Устройство для измерения уровней высокочастотных и сверхвысокочастотных гармонических сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R19/00 

11 Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для использования при реализации образцовых вольтметров. Целью изобретения .является новышение точности измерения за счет исключения влияния нестабильности шага считывания и амплитуды стробимпульсов, а также за счет оценки уровней сигналов с помощью вольтмет ря nocTOHHkoro тока, и расширение частотного диапазона сверху путем осуществления стробирования в точках минимальной крутизны сигналов. На чертеже представлена функциональная схема устройства для измере ния уровней высокочастотных и сверх высокочастотных гармонических сигналов . Устройство содержит строб-преобразователь 1, блок 2 памяти, буферный узел 3, вольтметр 4 постоянного тока, интегратор 5, формирователь 6 строб-импульсов, управляемый фазовращатель 7, фильтр 8 нижних частот фазовращатель 9 на 90, импульснофазовый детектор 10, строб-преобраз ватель 11, усилитель-ограничитель 12, полосовой фильтр 13, фазовращатель 14 на 90 , фазовый детектор 15, опорный генератор 16, форми .рователь 17 строб-импульсов, подстраиваемый генератор 18,. блок 19 управления, усилитель 20 постоянног тока, генератор 21 поиска и частотн фазовый детектор 22, Первый вход строб-преобразователя 1 соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные усилител ограничитель 12, полосовой фильтр 1 и фазовращатель 9 на с одним из входов фазового детектора 15. Выход опорного генератора 16 подклю чен к другому входу фазового детект ра 15 и одному из входов частотнофазового детектора 22, соединенного другим входом с выходом усилителяограничителя 12. Входы усилителя 20 постоянного тока и генератора 21 по иска подключены к вьпсодам соответственно фазового детектора 15 и час тотно-фазового детектора 22-, а выходы - к входам блока 19 управления . Вход подстраиваемого генератора 18 соединен с выходом блока 19 управления. Вход формирователя 6 строб-импульсов подключен к выходу подстраиваемого генератора 18, 3 а выход - к второму входу строб-преобразователя 1, Первый вход стробпреобразователя 11 соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные блок 2 памяти и буферный узел 3-е вольтметром 4 постоянного тока. Вход фильтра 8 нижних частот подключен к выходу усилителя-ограничителя 12, а выход через фазовращатель 14 на 90 - к первому входу импульсно-фазового детектора 10 и через управляемьш фазовращатель 7 к входу формирователя 17 строб-импульсов. Управляющий вход управляемого фазовращателя 7 соединен с выходом интегратора 5. Выход . формирователя 17 строб-импульсов подключен к второму входу строб-преобразователя 11, первому входу интегратора 5 и второму входу импульсно-фазового детектора 10. Выход последнего соединен с вторым входом интегратора 5. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал (в диапазоне частот 1 (МГц-3 ГГц) преобразуется в строб-преобразователе 1 в сигнал промежуточной частоты 20 кГц, который в дальнейшем используется для регулирования частоты следования строб-импульсов и работы системы автоматической подстройки фазы на 90 (АПФ 90 ), в которую входят блоки 5, 7, 8, 14 и 10. Поэтому ошибка переноса информации об уровне входного сигнала на промежуточную частоту не влияет на точность устройства. Характер выходного сигнала строб-преобразователя 1 - сигнал Переменного тока. Поэтому он снимается с выхода строб-преобразователя Г через разделительный конденсатор. Строб-преобразователи 1 и 11 - строб-преобразователи с обратной связью (с кольцевыми смесителями). Для обеспечения работы системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) в амплитудном динамическом диапазоне 80 дБ сигнал промежуточной частоты поступает на фазовый детектор 15 через усилитель-ограничитель 12, полосовой фильтр 13 и фазовращатель 9 на 90 . Усилитель-ограничитель 12 имеет динамику 100 дБ, а полосовой фильтр 13 характеризуется нижней частотой среза 2 кГц и верхней частотой среза 22 кГц. Данный фильтр, имея полосу пропускания 2-22 кГц, позволяет осуществить работу системы АПЧ в режиме поиска и захвата, а затем в режиме удержания при промежуточной частоте 20 кГц. Опорный генератор 16 также.работает с частотой $ 20 кГц.

Выходное напряжение фазового детектора 15 поступает на усилитель 20 постоянного тока. На один из входов частотно-фазового детекто- 10 ра 22 подается импульсный сигнал от усилителя-ограничителя 12, а на другой вход - от опорного генератора 16. Для того, чтобы сигнал промежуточной частоты имел ту же частоту t5 и фазу, что и входной сигнал, предусматривается действие кольца АПЧ. Генератор 21 поиска вырабатывает пилообразное напряжение, меняющее частоту подстраиваемого генерато- 20 ра 18 до тех пор, пока частота промежуточного сигнала не окажется равной 20 кГц, т.е. идентичной с частотой опорного генератора 16. Далее качание прекращается. Система 25 АПЧ вводится в синхронизм на нуж- ной боковой частоте. Работа устройства на одной и той же боковой частоте позволяет повысить стабильность измерений. Синусоидальный сигнал от под- зо страиваемого генератора 18 подается на формирователь 6 строб-импульсов, который при переходе входным сигналом нулевого зфовня с положительной производной формирует короткий стробимпульс длительностью 60-80 пс, используемый в строб-преобразователе 1 для стробирования входного сигнала. Входной сигнал устройства поступает .также на первый вход строб-преобразователя 11, на второй вход которого подаются строб-импульсы, сдвинутые на 90 относительно указанных переходов через нуль входного сигнала от формирователя 17 строб-импульсов. Выходной сигнал строб-преобразователя 11 представляет собой напряжение постоянного тока, что определяется когерентностью и фазовыми соотношения ми частот сигнала и стробирования. Он снимается с выхода строб-преобразо вателя 11 непосредственно, без разделительного конденсатора. Фазовый сдвиг между входным сигналов и стробимпульсами, равный.90°, автоматически поддерживается системой АПФ 90°. При. этом сигнал с выхода усилителя-огра- . ничителя 12 через фильтр 8 нижних

частот поступает через управляемый фазовращатель 7 на формирователь 17 строб-импульсов. Фильтр 8 нижних частот представляет собой фильтр Чебышева, выделяющий из выходного сигнала усилителя-ограничителя 12 (подаваемого на вход фильтра) первую гармонику частотой 20 кГц (равную частоте промежуточного сигнала). Фаза стробимпульсов с выхода формирователя 17 строб-импульсов относительно перехода входного сигнала через нуль с положительной производной равной 90°и поддерживается неизменной импульс но-фазовым детектором 10. В данном случае обрабатывается информация о разности фаз между строб-импульсами и сигналом на входе строб-преобразователе 11.

Интегратор 5 представляет собой усилитель постоянного тока, имеющий возможность усиливать сигнал переменного тока до частот 30 кГц. Сигналы более высокой частоты не усиливаются. Это позволяет системе АПФ 90° автоматически в режиме поддержания разности фаз 90°между сигналами отрабатывать быстрые отклонения разности фаз от 90. Если управляющее напряжение на фазовращателе 7 положительное, разность фаз уменьшается, если отрицательное - увеличивается (с учетом знака). Для более четкого захвата фазы можно подстройкой фазовращателя 14, имеющего ручную подстройку, установить максимальный уровень на вольтметре А. При изменении частоты входного сигнала происходит, следовательно, отработка фазового сдвига управляем 1 м фазовращателем 7 и этот процесс повторяется через период стробирования. При уровнях входного сигнала устройства 0,1 мВ - 1,5 В строб-преобразователь 11 работает на линейном участке амплитудной характеристики, малое паразитное прохождение стробимпульсов на его выход несущественно так как их длительность мала. Сигнал на выходе строб-преобразователя 11 представляет собой постоянное напряжение, равное амплитудному значению сигнала на входе устройства. На период стробирования это напряжение запоминается блоком 2 памяти и подается через согласующий буферньй узел 3 на вольтметр 4, который дает информа511777536

цию об амплитудном значении сигнала, циональными возможностями строб-преобна входе устройства. Нижняя граница разователя 11 и имеет величину 0,1 входного напряжения определяется функ- 0,5 мВ.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГАРМОНИЧЕС-КИХ СИГНАЛОВ, содержащее первый строб-преобразователь, первый вход которого соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные усилитель-ограничитель, полосовой фильтр и первый фазовращатель на 90°- с одним из входов фазового детектора, опорный генератор, выход которого подключен к другому входу фазового детектора и одному из входов частотно-фазового детектора, соединенного другим входом с выходом усилителяограничителя, усилитель постоянного тока и генератор поиска, входы которых подключены к выходам соответственно фазового и частотно-фазового детекторов, а выходы - к входам блока управления, подстраиваемый генератор, вход которого соединен с выходом блока управления, первый формирователь строб-импульсов, вход которого подключен к выходу подстраиваемого генератора, а выход - к второму входу первого строб-преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения и расширения частотного диапазона, в него введены второй строб-преобразователь, блок памяти, буферный узел, вольтметр постоянного тока, фильтр нижних частот, второй фазовращатель на 90°, управляемый фазовращатель, второй формирователь строб-импульсов, импульсно-фазовый SS детектор и интегратор, причем первый вход второго строб-преобразователя (Л соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные блок памяти и буферный узел с вольтметром постоянного тока, вход фильтра нижних частот подключен к выходу усилителя-ограничителя, а выход через второй фазовращатель ч на 90 - к первому входу импульсноАазового детектора и через управляе q ел мый фазовращатель к входу второго формирователя строб-импульсов, со управляющий вход управляемого фазовращателя соединен с выходом интегратора, выход второго формирователя строб-импульсов подключен к второму входу второго строб-преобразователя, первому входу интегратора и второму входу импульсно-фазового детектора, а выход импульсно-фазового детектора соединен с вторым входом интегратора.