Устройство для измерения нестабильности частоты Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при сравнении образцовых частот с метрологической точ ностью. Известно устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты, содержащее фазовый детектор, на один вход которого подан вхещ опорного генератора, а на второй - вход исследуемого генератора. Вход фазового детектора через усилитель связан с анализатором спектра ГО. Однако указанное устройство может измерять кратковременную нестабильность частоты за времена не более 1,6-10 с, что явно :недостаточно для полной характеристики исследуемых генераторов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель, перестраиваемый фильтр верхних частот (ПФВЧ) и измеритель среднеквадратического значения (ИСКЗ), а также помещенную на выходе фазового детектора цепь .фазовой автоподстройки (0АП) опорного генератора, примем на один фазового детектора подан выход опорного генератора, а на второй - выход исследуемого генератора 2. Однако указанное устройство обладает существенным недостатком, так как на нем нельзя измерять генераторы, имеЮ1чие лучшую стабильность, чем опорный генератор. Цель изобретения- расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения нестабильности частоты источников, имеющих стабильность лучшую, чем опорный генератор. Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные основной фазовый детектор, основной усилитель, основно перестраиваемый фильтр верхних частот и измеритель среднеквадратического значения, а также основной фильтр фазовой автоподстройки, вход которого подключен к выходу основного фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом основного опорного генератора, вход последнего подключен к выходу основного фильтра фазовой автоподстройки частоты, введены первый регулируемый усилитель, последова тельно соединенные дополнительный фа-г зовый детектор, дополнительный усилитель и дополнительный перестраиваемый фильтр верхних частот, последовательно соединенные дополнительный фильтр фазовой автоподстройки и д полнительный опорный генератор,а также второй регулируемый усилитель,вход которого подключен к входу опорного генератора, выход которого соединен с первым входом дополнительного фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом основного фазового детектора и с входной шиной устройства, при этом вход первого регулируемого усилителя подключен к входу основного опорного генератора, выход первого регулируемого усилителя соединен с вторым входом основного усилителя, выход дополнительного перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу измерителя среднеквадратического значения, выход дополнительного фазового детектора соединен с входом дополнительного фильтра фазовой автоподстройки, а выход второго регулируемого усилителя подключен к второму входу дополнительного усилителя. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из фазового детектора 1, усилителя 2, перестраиваемого фильтра 3-верхних частот, измерителя Ц среднеквадратического значения (ИСКЗ), фильтра 5 ФАП,опорного генератора 6, регулируемого усилителя 7, фазового детектора 8, усилителя 9, перестраиваемого фильтра 10 верхних частот, опорного генератора 11, фильтра 12 ФАП и регулируемого усилителя 13. Устройство работает следующим образом.. Сигналы измеряемого и опорного генератора 6 подаются на входы фазового детектора 1, G выхода фазового детекора 1 сигнал идет параллельно на ильтр 5 для подстройки опорного генеатора 6 и на усилитель 2. С выхода силителя 2 сигнал подается на вход ерестраиваемого фильтра 3, на выходе оторого при условии, что входные СИ1- алы фазового детектора 1 находятся квадратуре. ивых1 K,H(f)(U,4U, . IV,), где К - коэффициент, определяемый коэффициентом фазового детектора 1, усилителя 2 и перестраиваемого фильт.ра 3 верх-, них частот; H(f) - переадаточГ1ая функция перестраиваемого фильтра 3 верхних частот; шумы фазовогодетектора 1 и усилителя 2; Uj- - сигнал, пропорциональный . спектральной плотности фазовых шумов измеряемого генератора;Up., - сигнал, пропорциональный спектральной плотности фазовь1х шумов опорного генератора 6. Сигнал измеряемого генератора также подается совместно с сигналом опорного генератора 11 на входы фазового детектора 8, с выхода фазового детектора 8 сигнал идет параллельно на фильтр 12 для подстройки опорного генератора 11 и на усилитель 9. С выхода усилителя 9 сигнал подается на вход перестраиваемого фильтра 10 верхних частот, на выходе которого при тех же начальных условиях, что и ранее, имеем U6b.xf. (f)( 4 UTO), где К - выбирается равным К,и H/(f )He.(f) Следует отметить, что основная часть скоррелированных шумов будет располагаться в полосе пропускания фильтров 5 (12), так как в этой полосе осуществляется синхронизация всех трех генераторов,а так как для исключения проникновения коррелирующих шумов на вход ИСКЗ сигнал с выхода фильтра 5 (12) подается на вход регулируемого усилителя 7 (13), коэффициент усиления которого выбирается равным коэффициенту передачи замкнутой цепи ФЛП, с выхода которого сигнал подается на инвертирующий вход усилите-, ля 2 (9), следует заметить, что .сигнал с выхода фазового детектора 1 (8) подается на неинвертируемый вход усилителя 2 (9). В результате на вход ИСКЗ 4 подается сигнал, не имеющий скоррелированных составляющих за счет синхронизации опорных генераторов 6 (11) и измеряемого. После перемножения, интегрировани и извлечения корня, в измерителе сред неквадратического значения имеем J. nV) (U, ).. о где f верхняя граничная частота устройства. При полной разрезке элементов устройства и отсутствии между ними корреляUI Mи к 6 (Т), где (э () - нестабильность частоты из меряемого генератора за время Т , определяемого характеристикой перестраиваемого фильтра верхних частот. Ограничение на чувствительность устройства накладывают только эффекты взаимно корреляции между элементами устройств и зависит от конкретного исполнения устройства и может составить 2Q-kQ дБ Следовательно,.предлагаемое устройство для измерения нестабильности частоты позволяет обеспечить измерение источников, имеющих стабильность лучшую, чем опорный генератор. Формула изобретения Устройство для измерения нестабиль ности частоты, содержащее последовательно соединенные основной фазовый детектор, основной усилитель, основно Перестраиваемый фильтр верхних частот и измеритель среднеквадратического значения, а также основной фильтр фазовой автоподстройки, вход которого подключен к выходу основного фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом основного опорного генератора, вход последнего подключен К ВЫХОДУ основного фильтра фазовой автоподстройки частоты, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены первый регулируемый усилитель, последовательно соединенные дополнительный фазовый детектор, дополнительный усилитель, и дополнительный перестраиваемый фильтр верхних частот, последовательно соединенные дополнительный фильтр фазовой автоподстройки и дополнительный опорный генератор, а также второй регулируемый усилитель, вход которого подключен к входу опорного генератора, выход которого соединен с первым входом дополнительного фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом основного фазового детектора и с входной шиной устройства, при этом вход первого регулируемого усилителя подключен к входу основного опорного генератора, выход первого регулируемого усилителя соединен с вторым входом основного усигмтеля, выход дополнительного перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу измерителя среднеквадратического значения, выход дополнительного фазового детектора соединен с входом дополнительного фильтра фазовой автоподстройки, а выход второго регулируемого усилителя подключен к второму входу дополнительного усилителя. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Миронов А.С., Пашев Г.П. Вопросы радиоэлектроники. Сер. радиоизме|эительной техники, вып. 2, 1970, с. 72. . 2.Rutman I. Measurement of frequency stability. IEEE. Tr. Instr. Meas. 197, IM-23, И , p. 515-521.

$

9Н

/г

//

/