Устройство для измерения фазовых характеристик Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

I

Изобретение относится к радионз- мерительиой технике и может .быть использовано, для определения фазовых карактеристнк фазометрических устройств как в функцни изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входе.

Цель изобретения - повышение точности измерения нутем уменьшения ногрешности, пносимог системой фазовой автонодстройки частоты (ФАПЧ) при изменениях выходного уровня сигнала генератора.

Па чертеже представлена структурная схема нредлагаемого устройства.

Устройство для измерения фазовых характеристик содержит генератор 1 высокочастотных суи налов, регулятор 2 уровня, форь ирователь 3 боковых составляющих, фазозадающий блок 4, блок 5 восстановления несущей, демодулятор б, индикатор 7. Первьш вход формирователя 3 боковых составляющих нодключен к выходу генератора 1 высокочастотньк сигналов и образует первую выходную клемму устройства. Второй вход формирователя 3 боковых составляющих нодклочен к одному из выходов фазозадающего блока 4, другой выход которого соединен с вторым входом блока 5 восстановления несущей. Первый вход блока 5 восстановления несущей объединен с одним из входов демодулятора б и нодключен к первому выходу формироватеиш 3 боковых составляющих, второй выход которого соединб с другим входом демодулятора б. Выход блока 5 восстановления несущей через регулятор 2 уровня соединен с третьим входом демодулятора б, выход которого соединен с входом индикатора. 7. Выход регулятора 2 уровня образует вторую вькодную клемму устройства.

Формирователь 3 боковых составляющих может быть реализован на основе использования способов однополосной модуляции. Наилучшие результаты достигаются при использовании двух типовых систем ФАПЧ по вторичным биениям, последовательно либо параллельно. В носледнем случае (см. чертеж) объединенные входы эталонного сигнала обеих систем 8 и 9 ФАПЧ образ пот nepDbrfi вход формирователя 3 боковых составляющих и подключен к выходу генератора I высокочастотных

10

15

20

476902

С1НЛ1алоп. Вход сигнала с частотой сдвига системы 8 ФЛПЧ с входом устга- новочного фазовращателя 10 и образует BTopoi i Вход формирО1зателя 3 боко- 5 вых составляющих, подключенный к одному из выходов фазозадающего блока 4, Вход сигнала с частотой сдвига системы 9 ФАПЧ подключен к выходу установочного фазовращателя 10, а выход этой системы ФАПЧ образует второй выход формирователя 3 боковых составляющих , первый выход которого образован выходом системы 8 ФАПЧ. В свою очередь, каждая из систем ФАПЧ содержит нодстраиваемьй генератор, смеситель, фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляющий элемент, замкнутые в кольцо фазовой автоподстройки частоты но вторичным биениям. Один из входов смесителя образует вход . эталонного сигнала системы ФАПЧ.

Фазозадающий блок 4 в , нростейшем виде представляет собой генератор 11 сдвига, выход которого соединен с 25 объеднненными входами двух фазовращателей - компенсирующего 11 и отсчет- пого 12. Выход компенсирующего фазовращателя 12 образует один выход фазозадающего блока 4, другой выход блока 4 образован выходом отсчетного фазовращателя 13,

5 восстановления несущей может быть выполнен с использованием методов однонолосной модуляции. Паи- лучщие результа ты дает нрименени.е системы ФАПЧ по вторичным биениям, идентичной системе 8 или 9 ФАПЧ фор- мирователя 3 боковых составляющих,- при этом выход эталонного сигнала этой системы ФАПЧ образует первый вход блока 5 восстановления несущей, подключенный к нервому выходу формирователя 3 боковых составляющих, а вход сигнала с частотой сдвига - второй вход блока 5 восстановления несущей, подключенный к другому выходу фазозадающего блока 4.

30

35

40

45

Демодулятор б может быть реализован на основе перемножителя (смесителя, синхронного детектора и т.н.), а также квадратичного элемента. В носледнем случае демодулятор б содержит трехвходовой сумматор 14, входы которого одновременно являются вхо- дамн демодулятора б, квадратичный элемент 15, вход которого нодключен к 13ЫХОДУ сумматора 14, а выход соединен с входом фильтра 16. Выход

3

фильтра 16 одновременно является выходом демодулятора 6 и соединен с входом индикатора 7, Два входа сумматора I4 подключены к выходам формирователя 3, а третий через регулятор 2 уровня - к выходу блока 5 восстановления несущей.

Устройство работает следующим образом.

На выходе генератора I

(),

где AJ., uJ(, , f - соответственно амплитуда, частота и начальная фаза.ВЫСОКО частотного сигнала. На выходах формирователя 3 боковых составляющих, соответственно

Ag(t)(cJ,-9) f . Agg(t)Ag cos(a)+Sl) +

. 1 ,

где AC - амплитуда боковых составляющих;

и , Ч - соответственно частота и начальная фаз сигнала с частотой сдвига на выходе генератора 11;

v состояния (фазовые сдвиги) компенсирующего 12 и установочного 10 фазовращателей соответственно. На выходе блока 5 восстановления несущей формируется сигнал А (t) А„ cos К t+% f), .: , где А - амплитуда выходного сигнала

блока 5; о состояние (фазовьй сдвиг)

отсчетного фазовращателя 13 Тогда испытательньгй сигнал на выходе регулятора 2 уровня (второй выходной клемме устройства) может быть представлен в виде . А cos(a)t+%+if -Lf +4 p), где А - амплитуда испытательного

(тестового) сигнала; Ч р - фазовый сдвиг, создаваемьй регулятором 2 в процессе изменения уровня вы ходного сигнала.

На вход квадратичного элемента 15 через сумматор 14 поступают три составляющие - боковые с выходов формирователя 3 и тестовый сигнал с выхода регулятора 2 уровня. Характеристика квадратичного элемента может быть описана полиномом второй степени вида

+а, х+а х ,

47690

где у - выходной сигнал квадратичного

элемента 15;

X - входное воздействие, в данном случае сигнал с выхода 5 сумматора 14.

Фильтр 16 настроен на выделение составляющей выходного сигнала квадратичного элемента 15 с Частотой Я, и после элементарных алгебраических 10 и тригонометрических преобразований сигнал на выходе демодулятора 6 может быть записан как

У А cqs( - (Qt + +

15

v ff ч +V + --5.+ -),

2 2 где AQ - максимальное значение амплил

туды этого сигнала.

Нулевые показания индикатора 7 0 обеспечиваются при

fo-Wl -t n-l) |,

где ,1,2,...

В процессе измерения фазовых ха- 5 рактеристик фазометрических устройств значение -f поддерживается постояц- ным, тогда

, Y (2П:-1) |- COnst. (1.)

в то же время разность фаз сигналов на выходных клеммах устройства

0

д

вых

5

0

5

0

... о-Ч+%;(2)

Сравнивая (1) и (2) видим, что условие постоянства выходной разности фаз и условие обеспечения нулевых показаний индикатора 7 совпадают и, следовательно, поддерживая в процес- се измерения фазовых характеристик |(по нулевьм показаниям индикатора 7) можно обеспечить заданное значение разности фаз, определяемое т8лько состоянием отсчетного фазовращателя 13.

уй уЯ

ВЫХ О

Можно выделить три основных режима работы устройства.

Калибровка устройства. Компенсирующий фазовращатель 12 устанавливают в состояние, соответствующее нулевому фазовому сдвигу, регулятор 2 уровня - в . ре)(сим, соответствующий прямому прохождению сигнала с выхода блока 5 восстановления несущей на вторую выходную клемму устройства, отсчетным фазовращателем 13 устаиав- Ливают заданное значение выходной разности фаз, установочным фазовращателем 10 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 7.

Измерение фазоамплитудных харакеристик исследуемого образца - фаометра (поверка по фазоамплитудпой ог решности) . Производят калибровку стройства, как описано выше. Регуятором 2 уровня устанавливают заанное значение уровня выходного сигнала, компенсирующим фазовращатеем 12 восстанавливают нулевые (ми- ю нммальные) показания индикатора 7, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фазоизмерите- ля. Затем, регулятором 2 уровня про- изводят изменение амплитуды выходно- is го (тестового) сигнала на заданную величину, компенсирующим фазовращателем 1 2 восста гавливают нулевые ноказания индикатора 7, производят отсчет показаний индикатора иссле- 20 дуемого фазоизмерителя, Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровня испытательного сигнала дает искомое значение ФАХ (фазоамн- литудную погрешность). Последова- 25 тельпо задавая ряд значений уровня тестового сигнала, отрабатывая ком-- непсирующим фазовращателем 12 возникающие при этом в регуляторе-2 уровня фазовые сдвиги (по нулевым или ЗО минимальным показаниям индикатора 7), с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех значений искомой ФАХ для заданного значения выходно/i разности фаз тес- 5 тового сигнала. Установив отсчет- ный фазовращатель 13 в другое состояние и повторив в указанной последовательности вышеприведенные операции но калибровке устройства, нахо- 40 дят-фазоамплитудную характеристику .исследуемого образца для нового значения разности фаз испытательного сигнала.

Измерение фазовой характеристики исследуемого образца в функции изменения входной разности фаз (поверка по линейности), Производят калибровку устройства согласно вышеописанному. Регулятором 2 уровня устанавли- 50 вшот заданное значение амплитуды тестового сигнала и компенсирующим фазо- врап ателем 12 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые 55 сдвиги. Последовательно задавая от- счетным фазовращателем необходимые приращения выходной разности фаз и

регистрируя каждьй раз показания индикатора испытуемого образца, производят определение искомой характеристики для заданного значения амплитуды испытательного сигнала. Регулятором 2 уровня устанавливают новое значение амплитуды тестового сигнала и с помощью комненсирующего фазовращателя 12 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 отрабатьша- ют возникающие при этом фазовые сдвиги. Повторив в указанной последовательности вышеописанные операции, определяют искомую характеристику для нового значения уровня испытательного сигнала и т.д.

В предлагаемом устройстве фазовые сдвиги, возникающие в процессе регулировки уровня испытательного сигнала, отрабатываются путем введения в канал тестового сигнала компенсирующих фазовых сдвигов, определяемых с помощью фазочувствительного элемента, выполненного на основе обработки амплитудно-модулированного сигнала AM с подавленной несущей. Поскольку фазоамплитудная погрешность таких элементов по сравнению с другими элементами аналогичного назначения принципиально на один-два порядка меньше то реально Достижимая погрешность измерения фазовых характеристик фазометров с помощью предлагаемого уст- ройства составляет десятые и сотые доли градуса. Действительно, устройство позволяет производить определение фазовых характеристик фазометри- ческой аппаратуры в широком динамическом диапазоне (до 50-60 дБ) испы- тательпых сигналов для любого заданного значения входной разности фаз с погрешностью, не превышающей десятых долей градуса, что на один - два порядка лучше, чем измерение указанных характеристик с помощью известных устройств.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее генератор высокочастотных сигналов и регулятор уровня, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены формирователь боковых составляющих, фазозадающий блок, блок восстановления несущей, демодулятор

и индикатор, при этом первый вход формирователя боковых составляющих соединен с выходом генератора высокочастотных сигналов, второй вход формирователя боковых составляющих соединен с первым выходом фазозадаю- щего блока, второй выход которого соединен с первым входом блока восстановления несущей, второй вход которого соединен с первым входом демодулятора и с первым выходом формирователя боковыхсоставляющих, а выход блока, восстановления несущей через регулятор уровня соединен с втор ым входом демодулятора, третий -вход которого соединен с вторым выходом формирователя боковых составляющих, а выход демодулятора соединен с входом индикатора, при этом выход генератора высокочастотных сигналов является первым выходом устройства, а выход регулятора уровня - вторым выходом.

2,Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что демодулятор содержит последовательно соединенные трехвходовой сумматор, квадратичный элемент, фильтр, причем входы сумматора являются входами демоду лятора, а выход фильтра - выходом

демодуля тор а.

3,Устройство по п, 1, о т л и- чающееся тем, что формирова

Составитель В. Шубин Редактор Л. Веселовская Техред О.Гортвай Корректор 1. Шекмар

---; « «.

Заказ 4115/40Тираж 728Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

тель боковых составляющих состоит из двух систем фазовой автоподстройки частоты по вторичным биениям и , фазовращателя, причем входы эталонного сигнала обеих систем фазовой автоподстройки частоты объединены и являются первым входом формирователя боковых соста.вляющих, вход сиг10 нала с частотой сдвига первой системы фазовой автоподстройки частоты является вторым входом формирователя боковых составляющих, вход сигнала с частотой сдвига второй системы

t5 фазовой автоподстройки частоты соединен с вторым входом .формирователя боковых составляющих через фазовращатель , выходь систем фазовой автоподстройки частоты являются соответ20 с-твенно первым и вторьм выходами формирователя боковых составляющих.

4. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с .я тем, что блок вое- 25 становления несущей выполнен в виде системы фазовой автоподстройки частоты rio вторичным биения1(7, при этом вход эталонного сигнала системы фазовой автоподстройки частоты являет- 30 ся первьм входом блока восстановления несущей, вход сигнала с частотой сдвига системы фазовой автоподстройки частоты является вторым входом блока восстановления несущей.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит генератор I высокочастотных сигналов и регулят.ор 2уровня. Введение формирователя 3 боковых составляющих, фазозадающего блока 4, блока 5 восстановления несущей, демодулятора 6, индикатора 7 .и образование новых связей между элементами устройства позволяет производить определение фазовых характеристик фазометрической аппаратуры в широком динамическом.диапазоне (до 50-60 дБ) испытательных сигналов для Jлюбого заданного значения входной разности фаз с погрешностью, не пре- вьшающей десятых долей градуса. 33.п. ф-лы. 1 ил. (П