Опорный

генератор

Формирователь шкалы

К потребителям шкалы синхронизации

От внешних источников

Рис.32 Структурная схема формирователя шкалы синхронизации

В качестве опорных генераторов могут могут быть использованы генераторы с различными частотнозадающими элементами. При этом, эти частотнозадающие элементы определяют стабильность генераторов. Зависимость нестабильности генераторов от типа частотнозадающих цепей представлена в табл.1.

Таблица 4. Зависимость нестабильности генераторов от типов частотозадающих цепей

Тип частотнозадающего элемента	Нестабильность генератора, , не лучше
R-C цепи	10^-2
L-C цепи	10^-3
Электромеханический резонатор	10^-4
Кварцевый резонатор	10^-6 – 10^-14
Резонатор с цезиевым пучком [2, с.34]	10^-13
Водородный мазер [2, с.34]	10^-14
Метановая ячейка [2, с.34]	10^-11

3.4.2 Характеристики сигналов опорных генераторов.

Сигнал на выходе формирователя может быть представлен в виде:

где Е(t) – огибающая сигнала; ₀ – угловая частота; (t) – фаза.

Мгновенное значение угловой частоты равно:

Величина отклонения частоты, усредненная по некоторому времен­ному интервалу , равна:

где символ < > обозначает усреднение по конечному временно­му интервалу  с центром в точке t^’. Аналогично можно опре­делить среднее значение фазы:

Так как (t) является случайной величиной, то необходима мера, которая характеризует рассеяние фазы. Для этого вычисляют значение стандартного отклонения или величину дисперсии:

так как среднее значение равно нулю, то:

Нестабильность частоты может быть выражена через автокор­реляционную функцию или через спектральную плотность. Для опи­сания свойств сигнала посредством спектральной плотности можно рассматривать полный спектр сигнала (часто называемый ра­диочастотным спектром), амплитудный спектр сигнала, спектральную плотность фазы, а также спектраль­ную плотность частотных функций. Для описания колебаний опорных генераторов наиболее часто используется спектраль­ные плотности фазы и спектральную плотность частотных функций.

Спектральная плотность случайного процесса определяется как преобразование Фурье автокорреляционной функции этого про­цесса [9]. Для фазы автокорреляционная функция равна:

откуда спектральная плотность фазы:

Обычно для сигналов, не ограниченных во времени, рассма­тривается спектральная плотность мощности (в ваттах на герц), а для сигналов, ограниченных по времени, - спектральная плотность энергии (в джоулях на герц). В случае стационарных процессов можно записать известные связи дисперсий со спектральными плотностями либо корреляционными функциями.

Нестабильность частоты может быть оценена спектральной плотностью мощности процесса нестабильности. Однако непосред­ственными измерениями оценить эту характеристику сложно, так как составляющие процесса малы по сравнению с мощностью основ­ной частоты. Более доступными для измерения являются временные характеристики нестабильности частоты. В этом случае нестабиль­ность определяется как усредненное во времени значение фазового сдвига колебаний испытуемого и эталонного генераторов, отнесен­ное к отрезку времени измерения и номинальному значению часто­ты. Стабильность эталонного генератора должна быть значительно выше, чем проверяемого, тогда измеренные нестабильности будут характеризовать главным образом проверяемый генератор. Когда нет возможности воспользоваться сигналами более стабильного источника, в качестве опорного и проверяемого применяют один и тот же тип генератора. В этом случае предполагают, что в обоих генераторах флуктуации частоты некоррелированы и имеют одина­ковые статистические свойства. Вклад одного генератора опреде­ляют делением измеренных стандартных отклонений на 2. Можно также оценивать нестабильность частоты отдельного генератора по отношению усредненных значений частоты двух других генераторов (или большего числа).

Условно флуктуации частот опорных генераторов можно раз­делить на следующие составляющие:

1) изменения частоты в виде случайных флуктуаций, обуслов­ленные аддитивным шумом формирующих цепей, тепловым и дробовым шумом формирователя колебаний; эти флуктуации частоты вызывают "кратковременную" нестабильность;

2) квазидетерминированные периодические отклонения часто­ты, возникающие вследствие паразитной частотной модуляции сто­ронними процессами, например вследствие нестабильности источ­ников питания, несовершенства термостата, наводок, вибрации, да­вления, воздействия различных полей и т.п.;

3) систематические изменения частоты, вызываемые уходами или дрейфами в результате старения материала резонатора (их на­зывают "долговременной" нестабильностью и оценивают относитель­ным изменением частоты в минуту, час, сутки, месяц или год в зависимости от типа устройства или характера применения).