SU954884A1 - Устройство дл измерени нестабильности частоты - Google Patents

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при сравнении образцовых частот с метрологической точностью.

Известно устройство для измерения ⁵ кратковременной нестабильности частоты, содержащее фазовый детектор, на один вход которого подан вход опорного генератора, а на второй - вход ис- ,θ следуемого генератора. Вход фазового детектора через усилитель связан с анализатором спектра Γΐ3.

Однако указанное устройство может измерять кратковременную нестабиль- ₎₅ ность частоты за времена не более 1,6-10'^с, что явно ^недостаточно для. полной характеристики исследуемых генераторов.

Наиболее близким по технической 20 сущности к предлагаемому является устройство, 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 (ФАП) опорного’ генератора, примем на один вход 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, имеющие 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

95488ч детектор, основной усилитель, основной 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 ,о автоподстройки частоты, введены первый регулируемый усилитель, последовательно соединенные дополнительный фа·? зовый детектор, дополнительный усилитель и дополнительный перестраиваемый <5 фильтр верхних частот, последователь-’ но соединенные дополнительный фильтр фазовой автоподстройки и дополнительный опорный генератор,а также второй регулируемый усилитель,вход которого ₂₀ подключен к входу опорного генератора, выход которого соединен с первым входом дополнительного фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом основного фазового детек- ₂₅ тора и с входной шиной устройства, при этом вход первого регулируемого усилителя подключен к входу основного опорного генератора, выход первого регулируемого усилителя соединен с ₃& вторым входом основного усилителя, выход дополнительного перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу измерителя среднеквадратического значения, выход дополнительного фазового детектора соединен с входом ³⁵ 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, из-^<5 мерителя 4 среднеквадратического значения (ИСКЗ), фильтра 5 ФАП,опорного генератора 6, регулируемого усилителя 7, фазового детектора 8, усилителя 9, перестраиваемого фильтра 10 ⁵⁰ верхних частот, опорного генератора 11, фильтра 12 ФАП и регулируемого усилителя 13.

Устройство работает следующим образом. 55

Сигналы измеряемого и опорного генератора 6 подаются на входы фазового детектора 1_г е выхода фазового детек тора 1 сигнал идет параллельно на фильтр 5 для подстройки опорного генератора 6 и на усилитель 2. С выхода усилителя 2 сигнал подается на вход перестраиваемого фильтра 3, на выходе которого при условии, что входные СИ1— налы фазового детектора 1 находятся в квадратуре.

Мвыхг κ₄ις(ί)(υ_ω^υ_Γ <- ιμ), где К_и - коэффициент, определяемый коэффициентом фазового детектора 1, усилителя 2 и перестраиваемого фильтра 3 верх-, них частот;

H(f) - передаточная функция перестраиваемого фильтра 3 верхних частот;

Ци-ι ^шУмы фазового детектора 1 и усилителя 2;

U_r - сигнал, пропорциональный . спектральной плотности фазовых шумов измеряемого генератора;

υ_Γ,, - сигнал, пропорциональный спектральной плотности фазовых 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 ' U_6bix й = K^H^(f) (υ_ωτ+υ_Γ + Ц-,), где К - выбирается равным К,и H/(f) =14^,(1)

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 4 сигнал с выхода фильтра 5 (12) подается на вход регулируемого усилителя 7 (13), коэффициент усиления которого выбирается равным коэффициенту передачи замкнутой цепи ФАП, 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, интегрирования $ и извлечения корня, в измерителе среднеквадратического значения имеем

Д ^{н 10} о

где f_n - верхняя граничная частота устройства.

При полной разрезке элементов устройства и отсутствии между ними корреля- ,5 ции

U = К¹ ώ (τ), где d ('ί) - нестабильность частоты измеряемого генератора за время Т , определяемого характеристикой перестраи- _Μ ваемого фильтра верхних частот. Ограничение на чувствительность устройства накладывают только эффекты взаимной, корреляции между элементами устройства и зависит от конкретного исполнения 25 устройства и может составить 20-40 дБ.

Следовательно,.предлагаемое устройство для измерения нестабильноети частоты позволяет обеспечить измерение источников, имеющих стабильность лучшую, чем опорный генератор.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при сравнении образцовых частот с метрологической точ ностью. Известно устройство дл  измерени  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 св зан с анализатором спектра ГО. Однако указанное устройство может измер ть кратковременную нестабильность частоты за времена не более 1,6-10 с, что  вно :недостаточно дл  полной характеристики исследуемых генераторов . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  уст ройство, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель , перестраиваемый фильтр верхних частот (ПФВЧ) и измеритель среднеквадратического значени  (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 нельз  измер ть генераторы, имеЮ1чие лучшую стабильность, чем опорный генератор. Цель изобретени - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечени  измерени  нестабильности частоты источников, имеющих стабильность лучшую, чем опорный генератор . Эта цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные основной фазовый детектор, основной усилитель, основно перестраиваемый фильтр верхних частот и измеритель среднеквадратического значени , 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 усилител  подключен к входу основного опорного генератора, выход первого регулируемого усилител  соединен с вторым входом основного усилител , выход дополнительного перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу измерител  среднеквадратического значени , выход дополнительного фазового детектора соединен с входом дополнительного фильтра фазовой автоподстройки , а выход второго регулируемого усилител  подключен к второму входу дополнительного усилител . На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из фазового детектора 1, усилител  2, перестраиваемого фильтра 3-верхних частот, измерител  Ц среднеквадратического значени  (ИСКЗ), фильтра 5 ФАП,опорного генератора 6, регулируемого усилител  7, фазового детектора 8, усилител  9, перестраиваемого фильтра 10 верхних частот, опорного генератора 11, фильтра 12 ФАП и регулируемого усилител  13. Устройство работает следующим образом .. Сигналы измер емого и опорного генератора 6 подаютс  на входы фазового детектора 1, G выхода фазового детекора 1 сигнал идет параллельно на ильтр 5 дл  подстройки опорного генеатора 6 и на усилитель 2. С выхода силител  2 сигнал подаетс  на вход ерестраиваемого фильтра 3, на выходе оторого при условии, что входные СИ1- алы фазового детектора 1 наход тс  квадратуре. ивых1 K,H(f)(U,4U, . IV,), где К - коэффициент, определ емый коэффициентом фазового детектора 1, усилител  2 и перестраиваемого фильт.ра 3 верх-, них частот; H(f) - переадаточГ1а  функци  перестраиваемого фильтра 3 верхних частот; шумы фазовогодетектора 1 и усилител  2; Uj- - сигнал, пропорциональный . спектральной плотности фазовых шумов измер емого генератора; Up., - сигнал, пропорциональный спектральной плотности фазовь1х шумов опорного генератора 6. Сигнал измер емого генератора также подаетс  совместно с сигналом опорного генератора 11 на входы фазового детектора 8, с выхода фазового детектора 8 сигнал идет параллельно на фильтр 12 дл  подстройки опорного генератора 11 и на усилитель 9. С выхода усилител  9 сигнал подаетс  на вход перестраиваемого фильтра 10 верхних частот, на выходе которого при тех же начальных услови х, что и ранее, имеем U6b.xf. (f)( 4 UTO), где К - выбираетс  равным К,и H/(f )He.(f) Следует отметить, что основна  часть скоррелированных шумов будет располагатьс  в полосе пропускани  фильтров 5 (12), так как в этой полосе осуществл етс  синхронизаци  всех трех генераторов,а так как дл  исключени  проникновени  коррелирующих шумов на вход ИСКЗ сигнал с выхода фильтра 5 (12) подаетс  на вход регулируемого усилител  7 (13), коэффициент усилени  которого выбираетс  равным коэффициенту передачи замкнутой цепи ФЛП, с выхода которого сигнал подаетс  на инвертирующий вход усилите-, л  2 (9), следует заметить, что .сигнал с выхода фазового детектора 1 (8) подаетс  на неинвертируемый вход усилител  2 (9). В результате на вход ИСКЗ 4 подаетс  сигнал, не имеющий скоррелированных составл ющих за счет синхронизации опорных генераторов 6 (11) и измер емого. После перемножени , интегрировани и извлечени  корн , в измерителе сред неквадратического значени  имеем J. nV) (U, ).. о где f верхн   гранична  частота устройства. При полной разрезке элементов устройства и отсутствии между ними коррел UI M и к 6 (Т), где (э () - нестабильность частоты из мер емого генератора за врем  Т , определ емого характеристикой перестраиваемого фильтра верхних частот. Ограничение на чувствительность устройства накладывают только эффекты взаимно коррел ции между элементами устройств и зависит от конкретного исполнени  устройства и может составить 2Q-kQ дБ Следовательно,.предлагаемое устройство дл  измерени  нестабильности частоты позвол ет обеспечить измерение источников, имеющих стабильность лучшую, чем опорный генератор. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  нестабиль ности частоты, содержащее последовательно соединенные основной фазовый детектор, основной усилитель, основно Перестраиваемый фильтр верхних частот и измеритель среднеквадратического значени , 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, отличающеес  тем, что, с целью расширени  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 усилител  подключен к входу основного опорного генератора, выход первого регулируемого усилител  соединен с вторым входом основного усигмтел , выход дополнительного перестраиваемого фильтра верхних частот подключен к входу измерител  среднеквадратического значени , выход дополнительного фазового детектора соединен с входом дополнительного фильтра фазовой автоподстройки, а выход второго регулируемого усилител  подключен к второму входу дополнительного усилител . . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Миронов А.С., Пашев Г.П. Вопросы радиоэлектроники. Сер. радиоизме|эительной техники, вып. 2, 1970, с. 72. .
2. 2.Rutman I. Measurement of frequency stability. IEEE. Tr. Instr. Meas. 197, IM-23, И , p. 515-521.

   $

   9Н

   /г

   //

   /