88. Общие сведения и классификация приборов для измерения частоты и интервалов времени.

Измерение частоты и времени, а также воспроизведение и хранение их единиц лежат в основе многочисленных измерительных задач, решаемых в радиоэлектронике и технике связи, где применяются сигналы от инфранизких частот (доли герца) до оптического диапазона (тысячи гигагерц). В настоящее время практически освоен верхний предел до 300 ГГц, но он всё время повышается. Аппаратура для частотно-временных измерений представляет собой единый комплекс приборов, который обеспечивает проведение измерений с привязкой к Государственному эталону времени и частоты. Эталон времени и частоты, по сравнению с эталонами других единиц ФВ является самым точным.

Основным параметром любого периодического сигнала является его период , равный наименьшему интервалу времени, через который регулярно повторяется мгновенное значение этого сигнала. Отсюда следует, что ,

Для гармонического сигнала и период колебаний можно также определить, как интервал времени, в течение которого фаза сигнала , выраженная в радианах, изменяется на .

T имеет физический смысл для детерминированных сигналов, интервал времени – это время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. При измерениях начало и конец интервала обычно фиксировано с помощью импульсов – опорным (начало) и интервальным (конец) .

Величина называется частотой периодического сигнала. Она характеризует в общем случае число идентичных событий, происходящих в единицу времени. Единица частоты – 1Гц. Если сигнал является гармоническим, то его характеризуют дополнительным понятием угловой частоты , которая определяется изменением фазы гармонического сигнала в единицу времени, равна и выражается в .

Кроме того, для гармонических сигналов, в том числе и искаженных, частота определяется числом переходов сигнала через ось времени (т.е. через нуль) за единицу времени. Наиболее распространенным является измерение частоты. В диапазоне СВЧ измеряют в ряде случаев длину волны и по результатам этих измерений определяют значение , где – скорость света или распространения электромагнитных колебаний в свободном пространстве.

Частотно-временные измерения могут быть не только абсолютными, но и относительными. Задачей относительных измерений является оценка изменения частоты во времени, называемого нестабильностью частоты. Различают долговременную нестабильность, связанную с систематическим смещением частоты за длительное время, и кратковременную нестабильность, определяемую флуктуационными изменениями частоты.

Количественно нестабильность частоты оценивают среднеквадратической относительной случайной вариацией частоты (нестабильность – ) и среднеквадратическим относительным отклонением частоты (нестабильность – ).

Под нестабильностью понимают величину , (4.1)

где - относительная вариация частоты; - средняя относительная вариация частоты; – число вариаций; и – значения частоты, соседние в ряду наблюдений; – номинальное значение частоты. Нестабильность – определяется по формуле , где - относительное отклонение частоты; - среднее арифметическое значение ряда наблюдений.

В соответствии с ГОСТ 15094-86 приборы для измерения частоты и интервалов времени подразделяются в зависимости от назначения на следующие основные виды: Ч1 – стандарты частоты и времени; Ч2 – частотомеры резонансные; Ч3 – частотомеры электронно-счетные; Ч4 – частотомеры гетеродинные, мостовые, емкостные; Ч5 – синхронизаторы и преобразователи частоты; Ч6 – синтезаторы частоты, делители и умножители частоты; Ч7 – приемники сигналов эталонных частот, компараторы и синхрометры; Ч9 - преобразователи частоты в другую электрическую величину.

При измерении частоты могут быть реализованы: метод прямого преобразования и методы сравнения. Конкретная реализация этих методов может существенно различаться в соответствии с физическими свойствами сигналов различных частот, а также способами их получения и передачи на расстояние. В настоящее время серийно выпускаются только электронно-счетные (цифровые) частотомеры. В качестве функциональных узлов измерительных генераторов диапазона СВЧ применяются резонансные частотомеры. Гетеродинные частотомеры сузились до гетеродинных преобразователей частоты цифровых частотомеров.