Измеритель фазовых флуктуаций протяженных четырехполюсников Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

(21)4147350/24-21

(22)04.08.86

(46) 23.03.88. Бнш. № 11

(72) В.Б. Белоусов, Е.В. Грохольский

и В.Н. Лесняк

(53)621.317.77(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР №1121627, кл. G 01 R 25/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР №815674, кл. G 01 R 25/00;. 1979.

(54)ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗОВЫХ ФЛУКТУАЦИИ ПРОТЯЖЕННЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНЖОВ

(57)Изобретение может быть исполь- для измерения и.сонтроля фазовых флуктуации и фазочастотных ха- р актеристик протяженных четырехполюсников (ПЧ). Целью изобретения является повышение точности, автоматизация, измерений, расширение функцио- нальных возможностей. Сигнал генера- тора 1 опорного сигнала с частотой Яд делится делителем 6 частоты до низкой частоты fl. Из сигналов с частотами Л и Ядпутем сложения и умно I

. жения частот в синтезаторе 2 частоты формируется выходное колебание с частотой ия, где k - целое. Сформированное колебание проходит через исследуемый ПЧ 3 и поступает на изме- .ритель 7 квадратур (ИК), практически мгновенно замеряющий квадратурные ; составляющие входного сигнала (ВС), по которым в блоке 11 вычисления арктангенса узла 5 обработки информации вычисляется фаза ВС. Для вьщеления фазовых флуктуации ПЧ в вычитателе 12 из замеров фазы ВС вычитается постоянная составляющая, определяемая в блоке 13 усреднения и поступающая на выход ИК 7. В ИК 7 квадратурные составляюпще ВС формируются на входе и выходе 90 широкополосного фазовращателя 8 и измеряются цифровыми стробоскопическими преобразователями 9 и 10. ИК 7 запускается в момент перехода через ноль синхросигнала с частотой Я, поступающего по вспомогательной линии связи 4 с выхода де-i Ш1Твля 6 частоты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

I

S

(Л

со оо со го го ю

Изобретение относится к радиотехнике и связи, в частности к фазовым измерениями, и может быть использовано для измерения фазовых флуктуации и фазовых соотношений в протяженных четырехполюсниках в широком диапазоне частот, особенно с территориально разнесенными входом и выт ходом.

Цель изобретения - повьшгение точ- ности и автоматизация измерений, расширение функциональных возможностей.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя фазовых флуктуации протяженных четырехполюсников.

Измеритель фазовых флуктуации прот51женных четырехполюсников содержит генератор 1 опорного сигнала, синтезатор 2 частоты, зажимы для подключения исследуемого четырехполюсника 3, вспомогательную линию 4 связи, узел 5 обработки информации, делитель 6 частоты и измеритель 7 квадратур, причем выход генератора 1 с входом делителя 6 часто - ты и первым входом синтезатора 2 частоты, выход делителя 6 частоты сое- дине:н , с вторьм входом синтезатора 2 частоты и через вспомогательную линию 4 связи с управляющим входом измерителя 7 квадратур, выход синтезатора 2 частоты подключен к входному зажиму исследуемого четырехполюсника 3, выходной зажим которого подключен к сигнальному входу измерителя 7 квадратур, оба выхода измерителя 7 квадратур подключены к соответствующим входам узла 5 обработки информации, оба выхода которого являются выходами измерителя.

Измеритель 7 квадратур содержит широкополосный фазовращатель 8, цифровые стробоскопические преобразователи 9 и 10, причем вход широкополосного фазовращателя 8 соединен с сигнальным входом цифрового стробоскопического преобразователя 9 и является сигнальным входом измерителя 7 квадратур, а его выход подключен к сигнальному входу цифрового стробоскопического преобразователя 10, управляющие входы цифровых стробоскопических преобразователей 9 и 10 соединены с управляющим входом изме- рите.пя 7 квадратур, а их выходы являются выходами измерителя квадратур

Кроме того, узел 5 обработки информации содержит блок 11 вычисления арктангенса, вычитатель 12 и блок

с 13 усреднения, причем оба входа узла 5 обработки информаг ии соединены с соответствующими входами блока 11 вычисления арктангенса, выход которого соединен с первым входом вычи0 12 и входом блока 13 усреднения, выход блока 13 усреднения соединен с .вторым входом вычитате- ля 12, а выходами узла 5 обработки информации являются выходы вычитате5 ля 12 и блока 13 усреднения.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал генератора 1 опорно го сигнала частоты делится делителем 6

0 частоты до низкой частоты . . Из частот До и 51 путем, например, прямого когерентного синтеза с использованием умножителей и смесителей формируется выходное колебание с ча5 стотой вида kP, где k - целое. Ввиду возрастания фазовых шумов.при умножении частоты на 20 Ig К, где К - коэффициент умножения, частоты, получение спектрально чистого колебания

0 на выходе синтезатора 2 возможно при К 100-200. Формируемая при .. этом на выходе синтезатора 2 сетка частот получается довольно редкая, что, впрочем, вполне достаточно для

5 целей измерения фазовых флуктуации Протяжейных четырехполюсников.

Сформированное колебание проходит через исследуемый четырехполюсник 3 и поступает на измеритель 7

0 квадратур, который практически мгновенно (за время, меньше 1 -не) фиксирует величину квадратурных составляющих на выходе четырехполюсни-, ка 3 в момент перехода через ноль

с синхросигнала, поступающего по вспомогательной линии 4 связи на вход синхронизации измерителя 7 квадратур, например, с отрицательного значения в положительное. Оцифрованные значения квадратур поступают на соответствующие входы блока 11 вычисления арктангенса узла 5 обработки . информации, в котором по вычисляется значение фазы сигнала на выходе четырехполюсника 3. Отсчеты фазы следуют с частотой Я , которой синхронизируется измеритель 7.

Ввиду кратности частоты входного сигнала измерителя 7 квадратур и

0

5

сигнала синхронизации при неизменной структуре измерителя и отсутствии фазовой нестабильности в четырехполюснике 3 на выходе блока 11 вычисления арктангенса будет фиксироваться в каждом замере одна и та же фаза tfp с точностью до фазовых флуктуации синтезатора 2 частоты и вспомогательной линии 4 связи.

Реальный четырехполюсник вносит в каждый замер фазы if. дополнительный случайный фазовый сдвиг (.

(I +

о

который и выражает фазовую нестабильность четырехполюсника (фазовые флуктуации). Для выделения значений сСч-из замеров фазы Lf необходимо вы- честь из них постоянную детерминиро- Ванную составляющую tj.. При идеальном усреднении и фазовом шуме с нулевым средним (c/ i,- 0)

Ч,При этом фазовые флуктуации будут равны

Г Ч-,- ,

(1)

В блоке 13 определяется tjp., а операция (1) выполняется в вычитателе 12 узла 5 обработки информации. Таким образом, на выходе узла 5 обработки информации имеется не только информация о фазовых флуктуациях с/ ц, но и усредненная информация Q.o If на выходе исследуемого четырехполюсника 3 на момент перехода через ноль сигнала синхронизации, поступающего по вспомогательной линии 4 связи.

При переключении частоты выходного сигнала синтезатора 2 в диапазоне частот n/k j Л Slj, где j - номер установленной частоты, мржно снять зависимость от частоты k не только .фазовой нестабильности исследуемого четырехполюсника ffif.-, но и фазы tfCk-fl) на его выходе. Замкнув выход синтезатора 2 на вход измерителя 7, . можно снять и зависимость фазы на ;: входе исследуемого четырехполюсника от частоты (k:S) . Фазочастотная характеристика исследуемого четырехполюсника определяется вьфалсением

0

5

0

5

0

5

dt4(kjO)4 o(MO-4 ;(kj.fi),

я, k 57, .

Для оперативного измерения фазо- частотной характеристики протяженного четырехполюсника необходимо либо иметь два измерителя 7 и два узла 5 обработки информации, при- v чем один подключить к входу исследуемого четырехполюсника, а другой - к выходу последнего, либо зависимость фазы от частоты на выходе синтезатора 2 измерить заранее, а инфор- г мацию о зависимости .) для повышения автоматизации измерений записывать в ОЗУ, размещаемое для этих целей в узле 5 обработки информации.

При наличии нескольких протяжен- Q ных четырехполюсников (линий связи), подключенных входом к одному синтезатору частоты, возможно измерение не только фазовых флуктуации и фазовых сдвигов, ВНОС1-1МЫХ ими на различ- 5 ных частотах рабочего диапазона, но . и оперативное измерение их взаимных фазовых характеристик. Для этого к выходу каждого четырехполюсника подключается измеритель 7 квадратур и Q узел 5 обработки информации.

Для работы на различных частотах достаточно лишь переключить частоту выходного сигнала синтезатора 2 ввиду кратности ее частоте взятия выборок квадратур измерителем 7.

Для измерения квадратур измерителем 7 в цифровом стробоскопическом преобразователе 9 запоминается и оцифровывается выборка из входного сигнала, поступающего на сигнальный вход измерителя 7, а в цифровом стробоскопическом преобразователе 10- из того же входного сигнала, но сдвинутого по фазе на 90 широкополосным фазовращателем 8. Запоминание выборок в цифровых стробоскопических преобразователях 9 и 10 происходит в момент перехода через ноль, например, с отрицательного значения в положительное сигнала, поступающего на управляющий вход измерителя 7. Цифровые коды со стробоскопических преобразователей 9 и 10 поступают на соответствующие выходы измерителя квадратур.

Цифровые стробоскопические преобразователи, как правило, реализуют с применением генератора стробирую- щих импульсов. Диодного смесителя, компаратора, регистра последовательного приближения с генератором тактовых импульсов и цифроаналогового преобразователя.

Для повышения быстродействия и уменьшения габаритов блока 11 вычисления арктангенса его можно выполнить с применением постоянного запоминающего устройства, в которое занесена таблица ((XjY.), рассчитанная, по формуле

/,.

arct

Xi

Измеритель фазовых флуктуации и фазовых соотношений .в протяженных четырехполюсниках позволит получить более высокую точность измерения фазовых флуктуации за счет исключения источников дополнительных погрешностей, какими являются дополнительные эталонньй генератор и синтезатор частоты в известном измерителе. Измеритель обладает более широкими функциональными возможностями, так как дает возможность измерять фазочас- тотные характеристики линий связи и взаимные фазовые характеристики линий связи, подключенных к одному источнику, облегчает автоматизацию измерений при исследовании протяженных четырехполюсников, так как в отличие от известного измерителя нет необходимости в одновременном управлении частотой территориально разнесенных синтезаторов частоты.

. Экономиг еский эффект от внедрения изобретения заключается в удешевлении устройства за счет исключения из состава измерителя дорогостоящих блоков второго эталонного генератора, второго синтезатора частоты и цифрового фазометра.

Формула изобретения

d

1. Измеритель фазовых флуктуации протяженных четырехполюсников, содержащий генератор опорного сигнала, синтезатор частоты, зажимы для подключения исследуемого четырехполюсни15

20

25

30

35

40

45

ка, а его первый вход - к входу ген ратора опорного сигнала, о .т л и чающийся тем, что, с целью повьшения точности и автоматизации измерений, расширения функциональ- ньпс возможностей путем обеспечения возможности измерения фазочастотных характеристик, в него дополнительно введены делитель частоты и измеритель квадратур, причем вход дел ител частоты соединен с выходом генерато ра опорного сигнала, а его выход - с вторым входом синтезатора частоты и через вспомогательную линию связи с управляющим входом измерителя квадратур, сигнальный вход измерите квадратур подключен к выходному заж му исследуемого четырехполюсника, а оба его выхода - к соответствующим входам .узла обработки информаци выходы которого являются выходами измерителя фазовых флуктуации.

2.Измеритель по п. 1, о т л и .чающийся тем, что в узел обработки информации дополнительно введены блок вычисления арктангенса и блок усреднения, причем оба входа узла обработки информации соединены с соответствующими входами блока вы числения арктангенса, выход которог соединен с первым входом вычитателя

и входом блока усреднения, выход бл ка усреднения соединен с вторым вхо дом вычитателя, а выходами узла обработки информации являются выходы вычитателя и блока усреднения.

3.Измеритель по п. 1, о т л и чающийся тем, что, измеритель квадратур содержит широкополос ный фазовращатель, первый и второй цифровые стробоскопические преобразователи, причем вход широкополосного фазовращателя соединен с сигнальным входом первого цифрового стробоскопического преобразователя

и является сигнальным входом измери теля квадратур, а его выход подключен к сигнальному входу второго цифрового стробоскопического преобраз

ка, вспомогательную линию связи и вателя, управляющие входы цифровых узел обработки информации, включаюстробоскопичаских преобразователей соединены с управляющим входом изме рителя квадратур, а их выходы являю ся выходами измерителя квадратур.

щий вычитатель, причем выход синтезатора частоты подключен к входному зажим;/ исследуемого четырехполюсни

0

5

0

5

0

5

ка, а его первый вход - к входу генератора опорного сигнала, о .т л и - чающийся тем, что, с целью I повьшения точности и автоматизации измерений, расширения функциональ- . ньпс возможностей путем обеспечения возможности измерения фазочастотных характеристик, в него дополнительно введены делитель частоты и измеритель квадратур, причем вход дел ителя частоты соединен с выходом генератора опорного сигнала, а его выход - с вторым входом синтезатора частоты и через вспомогательную линию связи с управляющим входом измерителя квадратур, сигнальный вход измерителя квадратур подключен к выходному зажиму исследуемого четырехполюсника, а оба его выхода - к соответствующим входам .узла обработки информации, выходы которого являются выходами измерителя фазовых флуктуации.

2.Измеритель по п. 1, о т л и - .чающийся тем, что в узел обработки информации дополнительно введены блок вычисления арктангенса и блок усреднения, причем оба входа узла обработки информации соединены с соответствующими входами блока вычисления арктангенса, выход которого соединен с первым входом вычитателя

и входом блока усреднения, выход блока усреднения соединен с вторым входом вычитателя, а выходами узла обработки информации являются выходы вычитателя и блока усреднения.

3.Измеритель по п. 1, о т л и чающийся тем, что, измеритель квадратур содержит широкополосный фазовращатель, первый и второй цифровые стробоскопические преобразователи, причем вход широкополосного фазовращателя соединен с сиг нальным входом первого цифрового стробоскопического преобразователя

и является сигнальным входом измери- теля квадратур, а его выход подключен к сигнальному входу второго цифрового стробоскопического преобразователя, управляющие входы цифровых

стробоскопичаских преобразователей соединены с управляющим входом измерителя квадратур, а их выходы являются выходами измерителя квадратур.

ВШИПИ Заказ 1290/41 Тираж 772

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Подписное