频率相差和频率稳定度测试仪制造技术

一种频率相差和频率稳定度测试仪，由插入振荡器、隔离放大器、混频器、放大整形电路、运算和显示电路组成，其优点是可为用户测试节省一台频率标准，并且具有造价较低和测量精度高的特点，分辨率达０．１毫微秒，准确度达１０毫微秒。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及频率标准源，尤其是一种用于频率标准的频率相差和频率稳定度测试仪。航天导航、远程打靶、大地测量、时间保持、时间播授等部门必须使用高精度频率与时间。这些部门一般要同时使用三台频率标准，在使用过程中要不断地测量频率和时间相位。由于使用的频率很精确几乎是同步的，所以很难测量出它的稳定度。为了测量稳定度还要增加一台和上述三台同一量级的频率标准并人为地调偏，使它与正常频率标准比对时产生差拍，从而方可测定它的差拍，再计算差拍的差值，计算它的稳定度。这是传统测试方法，要牺牲一个频率标准源(一个频率标准价格为40万人民币，进口的为30万美金)，是很不经济的。本技术的目的是提出一种用于频率标准的频率相差和频率稳定度测试仪，既达到节省一台频率标准，又能达到或超过传统方法所能达到的测试分辨率和准确度。本技术的技术方案是一种用于频率标准的频率相差和频率稳定度测试仪，其特点在于它包括电路和仪器箱，该仪器箱的正面有显示屏和被测频率标准的信号输入端插座Fa和Fb，背面有两输出端Ta和Tb，可供接入其他计算机进行数据处理，所说的电子线路由隔离放大器，混频器、插入振荡器、放大／整形电路运算和显示电路构成；所说的隔离放大器是由前置放大器、推挽功率放大器和电子滤波器构成的，所说的前置放大器由三极管Q1、电阻R1、R2、R3、R14、电容C1、C2、C7、C8、C3和电感L1构成，所说的电子滤波器由三极管Q6、电容C6和电阻R10构成，所说的推挽功率放大器由两个PNP三极管Q2、Q4、两个NPN三极管Q3、Q5及6个电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9组成，三极管Q2和Q5、Q4和Q3分别连接成互补跟随形式，是这样连接的三极管Q4和Q2的基极连接到电容C4和电阻R5、R4的节点C，三极管Q4的集电极接电阻R5、R7和三极管Q5的集电极的节点-即地，电阻R7的另一端接三极管Q2的发射极和三极管Q5的基极的节点f，三极管Q2的集电极接电阻R6、三极管Q3的集电极、三极管Q6的发射极和电阻R4的节点，电阻R6的另一端接三极管Q4的发射极和三极管Q3的基极的节点e，三极管Q3的发射极通过电阻R9与三极管Q5的发射极的电阻R8相连于U后通过电容C5接混频器；所说的隔离放大器中的电阻应满足下列关系为R4=R5，R6=R7，R8=R9；所说的三极管Q2、Q3可选用3DG142或9818，所说的三极管Q4、Q5可选用3CG14或9012；所说的电阻阻值的取值范围为20KΩ≤R4=R5≤100KΩ2KΩ≤R6=R7≤10KΩ10Ω≤R8=R9≤50Ω本技术工作原理，特点是优点我们将结合实施例的附图作进一步说明。附图说明图1是本技术的外观示意图。图2是本技术的电路原理框图。图3是本技术隔离放大器1的电路原理图。图4是本技术隔离放大器实施例2电路原理图。图5是本技术隔离放大器实施例3的电路原理图。图6是本技术混频器3的实施例电路连接图。图7是本技术滤波器4电路图。图8是本技术运算放大5电路图。图9是本技术整形电路6原理图。本技术是一种用于频率标准的频率相差和频率稳定度测试仪，包括电路和仪器箱体，图1是仪器箱的外观图，该仪器箱的正面有显示屏1和被测频率标准的信号输入端插座Fa、Fb，背面还有两个输出端Ta和Tb，也可利用这两个输出端Ta和Tb将差拍放大后的信号输入其他计算机进行运算显示。图2是本技术的电路原理框图。所说的电路由插入振荡器Fc、隔离放大器1和隔离放大器2、混频器3和混频器3’、放大／整形电路(即滤波器4、运算放大电路5、整形电路6)和放大／整形电路(即滤波器4’，运算放大器5’、整形电路6’)、运算和显示电路7组成。fa和fb分别是频率为5兆赫兹MHz的被测的两个信号源，fc是外插振荡器，频率为5000001Hz，比被测的振荡器高1赫兹(Hz)。fa5MHz信号经隔离放大器1送混频器3，fc频率信号送混频器3，混频器3输出一个拍频信号由放大整形电路(4、5、6)中产生一个1Hz方波信号，这个信号叫做Ta。同样方法Tb信号是由fb5MHz信号经隔离放大器2送混频器3’，fc也送混频器3’，进行混频，在放大整形电路(4’、5’、6’)中产生一个1Hz方波信号，两个放大整形电路(4、5、6、4’、5’、6’)的输出两个信号幅度相同，上升沿相同(上升沿为小于10ns，幅度3Vp-p方波信号)，仅输出的相位是fa和fb变量的函数，供运算显示电路7运算并在显示屏1显示结果。为了便于分析数据，也可将放大整形电路放大整形后的信号用Ta和Tb两端子输出，Ta和Tb和外接计算机相连后，用Ta、Tb信号分别去触发频率计数器的时间间隔的开门和关门就可以得到下面的结果。由上述Ta=fa-fcTb=fb-fcTa-Tb=(fa-fc)-(fb-fc)=fa-fb在双相混频时，中间振荡频率fc，在Ta-Tb很小时，fc提供了两个差拍信号，fc的瞬稳很好的话，它的误差带进去很小。根据这个原理，插入振荡器fc的短期稳定度，可以比欲要测量的短期稳定度低，测量两个频率源时，不用调偏其中的一频率源，拍频信号由插入振荡器fc产生。误差计算X(i)=(Ta-Tb)νbν0+φ2πν0]]>式中，Ta计数器的启动时间Tb计数器的关闭时间Vbfc与被测频率源的标称差频的倒数V0fc插入振荡器的标称频率5000001Hzφ是双混频系统的两部分之间总相位差，测量两钟的稳定度，则可以不考虑。如果是用来测量时差，这一项必须扣除。自校时的时差为φ2π]]>。用双混频方法直接测量频率相差(直接测量两个5MHz之间的相位)由上面的公式所示，以一个普通的计数器就能得出很高的频率的相位差，它的秒脉冲信号是由混频产生的，对于5MHz的频率而言，要乘上2×10-7系数。现在我们采用10MHz的频率计数器，所以它的分辨率为最后一位正负一个数字(2个数字)，为了保险一些，我们给它5个数字，这样它的分辨率为0．5μS×2×10-7系数为0．1pS。该仪器在自校时波动在μS级5个数字，最大不到10μS，但是又考虑内部晶振的漂移，所以放宽到100μS位5个数字为10pS以上所指是实际测量的结果。用双混频方法测量频率稳定度a．被测两个信号分别送fa、fb，Ta信号开计数器的闸门，开始计数。Tb信号关计数器的闸门，停止计数。得出(Ta-Tb)，计数频率为10MHz。采集(Ta-Tb)1；(Ta-Tb)2；(Ta-Tb)3；(Ta-Tb)4；(Ta-Tb)5…………(Ta-Tb)101为一组。b．根据(1)式计算，我们可以得时差X(i)1、X(i)2、X(i)4、X(i)5、……X(i)nc．计算间隔内的相对频差为y(i)=x(i+1)-x(i)τ]]>式中τ为两次取数的时间间隔，为了测量不同时段的稳定度τ分别为1秒、10秒、100秒、1000秒d．计算稳定度δY(τ)=12(M-1)·Σi=1N-12&CenterD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于频率标准的频率相差和频率稳定度测试仪，其特征在于它包括电路和仪器箱，该仪器箱的正面有显示屏（１０）和被测频率标准的信号输入端插座（Ｆａ）和（Ｆｂ），背面有两输出端（Ｔａ）和（Ｔｂ），可供接入其他计算机进行数据处理，所说的电子线路由隔离放大器（１、２），混频器（３、３’）、插入振荡器（ｆｃ）、放大／整形电路（４、５、６，４’、５’、６）、运算和显示电路（７）构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈季良，蔡勇，马南雪，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]