Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов Советский патент 1986 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно- модулированных генераторов.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых величин с одновременным повышением точности измерения, путем использования нелинейного элемента, резонансных усилителей, сумматора, электронно-счетного вольт метра и новых функциональных связей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - зависимости амплитуд ) состав- ляющих спектра выходного сигнала преобразователя частоты на лампе бегуще волны; на фиг. 3 - спектр выходного сигнала преобразователя частоты на лампе бегущей волны при оптимальном индексу фазовой модуляции Шф, равном 1,84; на фиг. 4 и 5 - эпюры, поясняющие работу устройства. I

Устройство содержит смеситель 1, усилитель 2 промежуточной частоты, умножитель 3 частоты, блок 4 задержки, лампу 5 бегущей волны, фазовращатель 6, основной 7 и дополнительный 8 частотные детекторы, сумматор 9, первый 10 и второй 11 переключатели, частотно-модулированный генера- у тор 12, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 резонансные усилители, фильтр 17 нижних частот, интегратор 18, генератор 19 пилообразного напряжения, нелинейный эле- MeHt 20, генератор 21 высокой ча сто- ты, делитель 22 частоты, индикатор 23, электронно-счетный вольтметр 24, уси- литель 25 сигнала ошибки и видеоусилитель 26. Выход усилителя 2 промежуточной частоты подключен к дополнительному частотному детектору 8 через умножитель 3 частоты, а к входу основ ного частотного детектора 7 непосредственно. Выход частотного детектора 7 подключен к входам первого 10 и второго 11 переключателей, вторые входы которых соединены с выходом дополнительного частотного детектора 8, при этом выход первого переключателя 10 через фильтр 17 нижних частот соединен с усилителем 25 сигнала ошибки. Переключатели через последовательно соединенные интегратор 18 и видеоусилитель 26 подключены к первому входу индикатора 23.

30

S5

280282

Генератор 21 высокой частоты, делитель 22 частоты, генератор 19 пилообразного напряжения, частотно-модулированный блок 12 и блок задержки сое5 динены последовательно. Выход блока 4 задержки соединен с первым входом лампы 5 бегущей волны, второй вход которой подключен к выходу фазовращателя 6, а выход - к первому входу

10 смесителя, второй вход которого соединен с выходом частотно-модулированного генератора 12 Выход делителя 22 частоты соединен с вторым входом индикатора. Вход электронно-счетного

15 вольтметра 24 соединен с выходом усилителя 25 сигнала ошибки, выход которого также соединен с управляю1чим входом основного 7 и дополнительного 8 частотных детекторов. Выход сме20 сителя 1 подключен к входу усилителя 2 прО 1ежуточной частоты. Выход генератора высокой частоты 21 подсоединен к входу нелинейного элемента 20, выход которого соединен с входами

25 четырех резонансных усилителей 13- 16, выходы последних соединены через сумматор 9 с третьим входом лампы 5 бегущей волны. Выход первого резонансного усилителя 13 подключен к входу фазовращателя 6.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с частотой F. с выхо РАВ

да генератора 21 высокой частоты поступает на делитель 22 частоты, который формирует импульсы запуска генератора 19 пилообразного напряжения и индикатора 24. С выхода генератора 19 пилообразного напряжения напряжение управления подается на вход частотно-модулированного (ЧМ) генератора 12. ЧМ-генератор 12 формирует сигнал с линейно изменяющейся частотой, который поступает на вход широкополосного дифференцирующего четырехполюсника. Дифференцирукнций четырехполюсник образован смесителем 1, блоком 4 задержки с временем задержки j и преобразователем частоты, содержащий лампу 5 бегущей волны, фазовращатель 6 и формирователь квазипипообразного напряжения, в состав которого входят нелинейный элемент 20, реэонаисные усилители 13 - 16 и сумматор 9. Частота смещения Fj.jj преобразователя частоты выбирается из условия однозначного измере- ния параметров выходного сигнала ис31228028.4

следуемого ЧМ-генёратора 12 и состав-бегущей волны представляет сумму челяет десятки мегагерц. Величина t тырехкратных произведений бесселевых

; выбирается из условия обеспеченияфункций. Зависимости амплитуд М-(т.,)

требуемого диапазона измеряемых вели-составляющих спектра приведены на

- чин и составляет десятые доли микро- зфиг.4, Для наглядности; на фиг. 5

секунды..условно представлены распределения

Преобразователь частоты работаетамплитуд составляющих спектра -выход- следующим образом. ,ного сигнала преобразователя частоты

Известно, что наилучшими характе-при ,84. Из фиг. 5 видно, что

ристиками обладают серродинные преоб- 10в спектре присутствует и зеркальная

разователи частоты, основанные на фа-боковая составляющая .u

зоной модуляции СВЧ-сигнала пилооб-ее подавления напряжение первой гарразным модулирующим напряжением. Од-моники с выхода первого резонансного

нако формирование пилообразного на-усилителя 13 через фазовращатель 6

пряжения большой амплитуды (поряд- tsна /2 подается на nepBbtfi анод ламка 100 В) и малой длительности с ма-пы 5 бегущей волны. Тем самым осущелым обратным ходом яв хяется сложнойствляется дополнительная квадратуртехнической задачей, поэтому этотная амплитудная модуляция, процесс целесообразно заменить конеч- Из выходного сигнала дифференцируным числом гармоник со специально 20ющего четьфехполюсника усилителем

подобранными амплитудами и фазами:промежуточной частоты 2 вьщеляется

2V t 1напряжение первой промежуточной часU(t)U t ---2I (-1) --sinKn j jj tтоты Р„р, , которое поступает на вход

гл „ основного частотного детектора 7 и

при - (1) 25через умножитель частоты 3с коэффициентом умножения N на дополнительДпя этого напряжение с частотой частотный детектор 8. Частотные F с выхода генератора высокой час-детекторы 7 и 8 имеют переходные тоты 21 поступает на вход нелинейно-частоты F , соответственно F Г„р., . , го элемента 20, в качестве которого 30 о.пр| при у (t). могут быть использованы: электронная С выходов частотных детекторов 7 лампа, полупроводниковые диод, тран-и 8 напряжения, пропорциональные зистор и т.д. Рабочим режимом нели-JJ f(t) и (t)}, поступают со- нейного элемента 20 является режимответственно на первые и вторые вхо- с отсечкой тока. Выходной сигнал не- 35ды переключателей 10 и 11. Выход перелинейного элемента содержит гармони-ключателя 10 подключен через после- ческие колебания с частотами n-Fp довательно соединенные фильтр 17 ниж- (п 1,2,3,..), причем амплитуды .них частот и усилитель 25 сигнала гармоник распределены по коэффициен-ошибки к управляюшрим входам частот- там Берга, которые зависят от угла 40ных детекторов 7 и 8, образуя цепь отсечки. Подбирая режим работы нели-обратной связи системы автоподстрой- нейного элемента 20 (регулируя уголки переходной частоты. В фильтре ниж- отсечки) и изменяя коэффициенты уси-них частот 17 осуществляется инте- лекия резонансных усилителей 13 - 16,грирование импульсного сигнала ошиб-- настроенных соответственно на 4 , 45ки. Поэтому система ав оподстройки 3 Fj; , 2 Ffдв , , можно получитьчастот отслеживает изменения частот, квазипилообразное напряжение, описы-пропорциональные только средней ско- ваемое выражением (1). В качестве сум-рости перестройки частотно-модулиро- матора 9 может, использоваться собран-ванного генератора 12. Изменение на- ный на сопротивлениях сумматор, на 50пряжения сигнала ошибки, пропорцио- котором происходит сложение гармони-нальные средней скорости перестройки чески с составляющих пилообразногочастоты, фиксируются электронно-счет- напряженря. С выхода сумматора 9 ква-ным вольтметром 24. Скорость пере- зипилообразное напряжение подаетсяст|)ойки частоты у определяется по ве- на спираль лампы 5 бегущей волны, тем, 55личине и знаку напряжения сигнала самым осуществляется фазовая модуля-ошибки.

ция сигнала, поступающего на ее СВЧ- ; Запуск устройства осуществляется

1вход. Спектр сигнала на выходе лампыимпульсами запуска, вырабатываемыми

5 1 делителем частоты из колебаний генератора высокой частоты, которые поступают на вход генератора пилообразного напряжения и синхронизирующий вход осциллографического индикатора. Фиксация результатов измерения отклонений модуляционной характеристики от линейного закона | (t) осуществляется на экране осциллографического

индикатора в реальном масштабе време- ю перестройки частоты частотно-модули20

25

ни. Фиксация результатов измерения средней скорости изменения частоты частотно-модулированного генератора осзпцествляется с помощью электронно- счетного вольтметра, поскольку величина и знак напряжения на выходе усн- лителя сигнала ошибки однозначно характеризуют величину и знак . Цикличность процесса измерения обеспечивается выработкой делителем частоты циклично повторяющихся импульсов запуска. 1

С помощью переключателей 10 и 11

выбирается необходимый диапазон измеряемых величин, В зависимости от положения переключателей 10 и 11 уст - ройство позволяет измерять характеристики частотно-модулированных генераторов с большой скоростью перестройки частоты и выраженной нелинейностью модуляционной характеристики, что достигается подключением основного частотного детектора к интегратору и фильтру нижних частот (переключатели 10 и 11 в положении 1); с большой 5 скоростью перестройки частоты и незначительной нелинейностью модуляционной характеристики, что осуществляется расширением нижнего предела диапазона измерения линейности модуля- ционных характеристик в mN раз путем подключения выхода дополнительного частотного детектора к интегратору .(переключатель 10 в положении 1, пере- ключатель 11 в положении 2); с малой .скоростью перестройки частоты и выра- женной нелинейностью модуляционной характернётики, что реализуется расши- { ением нижнего предела диапазона измерения средней скорости перестройки частоты в uiN раз за счет подключения выхода дополнительного частотного детектора к фильтру нижних частот (пе- реключатель 10 в положении 2, перерованного генератора 12, Поэтому выходное напряжение частотных детекторов 7 и 8 определяется нелинейностью модуляционной характеристики частот- 15 но-модулированного генератора 12 ((t)).

Частотные детекторы 7 и 8 могут быть перестраиваемыми и выполняться как в аналоговом, так и в цифровом вариантах,

Применение умножителя 3 частоты и частотного детектора 8 расширяет нижний предел диапазона измеряемых величин при использовании основного частотного детектора .7 в шЛ раз.

50

где - отношение крутизны ам

плитудно - частотных детекторов 8 и 7,

Формула изобретения

Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов содержащее усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к дополнительному частотному детектору через умножитель частоты, а к входу основного частотного- детек тора непосредственно, выход которог подключен к первым входам первого и второго переключателей, вторые вх ды которого соединены с выходом дополнительного частотного детектора, при этом выход первого переключателя через фильтр нижних частот соеди нен с усилителем сигнала ошибки, а выход второго переключателя через п следовательно соединенные интегратор и видеоусилитель подключен к пер вому входу индикатора, последовател но соединенные генератор высокой час тоты, делитель частоты, генератор пилообразного напряжения, частотноключатель 11 в положении 1); с малой модулированный генератор и блок заскоростыр перестройки частоты и незначительной нелинейностью модуля1щ- онной характеристики, что достигает28

ся расширением нижнего предела измеряемых величин в mN раз путем подключения выхода дополнительного частотного детектора к интегратору и фильтру нижних частот (переключатели 10 и 11 в положении 2).

Системой автоподстройки частоты обрабатываются изменения Р„р, , обусловленные только средней скоростью

рованного генератора 12, Поэтому выходное напряжение частотных детекторов 7 и 8 определяется нелинейностью модуляционной характеристики частот- но-модулированного генератора 12 ((t)).

Частотные детекторы 7 и 8 могут быть перестраиваемыми и выполняться как в аналоговом, так и в цифровом вариантах,

Применение умножителя 3 частоты и частотного детектора 8 расширяет нижний предел диапазона измеряемых величин при использовании основного частотного детектора .7 в шЛ раз.

5

0

где - отношение крутизны амплитудно - частотных детекторов 8 и 7,

Формула изобретения

Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов, содержащее усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к дополнительному частотному детектору через умножитель частоты, а к входу основного частотного- детектора непосредственно, выход которого подключен к первым входам первого и второго переключателей, вторые входы которого соединены с выходом дополнительного частотного детектора, при этом выход первого переключателя через фильтр нижних частот соединен с усилителем сигнала ошибки, а выход второго переключателя через последовательно соединенные интегратор и видеоусилитель подключен к первому входу индикатора, последовательно соединенные генератор высокой частоты, делитель частоты, генератор пилообразного напряжения, частотно модулированный генератор и блок задержки, выход блока задержки соеди - нен с первым входом лампы бегущей волны, второй вход которой подключен

к выходу фазовращателя, а выход - ic первому входу смесителя, второй вход которого соединен с вькодом час тотно-модулированного генератора, а выход делителя частоты соединен с вторым входом индикатора, о т л и- чающееся тем, что, с целью

расширения диапазона измеряемых величин с одновременш 1м повышением точности измерений, в него введены сум- матор, четыре резонансных усилителя, нелинейный элемент, электронно-счетный вольтметр, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала ошибки.

О

80288

выход которого также подключен к управляющим входам основного и дополнительного частотных детекторов, выход смесителя подключен к входу усилителя промежуточной частоты, выход генератора высокой частоты - к входу нелинейного элемента, выход которого соединен с входами четырех резонансных усилителей, выходы последних соединены через сумматор с третьим входом лампы бегущей волны, выход первого резонаисного усилителя подключен к входу фазовращателя.

Изобретение может быть использовано в устройствах для измерения скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых величин с одновремен.ным повьшением точности измерения. Устройство содержит смеситель 1, усилитель 2 промежуточной частоты, умножитель 3 частоты, блок 4 задержки, лампу бегущей волны 5, фазовращатель 6, частотные детекторы 7 и 8, сумматор 9, переключатели 10 и 11, частотно-модулированный генератор 12. резонансные усилители 13 - 16, фильтр 17 нижних частот, интегратор 18, генератор 19 пилообразного напряжения, нелинейный элемент 20, генератор 21 высокой частоты, делитель 22 частоты, индикатор 23, элект- ронно-счетньгй вольтметр 24, усилитель 25 сигнала ощибки, видеоусилитель 26. Расширение диапазона измеряемых величин с одновременным повышением точности измерения достигается за счет введения сумматора 9, резонансных усилителей 13 - 1, нелинейного элемента 20 и электронно-счетного вольтметра 24 и новых функциональных связей. 5 ил. с $ м |С ю 00 о IS9 00

м

tto-3SL 6,-гЛ ц,-Л й)о ( и) Фиг.З

0,785

0.12

Т I

«t--« 4/ u/e- AJ,JJ2 .5

/ f 0.08. O.OS it Т

6)