ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ Советский патент 1973 года по МПК H03K4/793 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при цифровом измерении сверхвысоких частот.

Известны устройства для измерения сверхвысоких частот, основанные на счетно-импульсном, резонансном, гетеродинном методах и комбинации счетно-импульсного и гетеродинного методов. Устройства, основанные на счетно-импульсном методе, обладая простотой и высокой точностью, позволяют измерять частоты до сотен мегагерц и получить цифровой отсчет измеряемой частоты. Измерение этим методом более высоких частот ограничивается разрешающей способностью счетчика .импульсов и частотными возможностями коммутирующих схем. Резонансные частотомеры могут работать в частотном диапазоне до десятков.мегагерц, но имеют невысокую точность и не позволяют получить цифровой отсчет (код) измеряемой частоты, а процесс измерения занимает значительное время. Более высокую точность позволяют получить гетеродинные частотомеры, однако и в этом случае процесс измерения частоты занимает значительное время. Этим же недостатком обладают счетно-импульсные частотомеры с гетеродинной приставкой.

Для создания точного и быстродействующего цифрового частотомера СЕЧ диапазона рационально осуществить предварительное преобразование частоты СВЧ колебаний в интервал

времени, который затем может быть измерен любым способом, например счетно-импульсным. Кроме того, поскольку появляется возмолсность осуществить функциональное преобразование частоты в интервал времени, результат измерения частоты в этом случае может быть связан заданной функциональной зависимостью с измеряемой частотой.

Известные преобразователи частоты в интервал времени применимы только на сравнительно низких частотах.

Предложенный преобразователь частоты в интервал времени основан на использовании нестационарного эффекта Джозефсона, сущность которого заключается в том, что приложение напряжения U к двум сверхпроводникам, разделенным непроводящим переходом (пленкой), вызывает генерацию переходом колебаний на частоте

f kU,(1)

где е - заряд электрона, h - постоянная Планка.

При исследовании эффекта Джозефсона было отмечено обратное явление, заключающееся в том, что, если исключить источник напряжения и облучать переход сигналом с частотой f, то на зажимах элемента появится напряжение,

определяемое в соответствии с (1).

Экспериментально исследоЕ.ался также случай, когда одновременно было подано папряжение и на элемент и переход облучался сигналом с частотой f. При этом было отмечено, что, если поданные напряжение и частота связаны соотношением (1), то наблюдается скачок тока в цепи элемента. Указанный скачок наблюдался не только на частоте /, но и на частотах п/ в соответствии с соотношением

nhf

и„

2е

Таким образом, если входное напряжение U изменять по линейному закону и измерять интервал времени Т от момента начала изменения входного напряжения до момента появления скачка тока в цепи элемента, то отмеченный интервал времени пропорционален частоте облучаюшего сигнала.

Действительно в этом случае

Т - 2es

Таким образом получена возможность осуш;ествления прямонропорционального преобразования частоты в интервал времени с необходимым коэффициентом преобразования, определяемым как .

2es

Путем Соответствующего выбора развертывающего напряжения можно создать функцио нальный, например, логарифмический преобразователь частота-интервал времени.

Схема преобразователя представлена на чертеже.

Сигнал преобразуемой частоты f подается

на туннельный переход /. Сигналом «пуск запускается генератор развертывающего панрял ения 2, который выдает напряжение 11 F(t, изменяющееся по требуемому функциональному закону. В момент выполнения соотнощения (1) в цепи туннельного перехода наблюдается увеличение тока, которое индуктивным путем (например, через трансформатор 5) передается па вход измерителя временных интервалов 4. Интервал времени Т между пусковым импульсом и выходным импульсом трансформатора связан заданной функциональной зависимостью с преобразуемой частотой.

Предмет изобретения

Преобразователь частоты в интервал времени, основанный на эффекте Джозефсона и содержащий туннельный переход и источник сигнала преобразуемой частоты, отличающийся тем, что, с целью увеличения верхней граничной частоты преобразования и обеспечения возможности преобразования частоты в интервал времени по заданной функциональной зависимости, в него введены генератор развертывающего напряжения, трансформатор и измеритель временных интервалов, причем на туннельный переход подан сигнал от источпика .сигнала преобразуемой частоты, выход указанного генерато-ра через первичную обмотку трансформатора подключен к туннельному -переходу, а к входам измерителя временных интервалов подсоединен выход «пуск генератора развертывающего вапряжения и вторичная обмотка трансформатора.