Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 36

По определению, кратковременная стабильность – это постоянство частоты в течение коротких промежутков времени. Оценивать ее величиной  сложно, поскольку измерители частоты не могут фиксировать ее столь быстрые изменения. Но в силу своей физической природы кратковременная стабильность частоты тесно связана с статическими характеристиками амплитудного и частотного (фазового) шума и поэтому быстрые изменения частоты целесообразно рассматривать как случайную функцию и ее анализ проводить с помощью таких понятий теории вероятности, как энергетический спектр шума, корреляционная функция и др. Действительно, появление слагаемого  и непостоянство фазы  в выражении (9) вызвано действием шумов автогенератора, возникающих из-за того, что выходной ток генератора при подаче на него постоянного напряжения и в отсутствие колебаний совершает случайные отклонения от среднего значения, которые в режиме автогенерации модулируют по амплитуде и частоте основные колебания.

На рис.  приведены теоретический спектр гармонического колебания (а), экспериментально измеренный энергетический спектр шумового тока АЭ в отсутствие основного колебания (б) и спектрограмма выходного колебания автогенератора (в).

а                                       б                                         в

Рис. 1. Энергетические спектры гармонического колебания (а), шума (б), выходных колебаний автогенератора (в).

Как видно из рисунка под действием ,,шумовой” модуляции спектральная линия выходных колебаний автогенератора ,,размывается”. Ограничительные линии спектра выходных колебаний АГ практически по форме совпадают с энергетическим спектром шума. Обычно частота  лежит в пределах от единиц до сотен килогерц, а частота  - ниже десятых долей герца. Область частот  характеризует преобладающее влияние избыточных низкочастотных шумов АЭ и флуктуаций реактивных элементов колебательной системы.

На практике уровень шумов автогенератора определяют мощностью, содержащейся в некоторой достаточно малой полосе частот , отстающей от средней частоты  на частоту  (рис. 1.).

Пропустив автоколебания через частотный детектор, получим на его выходе частотный шум, мощность которого можно измерить анализатором спектра или селективным микровольтметром.

Уровень ЧМ–шума оценивают величиной:

, где  - мощность ЧМ-шума в полосе , отстающей от  на частоту .

Уровень частотного шума современных транзисторных генераторов составляет -80…-140  при . Мгновенный ток на выходе частотного детектора  пропорционален отклонению частоты колебаний от средней частоты . Так как мощность частотного шума пропорциональна квадрату тока детектора , то среднеквадратическое отклонение частоты  пропорционально .

В литературе [ ] показано, что

.

Эта формула позволяет оценить кратковременную стабильность частоты автогенератора. Уровень амплитудного шума существенно меньше частотного. Обычно значение  для АЭ применяемых в автогенераторах, составляют -100…-180  при отстройке от  на .

Измерение частотного или амплитудного шума представляет непростую задачу, если в наличии нет специального измерителя частотных или фазовых флуктуаций на рис. 2 представлена одна из возможных структурных схем измерительной установки.

Рис. 2. Структурная схема установки для измерения

шумов вблизи несущей.

Кварцевый генератор работает на частоте , где  - средняя частота анализируемого источника сигнала. Усилитель промежуточной частоты настроен на частоту . Погрешность измерения спектральной плотности мощности спектроанализатором или селективным микровольтметром (Н) зависят от дрейфа частоты измеряемого сигнала, для исключения которого используют фазовую автоподстройку частоты гетеродина по частоте измеряемого сигнала. На выходе УПЧ это явление отсутствует и спектр мощности вне полосы пропускания системы ФАПЧ совпадают со спектром мощности измеряемого сигнала, так как по отношению к измеряемому сигналу система ФАПЧ ведет себя как высокочастотный фильтр. ЧД или АД – соответственно частотный или амплитудный детектор.