходимых сигналами частот 2 и f-j до смесителя 10. Степень подавления тем больше, чем шире полоса пропускания фильтра 9 и не зависит от времени измерений At . Далее сигнал частоты F,. , пройдя фильтр 11 нижних частот и формирователь 12, через делитель 13 подается на вход Старт измерителя 16 временных интервалов. На вход Стоп измертеля 16 временных интервалов подается сигнал с выхода делителя I5 частоты, необходимый для того, чтобы иметь возможн ость производить измерения непрерывно, без мертвого времени. Измеряя интервал времени at , который можно устанавливать теперь лишь в соответствии с желаемым време нем усреднения, можно вычислить характеристики сигнала. Выше отмечалось, что степень подавления нестабильности гетеродина тем больше, чем шире полоса пропускания фильтра 9. Кроме того, широкая полоса пропускания (до и более) необходима при измерениях нестабильности частоты и фазы за короткие времена измерений (ДО 10- с). При разрешаю- щей способности ИВИ 16 равной +1 Ю и необходимости иметь разрешающую способность по входу +1 I и коэффициент преобразования частоты со входа до выхода должен быть равен 10 При этом при входных частотах, например, 5МГц выходные частоты будут равны 500Гц, полоса пропускания,определяемая фильтрами нижних частот,может быть не более 1 кГц. Для расши- рения полосы пропускания фильтра 9 можно перейти на более высокую частоту F . Для этого после фильтров 4 и 5 включены дополнительные умножители 6 и 7 частоты в одинаковое число раз N , чтобы фазовая (частотная) модуляция сигналов частот F и F умножалась в одинаковое число раз, при этом степень компенсации не изменится, а полосу пропус- кания тракта можно расширить в N раз при том же коэффициенте увеличения разрешающей способности измерений (здесь под разрешающей способностью измерений понимается цена +1 ед. счета измерителя 16 временных интервалов, отнесенная к входу. Например, если +1 ед. счета ИВИ равна 1 НС, то разрешающая способность измерений за Т усреднения 1 с при коэффициенте увеличения разрешающей способности Ю рдвна, 1 10) ,

Введение дополнительного делителя 13 частоты между формирователем 12 импульсов и входом Старт ИВИ 16 не вносит дополнительной фазовой погрешности, в то же время при делении частоты период разностной частоты увеличивается RH раз. Это позволяет производить (геирерыпио процесс измерения нестабильности частоты при больших разностях входных частот и при мпогосуточных измерениях. Это особенно важно в службе времени,где измерения нестабильности частоты проводятся в течение длительного времени.

Таким образом, компенсация нестабильности частоты гетеродина в предлагаемом устройстве позволяет уменьшить погрешность измерений и тем самым повысить точность в 10 раз, и расширить область применения устройства .

Формула изобретения

I. Измеритель нестабильности частоты и фазы, содержа11а1й измеритель интервалов времени, первый, второй смеситель, первый, второй фильтры Н1ганих частот, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего смесителя, первые входы которых подключены к выходам гетеродина, а второй вход второго смесителя соединен с шиной опорного сигнала,о т - личающийся тем, что, с целью повьш ения точности Измерения, в него введены последовательно соединенные третий смеситель, третий фильтр нижних частот, четвертый смеситель, четвертый фильтр нижних частот и формирователь прямоугольных импульсов, а также первый и второй делители частоты, входы которых соединены с шиной опорного сигнала,выход первого делителя частоты подключен к второму входу третьего смесителя, а выход второго делителя частоты - к входу Стоп измерителя интервалов времени, вход Старт которого соединен с выходом формирователя импульсов, при этом второй вход первого смесителя соединен с шиной измеряемого , выход первого фильтра нижних частот подключен к второму входу четвертого смесителя, выход второго фильтра нижних частот

соединен е первым входом третьего смесителя..

2. Измеритель по п.1, о т л и - чающийся тем, что, с целью расширеИия области применеиия, в него введены первый, второй умножители и третий делитель частоты, при этом первый умножитель частоты вклюСоставитель В.Шубин Редактор Л.Авраненко Техред И.Попович

2980/48

Тираж 728Подписное

ВНИИШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

чен между выходом первого фильтра нижних частот и вторым входом четвер того смесителя, второй - между выхо5.дом второго фильтра нижних частот и входом третьего смесителя, при этом выход фррмирювателя прямоугольных Импульсов соединен через третий делитель частоты с входом Старт измей

10 тедя интервалов времени.

Корректор И.Муска

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано в различных системах частотно-измерительной техники. Цель изобSSff/if ШНГ /2 //fz ff- f ffifif //y/V ретения - повьшение точности измерений и расширение области применений измерителя, достигается за счет введения дополнительных преобразований входного и опорного сигналов. Дня зтого в измеритель введены смесители 8 и 10, фильтр 9 нижних частот, формирователь 12 прямоугольных ю пуль- сов и делители 13 и 14 частоты. Устройство также содержит гетеродин 1, смесители 2 и 3, ашьтры 4 и 5 нижних частот, умножители 6 и 7 частоты, делитель 15 частоты и измеритель 16 временш11Х интервалов. Устройство обеспечивает измерение нестабильности частоты входных сигналов до значений 1 Ю относительных единиц при расширении частотного диапазона анализируемых сигналов до I 10 Гц, 1 з.п. ф-лы, 1 кл. о S л JOfffirif г//у/. /« J ffOiir f/lflf JSff fjffftrtf Г(П // 3Ll //y/v#/ / fff