[1]Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено
для измерениянестабильности частоты . Измерение нестабильности частоты
основано на обработке результатов измерения частоты либо фазы с испол
зованием электронно-счетного частотомера (ЭСЧ). В простейшем случае обрабатываются усреднённые на интер
вале значения частоты. При этом в большинстве случаев погрешность измерения определяется погрешностью
квантования ЭСЧ, которая в лучших современных приборах не менее Такая погрешность не позволяет изМерять
кратковременную нестабильность современных прецизионных генераторов , временные флуктуации в
которых КЛогут достигать значений менее Ю- с. Поэтому для снижения влияния квантования ЭСЧ во всех из
.ерителях-применяется, умножение флуктуации частоты. Известны устройства, в которых
исследуемый сигнал подвергается пре образованию на низкую промежуточную
частоту с помощью отстроенного опор ного генератора и смесителя. С13.
Эти устройства имеют большую погрешность измерения, связанную с квантованием ЭСЧ.
Наиболее близким к изобретению по структуре и принципу работы является
устройство, содержащее последовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов,
фильтр нижних частот, формирователь импульсов ,и электронно-счетный пери дсмер 2..
Импульсный сигнал поступает на вход ЭСЧ, который измеряет интервал
времени равный целому числу (N) периодов разностной частоты. В предположении , что опорный генератор
идеально стабильный, а исследуемый .имеет лишь частотную модуляцию, сиг
нал на выходе ФНЧ может быть запи- сан в виде ()t,
где (У-+ f } частота опорного сигнала j - относительные флуктуации
частоты измеряем го сигнала а i- амплитуда.
Интервал времени f,- , измеряемый ЭСЧ, можно предеTaBjHTb виде суммы -, м
среднего значения F и флуктуа - . . .Т ций , . При (f-. i -3- вьшолняется
соотношение . . , где - Коэффициент преобразования
-частот} V- - усредненные на интервале t относительные флуктуации
частоты. Видно, что при преобразование частот осуществляет умножение
флуктуации измеряемого интервала, снижая погрешность их измерения, связанную с KBaHTOBaHHeN. ЭСЧ. Можно
определить значения у. и по ним статистические характеристики неста-бильности частоты.
На практике желательно иметь значения нестабильности частоты, начиная со значений с, так
как кратковременная нестабильность частоты определяет погрешность дальномерных радиолокационных систем
и помехозащищенность цифровых систем связи. Для получения их малых значений Т приходится увеличивать
частоту биений, поскольку минимальное значение Т при таком измерении
равно периоду биений г4- . Это уменьшает коэффициент преобразования А и,
соответственно, увеличивает погрешность измерения,связанную с квантованием ЭСЧ,
Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения, связанной с квантованием.
Цель достигается тем, что в устройство для измерения нестабильности
частоты, содержащее последовательно соединенные смеситель измеряемого и опорного сигналов, фильтр
нижних частот i а также электронносчетный периодомер и формирователи
импульсов, введен перестраиваелый фазорасщепитель, выходы которого через
формирователи импульсов соединены с входами Стоп и Старт электронно-счетного периодомера, а
вход перестраиваемого фазорасщепителя соединен с выходом фильтра нижних частот. На
фиг. 1 приведена схема устрой-Jства; на фиг. 2 - электрическая схема устройства (пример выполнения ),
на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит последовательно
соединенные смеситель 1 измеряемого и опорного сигналов, фильтр 2 нижних
частот, перестраиваемый фазорасщепитель 3, выходы которого через
формирователи 4 и 5 импульсов соединены с входами Стоп и Старт электронно-счетного периодомера 6.
Устройство работает следующим образом. На выходе фильтра 2 получается
сигнал разноЬтной частоты F+ V0V / который затем поступает черезперестраиваемый
фазорасщепитель в два канала формирования импульсного сигнала . Каждый канал содержит формирователи
4 и 5 импульсов. Измеряе мый интервал 4 ij представляк т в виде
суммы среднего значения 4t и флуктуации . Среднее значение 4t связано со сдвигом фазы V соотно
шением 4Ь t//2J F . При (ff.« f/F cT-tj -Л А 5где
V{ - усредненные на интервале t значения флу.:туаций частоты.
По значениям 5 может быть вычисле на нестабильность частоты, в качест
ве которой может использоваться относительная среднеквадратическая сл чайная вариация частоты. Из (U) вид
но, что коэффициент умножения флуктуаций А -А F
При измерении по известному принци пу при том же времени усреднения ко .
зффициент преобразования был бы рав А Vo At-. (б) Если ui « -4-, то А А.
Таким образом, предлагаемое устройство при одинаковом времени усредне
ния обеспечивает больший коэффициент умножения флуктуации интервала
времени, уменьшая при этом погрешность их измерения, связанную с ква тованием.
Рассмотрим один из наиболее прос тых вариантов реализации предлагаемого устройства (фиг.2). Сигнал с
выхода смесителя поступает на вход операционного усилителя микросхемы
МС1. Этот каскад выполняет одновременно роль фильтра нижних частот с постоянной
времени R2 С2 и линейного усилителя сигнсша Биения. Си нал амплитуды U.c выхода микросхемы
МС1 поступает на два канала формирования импульсного сигнсша. Каждый канал состоит из трех каскгщов
усиления. Первый каскад микросхемы (МС2-1 и МС2-2 / собран по схеме диф
ференциального усилителя. Сигнал по дается на инвертирующие входы микро
схем МС2-1 и МС2-2. На инвертирующи входы подается постоянное опорное
напряжение, величина которого может регулироваться с помсяцью сдвоенного
переменного резистора. Соотношение резисторов задает пределы регулировки
опорного напряжения. Опорное напряжение регулируется таким образом , что в одном крайнем положении
оно равно нулю в сбоих каналах, в другом крайнем положении в первом канале равно - Е, а во втором канале
- + Е. Сигнал с выходов микросхем МС2-1 и МС2-2 поступает на входы микросхем МСЗ-1 и МСЗ-2, включенных
по схеме триггера иЫидта. В них повышается крутизна фронта ограниченного импульсного сигнала. Далее сигт
.нал подается на транзисторный усилитель мощности на транзисторах Т1-1
и Т1-2 для формирования сигналов с параметрами, необходимыми для запуска ЭСЧ.
На фиг. 3 приведены осциллограммы напряжений, поясняющие принцип изменения
задержки меясду фронтами импульсных сигналов с выхода каналов. Микросхемы МС2-1 и МС2-2 работеиот
как усилитель-ограничитель разности напряжений сигнала и опорного. При
зтом выходное напряжение этих микросхем равно нулю в момент равенства
этих напряжений. Микросхемы МСЗ-1 и МСЗ-2 работают как триггер Шмидта
и формируют прямоугольные импулЬсы , фронт которых соответствует переходу
входного сигнала через нуль. Импульсный усилитель на транзисторе
Т1-1 и Т1-2 не изменяет формы сигнала , обеспечивая лишь необходимую
мацность. Очевидно, что при положении потенциометра, когда опорные напряжения в обо.л каналах равны
нулю, выходной сигнал в обоих каналах близок к меандру и интервал времени между фронтами импульсов в
разных каналах близок к нулю. В другом крайнем положении потенциометра
, когда опорное напряжение в каналах равно - Е и + Е выходной сигнал в каналах отличается от меандра
и задержка между фронтами максимальна .(шох ) образом, изменяя положение потенциометра R3, можно
устанавливать задержку лЬ в пре„;елах от нуля до /ii max- Величина 2it|
определяется соотношением мазссимального опорного напряжения Е и амплитуды
сигнала Биения и моисет приближаться к половине периода биений. Предлагаемое устройство позволяет
уменьшить погрешность измерения и заменить дорогостоящие и сложные ЭСЧ с высоким разрешением на более
простые.
