Устройство для измерения фазовых характеристик Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизме рительной технике и может быть испол зоваио при измерении фазовых сдвигов четырехполюсников как в функции собственного вносимого затухания, так и в функции изменения амплитуды на их входе. По основному авт. св. № 918882 известно устройство для измерения фа зовых характеристик, содержащее гена ратор сдвига, выход которого через последовательно соединенные установочный и отсчетный фазовращатели сое динен с одним из входов первой систе мы фазовой автоподстройки частоты, другой вход которой подсоединен к од ному из входов смесителя и выходу ге нератора синусоидального напряжения, а выход - к одному из входов второй системы фазовой автоподстройки часто ты, другой вход которой через удвоитель частоты соединен с выходом гене ратора сдвига, исследуемый четырехполюсник, выход которого соединен с другим входом смесителя, выход которого присоединен ко входу селективного усилителя, и индикатор нуля, первый и второй управляемые усилители, первый и второй блоки автоматической регулировки амплитуды, источник эталонного напряжения, синхронный детектор, дополнительный установочньй фазовращатель и сумматор, при чем вход первого управляемого усилителя соединен с вьпсодом второй систе мы фазовой автоподстройки частоты, а выход через первый блок автоматической регулировки амплитуды соединен со вторым его входом, выход первой системы фазовой автоподстройки частоты соединен с одним из входов второго управляемого усилителя, выход которого через второй блок автоматической регулировки амплитуды соединен с другим его входом, установочны первого и второго блоков автоматической регулировки амплитуды подсоединены к выходу источника эталонного напряжения, первый и второй входы сумматора соединены соответственно с выходами первого и второго управляемых усилителей, а выход его подсоединен к входу исследуемого четырехполюсника, выход селективного усилителя и выход генератора сдвига через дополнительный установочный фазовращатель соединены соответствен но с первым и вторым входами . синхронного детектора, выход которого подсоединен к входу индикатора нуля i . Однако в известном устройстве процесс формирования боковых составляющих частотного спектра испытательного сигнала идет независимо. Вследствие этого их ам.;литуды не удается получить равными. Неравенство ампли-туд боковых составляющих частотного спектра приводит в процессе измерения к дополнительным фазовым сдвигам, а относительная нестабильность амплитуд - к погрещности измерения. Стабилизация амплитуд боковых составляющих с помощью двух канальных блоков автоматической регулировки амплитуды позволяет уменьщить погрещность измерения. Но в виду того, что блоки осуще-. ствляют регулировку независимо друг от друга, относительная стабильность амплитуд боковых составляющих оказывается по-прежнему низкой, а величина погрешности измерения, обусловленная этой нестабильностью, существенной. Целью изобретения является повышение точности измерения фазовых характеристик. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазовых характеристик введены последовательно включенные вычитающий блок, усилитель постоянного тока, управляемый ключ и дополнительный сумматор, а также элемент ИЛИ, причем вторые выходы первого и второго блоков автоматической регулировки амплитуды подключены ковходам вычитающего блока, выход которого через усилитель постоянного тока и управляемый ключ соединен с первым входом дополнительного сумматора, выход которого подключен ко второму входу второго управляемого усилителя, при этом первый выход первого блока автоматической регулировки амплитуды подсоединен ко входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому выходу второго блока автоматической регулировки амплитуды, а выход элемента ИЛИ к управляющему, входу управляемого ключ а. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения фазовых характеристик содержит последовательно соединенные генератор 1 сдвига, установочный и отсчетный фазовращатели 2 и 3, первую 4 и вторую 5 систеJ1087мы фазовой автоподстройки частоты, первый управляемый усилитель 6, первый блок 7 автоматической регулировки амплитуды, сумматор.8, исследуемый четырехполюсник 9, смеситель 10, се- s лективный усилитель I1, синхронный детектор 12, индикатор 13 нуля. Второй управляемый усилитель 14 со вторым блоком 15 автоматической регулировки амплитуды включен между выходом 10 первой системы 4 фазовой автоподстройки частоты и вторым входом сумматора 8. Генератор 16 синусоидального напря жения подключен ко входу первой систе мы 4 фазовой автоподстройки частоты к одному из входов смесителя 10. Источник 17 эталонного напряжения одновременно подключен к управляющим входам блоков 7 и 15 автоматической регулировки амплитуды. Второй вход синхронного детектора 12 через установоч ный фазовращатель 18 подключен к выходу генератора 1 сдвига, который так же через удвоитель 19 частоты подключен ко входу фазового детектора второй системы 5 фазовой автоподстройки частоты. Блоки 7 и 15 автоматической регулировки амплитуды вьтолняются на элементах цифровой техники и содержат последовательно соединенные ампли тудные детекторы, пороговые элементы и генераторы управляющего напряжения состоящие в свою очередь из последова . тельно соединенных генератора запуска ющих импульсов и генератора ступенчатого напряжения. Первый выход блоков автоматической амплитуды соответствует выходу генератора ступенчатого напряжения, второй выход - выходу амплитудных детекторов, а третий выход - выходу пороговых элементов. Вторые выходы первого 7 и второго 15 блоков автоматической регулировки амплитуды подключены ко входам вычитающего блока 20. Выход вычитающего блока 20 через последовательно соединенные усилитель 21 постоянного тока и управляемый ключ 22 подключен к одному из входов дополнительного сумматора 23. К другому входу дополнительного сумматора 23 подключен первый выход одного из блоков, например 15, автоматической регулировки амплитуды управляемого усилителя 14, а выход, сумматора 23 подключен к управляющему входу этого же усилителя. Третьи выходы блоков 7 и 15 автоматической регулировки амплитуды подклю204чены ко входам элемента 24 ИЛИ, а его выход подключен к управляющему входу ключа 22. Устройство работает следующим образом. Первая система 4 фазовой автоподстройки частоты настроена на частоту Gio- 51 , где СО о - частота генератора 16 синусоидального напряжения; 9. частота генератора 1 сдвига. Умножая частоту генератора 1 сдвига на два с помощью удвоителя 19 частоты настраиваем вторую систему 5 фазовой авто- . подстройки частоты на частоту COo-vCl-2n Wo После суммирования сигналов сие- . тем 4 и 5 фазовой автоподстройки частоты сумматора 8 на его выходе получим испытательный, сигнал в виде luc o sR rc-ycpl UoCosttu-ali-tpr -tftp, где Up - амплитуда боковых составляюпщх испытательного сигнала; Чгс фазовый сдвиг генератора 1 сдвига; - фазовые сдвиги,-вноси.:ые установочным или отсчетным фазовращателями 2 и 3. После прохождения через исследуемый четырехполюсник 9 -испытательный сигнал (1) принимает вид KU, (2) к tu-аН-с гс-Чср- ч хЪ где К - коэффициент передачи исследуемого четырехполюсника; U.,,U2 - амплитуда боковых составляющих;х - измеряемый фазовьп сдвиг. В результате перемножения в смесителе 10 сигнала (2) с сигналом генератора 16, на частоje которого проводится измерение фазовой характеристики, на выходе селективного усилителя 11 выделяется сигнал U , амплитуда KOTOjporo пропорциональна разности фаз исследуемого четырехполюсника 9 и фазовращателя 3 2 оСо21Ч,ф ( -(, где К. - коэффициент преобразования сигнала в смесителе; К - коэффициент передачи селективного усилителя; ( - дополнительный фазовый сдвиг измерительного тракта устройстгза; n(t - внутренние или внешние шумы устройства, представляющие собой нормальньпт стационарный процесс с нулевы средним и дисперсией СЗ После преобразования (3) в синхро ном детекторе 12 на входе индикатора 13 нуля вьщеляется постоянная состав ляющая U-K-k;,.k2):ci-UoC05(4)-q),)co5V,(4) где К- - коэффициент пропорциональности синхронного детектора. Из выражения (4) следует, что при условии cosC , равного 1, постоянная составляющая на выходе детектора 12 равна нулю, когда разность фаз иссле дуемого четырехполюсника 9 и отсчетного фазовращателя 3 равна + . Включение первого и второго управ ляемых усилителей 6 и 14 на выходе систем 4 и 5 позволяет поддерживать равенство амплитуд обеих составляющи испытательного сигнала в установленных пределах. Регулировка амплитуд боковыхсоставляющих достигается в результате подключения к управляющим входам усилителей блоков 7 и 15 авто матической регулировки амплитуды (АРА). Нестабильность амплитуд боковых составляющихЬ5р °|цд определяется зоной нечувствительности пороговых элементов Sjjop- bUnop / U „op,причем SSOK- nop .(5) При этом предполагается, что неравномерное ть амплитудно-частотных характеристик амплитудных детекторов блоков АРА пор Величина порога Опор и величина амплитуды UQ боковых составляющих устанавливается по значению амплитуды источник-а 17 эталонного напряжения, подключенного к блокам 7 и 15 автоматической регулировки амплитуды.. Высокая относительная стабильност амплитуд боковых составляющих поддерживается с помощью вычитающего блока 20, усилителя 21 и сумматора 23, в котором разностньш сигнал, обусловлен ный неравенством амплитуд боковых составляющих, суммируется с сигналом управления одной из канальных АРА. Для исключения одновременной работы ка нальных блоков АРА и блоков межканальной связи АРА, включающих последовательно соединенные вычитающий блок 20, усилитель 21 постоянного тока и сумматор 23, в устройство введен ключ 22, управляемый сигналами через элемент ИЛИ 24 с выхода пороговых .элементов блоков 7 и 15 автоматической регулировки амплитуды.Когда происходит срыв синхронизации в одном из канальных блоков АРА, ключ 22 закрывается и цепь межканальной связи оказывается разомкнутой. Относительная нестабильность амплитуд боковых составляющих равна . S. . °р (U,+U2) где К Kg . KypjKg - коэффициент усиления петли межканальной связи; коэффициент передачи вычитающего блока; коэффициент усиления усилителя постоянного тока; К - коэффициент передачи сумматора. Kg 1 коэффициВ случае К ент усилителя постоянного тока определяет величину уменьщения относительной нестабильности амплитуд боковых составляющих. Порядок измерения фазовых характеристик следующий. Предварительно путем выравнивания фазовых набегов сигналов на входе син хронного детектора 12 с помощью дополнительного установочного фазовращателя 18 добиваются максимального показания индикатора 13, при этом созс) , а затем с помощью установочного фазовращателя 2 выставляют его нулевое значение.. После этого, приравнивая значение разности фаз исследуемого четырехполюсника 9 и отсчетного фазовращателя 3 к после каждого изменения затухания, вносимого четьфехполюсником 9 или после каждого изменения амплитуды испытательного сигнала на входе четырехполюсника 9, проводят измерение его фазовых характеристик. В и;звестном устройстве относительная нестабильность амплитуд боковых составляющих ограничивается зоной нечувствительности современных пороговых элементов, которую не удается получить меньще 1-2%, а следовательно, погрешность измерения за счет указан71087920 8

ного фактора меньше 1-2°. В предлага- Таким образом, из сравнения

емом устройстве погрешность измеренияпредлагаемого устройства с известза счет неравенства амплитуд боковыхным следует, что предлагаемая песоставляющих уменьшается до десятыхрекрестная стабилизация амплитуды

и сотых долей градуса и лежит на уров-5боковых составляющих позволяет

не погрешностей, обусловленных други-на порядок повысить точность изми факторами.мерения.

NJ

C4J

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК по авт. св. № 918882, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последова-. тельно включенные вычитающий блок, усилитель постоянного тока, управляемый ключ и дополнительный сумматрр, а также элемент ИЛИ, причем вторые выходы первого и второго блоков автоматической регулировки амплитуды подключены ко входам вычитающего блока, выход которого через усилитель посто.янного тока и управляемый ключ соединен с первым входом дополнительного сумматора, выход которого подключен ко второму входу второго упра.вляемого усилителя, при .этом первый выход первого блока автоматической регулировки амплитуды подсоединен ко входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому выходу второго блока автоматической р.егулировки амплитуды, СЛ а выход элемента ИЛИ - к управляющему входу управляемого ключа.

tr

СЧ1

.-.

to

vr

n