Панорамный измеритель частотных характеристик Советский патент 1987 года по МПК G01R27/28 

Р1эобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в панорамных широкодиапа- зоиных измерителях частотных характеристик (№fX) радиоустройств.

Целью изобретения является повышение быстродействия и динамического диапазона измерений ИЧХ.

Указанная цель достигается за счет того, что первая гармоника сигнала на входе перестраиваемого умножителя частоты подается на выход генератора через переключаемьш фильтр и дополнительньм коммутатор поддиапазонов, а умножитель частоты настраивается лишь на высшие гармоники входного сигнала. Это позволяет повысить уровень сигнала на входе умножителя частоты выше уровня его насьпдепия на первой гармонике, за счет этого повысить уровень высших гармоник на его выходе и уровень сигнала па выходе генератора, и, следовательно, повысить динамический диапазон измерения ИЧХ.

Кроме того, за счет сокращения диапазона частот калибровки закона перестройки п самой перестройки инерционного умножителя частоты появляется возможность повысить среднюю скорость перестройки всего диапазона частот генератора и тем повысить быстродействие измерений ИЧХ.

На чертеже представлена структурная схема ИЧХ.

Панорамный ИЧХ содержит соединенные в кольцо индикатор 1, генератор 2 и Датчик-преобразователь 3 измерительной информации с подключенным объектом 4 измерения. Индикатор 1 включает в себя последовательно соединенные измерительный преобразователь 5 (ПИ), коммутатор 6 каналов, а аналого-цифровой преобразователь (АПП) 7 и цифровое управляюще-вычислительное устройство (ЦУВУ) 8.

Генератор 2 включает в себя последовательно соединенные генератор 9 перестраиваемой частоты (ГПЧ), перестраиваемый умножитель 10 частоты, коммутатор 11 поддиапазонов и детектор 12 выходного уровня, а также блок 13 ввода-вывода (БВВ), выходы которого шинами сигналов данных и управлега-ш подключены к входам первого 14 и второго 15 блоков цифро- аналоговой перестройки (БЦАП), выходы блока 14 подключены к управляющим входа фильтра 16, коммутатора

5

0

5

17, коммутатора 11 и генератора 9, выход второго БЦЛП 15 подключен к входу перестройки умножителя 10.

Первый сигнальный вход комнутатора 11 через умножитель 1.0 подключен к первому выходу ГПЧ 9 сигнала перестраиваемой частоты от f до 2f, первый выход ГПЧ 9 через переключаемый фильтр 16 и второй коммутатор

17 поддиапазонов подключен к второму сигнальному входу коммутатора 11. Второй выход ГПЧ 9 с сигналом перестраиваемой промежуточной частоты fpi соединен с входом БВВ 13, другие входы-выходы которого соединены с соответствующими входами-выходами ЦУВУ 8. Второй сигнальньм вход второго коммутатора 17 подключен к третьему выходу ГПЧ 9 сигнала перестраиваемой частоты от f до fj, причем

fi /2.

От ЦУВУ 8 к узлам генератора 2

через БВВ 13 по шинам подводятся цифровые импульсные сигналы данных, адресов и управления (выйорка устройства, запись и считывание информации данных по выбираемьм адресам в генераторе 2). Эти сигналы служат для управления функциями генератора 2. По тем же шинам ЦУВУ 8 принимает через БВВ 13 от генератора 2 информацию в цифровой форме о значении частоты f и сигналы выполнения команд управления. Кроме того, ЦУВУ 8 управ5 ляет также работой всех узлов индикатора 1, выполняет логические операции процессом измерения и операции обработки его результатов, которые выводятся на экран ЭЛТ индикатора 1 в цифровой и графической формах.

Блок БВВ 13 включает в себя триггерный счетчик частоты fp,j, шинный формирователь для передачи сигналов шины данных от ЦУВУ 8 на ши ны данных к БЦАП 14 и 15 и сигналов с выходов счетчика частоты рц к ЦУВУ 8, а также дешифратор со схемой управления на стандартных цифро- вых микросхемах, которые под действием сигналов шины адресов распределяют сигналы управления от ЦУВУ 8 на шины управления к узлам БВВ 13, БЦАП 14 и 15.

БЦАП 14 включает в себя запоми5 нающий регистр данных с цифроаналого- вым преобразователем для формирова- ния напряжения перестройки частоты ГПЧ 9 и запоминаюш;ий регистр данных для передачи по выходной шине БЦАП

0

0

0

14 сигналов переключения цепей в ГПЧ 9, фильтре 16 и коммутаторах 11 н 17 при переключении поддиапазонов частот генератора 2.

БЦАП 15 включает в себя запомина- ющий регистр данных с последовательно соединенными цифроаналоговым преобразователем и преобразователем напряжения в ток для формирования тока перестройки катушки электромагнита умножителя 10 и его частоты, а также запоминающий регистр данных для переключения цепей преобразователя напряжения в ток с целью выбора рабочей гармоники умножителя 10.

ГПЧ 9 включает в себя задающий электрически перестраиваемый генератор, например, с помощью варикапа в диапазоне частот . Этот генератор охвачен следящей системой частотно автоподстройки частоты, использующей преобразование вниз диапазона частот f в диапазон частот ./2 с помощью смесителя и генератора фиксированной частоты (не показаны). Сигнал перестраиваемой промежуточной частоты f системы автоподстройки связан линейной функцией с частотами поддиапазонов 5/2 и , Часть сигнала час- тоты f подается на второй выход ГПЧ 9 для измерения ее счетчиком частоты в БВВ 13 и передачи результата измерения в ЦУВУ 8.

Поддиапазоны частот f,-fj/2 и f ,j /2-f2 в ГПЧ 9 суммируются и сигнал суммарного диапазона частот f подается на третий выход ГПЧ 9. На первый выход ГПЧ 9 подается сигнал удвоенной (с помощью удвоителя частоты) частоты задающего генератор в диапазоне частот f-j. -2f,j .

Умножитель 10 построен на диоде с накоплением заряда с выходным перестраиваемым ферритовым фильтром на гиромагнитном резонаторе. Резонанс- на я частота фильтра умножителя 10 перестраивается током из БЦАП 15, который подводится к катушке электромагнита умножителя 10. На выходе ум- ножителя 10 формируется сигнал в диапазоне частот n( ) с частотами гармоник п (где ,3,...) сигналов

fr2f..

Коммутаторы 11 и 17 поддиапазонов выполнены на pin-диодах. Под действием сигналов переключения из БЦАП 1 по команде из ЦУВУ В коммутаторы 11 и 17 подключают к выходу генератора

2 сигналы с частотами CL. или n(). Детектор 12 выходного уровня строится по известным схемам. Фильтр 16 представляет собой фильтр полосовой либо нижних частот элементы которого переключаются с помощью pin-диодов в процессе перестройки частоты генератора 2 для переключения полосы пропускания или частоты среза с целью фильтрации побочных нерабочих колебаний,

Датчик-преобразователь 3 вырабатывает сигналы с частотой генератора 2 с измерительной информацией об измеряемых параметрах объекта 4 и преобразует их без искажения измерительной информагщи в сигналы фиксированной частоты настройки преобразователя 5 в индикаторе 1. Состав, структура и схема соедине1Н1я датчика-преобразователя 3 зависят от типа параметров и характера измеряемого объекта. Так, например для измерения частотных характеристик модулей ко- эффициентов отражения и передачи пассивного четырехполюсника датчик-преобразователь может быть выполнен в виде последовательного соединения основных каналов направленных ответ- зрителей падающей, отраженной и про- ходящей волн с конечной согласованной нагрузкой. Вход такого соединения подключается к выходу генератора 2; а вторичные каналы всех трех направленных ответвителей через детекторные головки подключаются раздельно к входам индикатора 1. В разрыв соединения между ответвителями отраженной и проходящей волн включаеся объект 4 измерения.

ПИ 5 содержит m каналов (на чертеже три) усиления сигналов низкой частоты с информацией об измеряемом параметре объекта (поступают с выходов датчика-преобразователя 3), нормирователи их амплитуды с помощью электрически управляемых аттенюаторов и детекторы для выделения измерительной информации на постоянном токе. Выходы каналов ПИ 5 с помощью коммутатора 6 каналов выполненного на микросхемах электрически управляемых интегральных ключей, в определенной последовательности подключаются к сигнальному входу АЦП 7, служащего для преобразования сигналов постоянного тока с измерительной информацией в цифровые информационные сигналы. Управление

5

функциями пи 5 (нормирование амплитуды в каналах), коммутатором 6 (выбор каналов) и АЦП 7 (организация преобразования и считывание информации) выполняется ЦУВУ 8 по шинам управления.

Панорамный ИЧХ работает следующим- образом.

Оператором с передней панели (не показана) индикатора 1 задаются час тоты полосы перестройки: начальная f .

f И конечная

ЧС1Чrun

Рассмотрим случай, когда г

f ,/2 и „ значений f „цц и f „

2nf,j. После задания

ЦУВУ 8 с помощь блоков БВВ 13, БЦАП 14 с учетом информации о частотах .€„;, установит такие пределы перестройки частоты на третьем выходе ГПЧ 9, чтобы ее

значение менялось от f до

f,/2.

Затем ЦУВУ 8 выполнит калибровку закона перестройки умножителя 10 следующим образом. На первом выходе ГПЧ 9 ЦУВУ 8 с помощью блоков БВВ 13 и БЦАП 14 устанавливает частоту 2f . Затем ЦУВУ 8 с помощью ББВ 13 по- даст на входы БЦАП 15 сигнал для выбора второй гармоники умножителя 10 и максимальный код данных для установки резонансной частоты fy умножителя 10 выше значения 2f 4f,j . Затем код данных на входах БЦАП 15 последовательно уменьшается, уменьшая частоту настройки fy , которая приближается к частоте fj- Напряжение на выходе детектора 12 при это изменяется по закону резонансной кривой фильтра умножителя 10. Это напряжение по команде от ЦУВУ 8 поступает через коммутатор 5 каналов и АЦП 7 к ЦУВУ 8 для определения и запоминания koдa данных В„ , при котором умнояситель 10 настроен на мак- .симальное значение основного резонанса на частоте . Затем описанные операции калибровки повторяются па частоте ii (или на любых заранее заданных значениях в интер- вале 2fj -4f2 и запоминается код

R

мми

Описанная процедура калибровки выполняется на всех рабочих гармониках п(п-2,3,...) умножителя 10, попадающих в заданную оператором полосу перестройки f,, кон Затем рассчитываются и запоминаются коды В а для установки резонансных частот настройки умножителя 10 на гармоники п точек частоты ГПЧ 9 f в

интервале r(). При этом принимается линейный закон перестройки умножителя 10 на участказ частот 2f -4f ,.. .nf -2nf,j . Коды Bh для настройки умножителя 10 на частоты nfj. вычисляются по формуле

г, -R J (.eut l%Kl5u.t3®- l (nf -nf )

БП .с ()

- + ()/f ,-Б„

макс

На этом калибровка закона пЪре- стройки частоты умножителя 10 закан 5 чивается и начинается периодическая перестройка частоты генератора 2 путем периодической установки заранее заданного количества равномерно распределенных в полосе fjjg кои точек

20 частоты, начиная со значения f в

нач

5

сторону приближения к

Производится это следующим образом.

Под действием сигнала из ЦУВУ 8 через БВВ 13, БЦАП 14 коммутатор 11 подключает к выходу генератора 2 выход умножителя 10. Затем ЦУВУ 8 с помощью БВВ 13 и БЦАП 14 устанавливает первую точку частоты ГПЧ 9 на 0 первом выходе 2f, ас помощью БВВ -13 и БЦАП 15 выбирает максимальный рабочий номер гармоники п умножителя 10 и подает в БЦАП 15 рассчитанный

при калибровке код данных В

соот35 ветствующий настройке умножителя 10 на частоту п2,.

Затем последовательно подобным образом устанавливаются точки частоты, попадающие в участки частот от включающие п гармоник

при п 9 2. После этого коммутаторы 11 и 17 включшотся так, чтобы подать на выход генератора 2 сигнал с первого выхода ГПЧ 9, и про- 45 изводится установка точек частоты в

40 2nf, до 2f, частот 2f,j-f,j

участке от 2f до

f , , причем при достижении некоторого заданного значения частоты производится переключение полосы пропускания или частоты среза

50 фильтра 16 для ослабления нерабочих колебаний в спектре сигнала. Затем коммутаторы 11 и 17 включаются так, чтобы подать на выход генератора 2 сигнал с третьего выхода ГПЧ 9, и

55 производится установка точек частоты

в участке от f до

f,/2.

После обратного хода процесс перестройки повторяется. Сигнал перестраиваемой частоты поступает на вход

объекта А и датчик-преобразователь 3 вырабатывает сигналы с информацией об измеряемых параметрах с частотой настройки индикатора 1. Эти сигналы усиливаются, нормируются, детектируются в roi 5, проходят через коммутатор 6, преобразуются в цифровую форму в АЦП 7 и после цифровой обработки в ЦУВУ 8 выводятся на экран индикатора 1 в виде кривых и цифро- знаковых символов.

Формул;а из-обретения

Панорамньй измеритель частотных характеристик, содержащий соединенные в кольцо индикатор, генератор и датчик-преобразователь измерительной информации, причем индикатор включает в себя последовательно соединенные измерительный преобразователь, коммутатор каналов, аналого- цифровой преобразователь и цифровое управляюще-вычислительное устройство, выходы управления которого подключены к входам управления аналого- цифрового преобразователя, коммутатора каналов и измерительного преобразователя, а генератор включает в себя последовательно соединенные генератор перестраиваемой частоты, перестраиваемый умножитель частоты, коммутатор поддиапазонов, выход которого является выходом генератора, и детектор выходного уровня, выход

Составитель В.Новоселов Редактор А.Шандор Техред М.Ходаиич Корректор С.Шекмар

Заказ 7804/44 Тираж 752Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

5

которого соединен с одним из входов коммутатора каналов индикатора, а также блок ввода-вывода, первые вхоу ды которого являются входом генератора, а выходы подключены через первый блок цифроаналоговой перестройки к входам генератора перестраиваемой частоты и к входу управления коммутатора поддиапазонов и через второй блок цифроаналоговой перестройки - к входу перестройки перестраиваемого умножителя частоты, причем второй вход блока ввода-вывода соединен с вторым выходом генератора перестраиваемой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и дин амичес- кого диапазона измерений измерителя частотных характеристик, в него введены последовательно соединенные переключаемые фильтр и второй коммутатор поддиапазонов, входы переключения которых подключены к выходной шине сигналов переключения пер- вого блока цифроаналоговой перестройки, сигнальный вход переключаемого фильтра подключен к первому выходу генератора перестраиваемой частоты, третий выход которого подключен к второму сигнальному входу второго коммутатора поддиапазонов, выход которого соединен с вторым сигнальным входом первого коммутатора поддиапазонов.

0

0

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия и динамического диапазона измерений измерителей частотных характеристик. Измеритель содержит индикатор 1, генератор (Г) 2 и датчик-преобразователь 3 измерительной информации. Г 2 состоит из блока 13 ввода-вывода, блоков 14 и 15 цифро-аналоговой перестройки, генератора 9 перестраиваемой частоты, перестраиваемого умножителя 10 частоты, коммутатора 11 поддиапазона и детектора 12 выходного уровня. Индикатор 1 включает из- мерительньш преобразователь 5,коммутатор 6 каналов, аналого-цифровой преобразователь 7 и цифровое управ- ляюще-вычислительное устройство 8. Введение переключаемого фильтра 16 и коммутатора 17 поддиаяазонов позволяет повысить уровень сигнала на входе перестраиваемого умножителя 10 частоты выше уровня его насыщения на первой гармонике. За счет этого повьшается уровень высших гармоник на выходе перестраиваемого умножителя 10 частоты и уровень сигнала на выходе Г 2. Кроме того, повышается средняя скорость перестройки всего диапазона частот Г 2. 1 ил. с 9 (Л ю 00 00 05 to -v3