Устройство для контроля фазочастотных характеристик каналов связи Советский патент 1988 года по МПК H04B3/46 

со со

4 N

4

11

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для контроля фазочастотньгх характеристик каналов связи.

Цель изобретение - повышение точности.

На фиг, 1 представлена электрическая структурная схема устройства для контроля фазочастотньгх характеристик

каналов связи; на фиг. 2 - то же, блока селекции; на фиг. 3 - то же, блока определения начального фазового сдвига; на фиг. 4 - то же, блока

Сигнал, проходя ло каналу 12 связи, имеющему реактивность, приобрета- ет на его выходе постоянный фазовый сдвиг. При этом для разных частот этот фазовый сдвиг различный. Значит, между двумя разными частотами также есть фазовый сдвиг, которьй растет с увеличением этой разности частот. В пределе фазовый сдвиг йср , полученный на измеряемой частоте сэ относительно нулевой частоты, есть модуль фазы сигнала с частотой Ид на выходе канала 12 относительно его входа

Изобретение относится к электро- связи. Цель изобретения - повышение точности. Устр-во содержит входной |блок 1 согласования, выпрямитель 2, блок 3 вьщеления тактовой частоты, частотный детектор 4, фильтр нижних частот (ФНЧ)5, индикатор 6, г-р 7 импульсов, выходной блок 11 согласования, соединенный с каналом 12 связи, коммутаторы 14, 24. С целью повышения точности в устр-во введены на передающей стороне последовательно соединенные коммутатор 8, делитель частоты 10 и счетчик 9, а на приемной стороне последовательно соединенные ФНЧ 18, выпрямитель 20, блок усреднения 21 и масштабный усилитель 22, умножитель частоты 13, блок селекции 15, блок определения начального фазового сдвига 16, формирователь импульсов 17, блок 19 определения знака наклона ФЧХ, коммутатор 23, блок 25 вычитания. 5 ил. (О

определения знака наклона фазочастот-«е при условии, что фазовый сдвиг на

20

25

30

ной характеристики; на фиг, 5 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для контроля фазочастотньгх характеристик каналов связи (фиг, 1) содержит входной блок 1 согласования, первый выпрямитель 2, блок 3 вьщеления тактовой частоты, частотный детектор 4, первый фильтр 5 нижних частот, индикатор 6, генератор 7 импульсов, коммутатор 8, счет- 1ик 9, делитель 10 частоты, выходной блок 11 согласования, соединенный с каналом 12 связи, умножитель 13 частоты, первый коммутатор 14, блок 15 селекции, блок 16 определения начального фазового сдвига, формирователь 17 импульсов, второй фильтр 18 нижних частот, блок 19 определения знака наклона фазочастотной характеристики, второй выпрямитель 20, блок 21 усреднения, масштабный усилитель 22, третий 23 и второй 24 коммутаторы и блок 25 вычитания.

Блок 15 селекции (фиг. 2) содержит первый 26, второй 27 и третий 28 фор- мирователи импульсов, элемент 29 задержки, блок 30 дифференцирования, блок 31 запрета и фильтр 32 нижних частот.

Блок 16 определения начального фазового сдвига (фиг, 3) содержит ключ 33, усилители 34 и 35, фильтры 36-38 нижних частот, функциональные преобразователи 39 - 41, инвертор 42, сумматор 43, блок 44 деления и блок 50 45 сравнения.

Блок 19 определения знака наклона фазочастотной характеристики (фиг,4) содержит коммутатор 46, диоды 47 и 48, инвертор 49, фильтр 50 нижних частот и формирователь 51 импульсов.

Устройство работает следуюшим образом.

45

55

нулевой частоте отсутствует, В со ветствии с этим измеряется модуль фазы Icpgl для частоты (J относител низкой частоты СЭ, . Возникающую при этом погрешность можно скорректиро вать путем умножения результата и рения на соответствующий коэффицие

itfoi ьч „5м

Однако значение не дает пр ставления ни о знаке фазы, ни об е истинной величине в случае, когда частотах, близких к О, имеется на- чальньм фазовый сдвиг tf,, ,

Для нахождения величины начальн фазового сдвига на низкой частоте испытательного сигнала используетс соотношение

д)„ arctg--- --(6

где и, - напряжение первой гармони в импульсном испытательно сигнале низкой частоты на входе канала 12 связи; и,в - напряжение первой гармони в импульсном испытательно сигнале низкой частоты на его выходе.

Способом определения знака нача ного фазового сдвига ср„ является кратковременное изменение входного сопротивления входного блока 1 сог сования. Если при уменьшении его входного сопротивления Cf незначите но увеличивается или остается тем то это свидетельствует об емкостно характере начального фазового сдви если же уменьшается, то это свидетельство индуктивного характера на чального фазового сдвига.

Для нахождения знака фазы используется свойство фазочастотной рактеристики (ФЧХ), в соответствии

нулевой частоте отсутствует, В соответствии с этим измеряется модуль фазы Icpgl для частоты (J относительно низкой частоты СЭ, . Возникающую при этом погрешность можно скорректировать путем умножения результата измерения на соответствующий коэффициент

itfoi ьч „5м

Однако значение не дает представления ни о знаке фазы, ни об ее истинной величине в случае, когда на частотах, близких к О, имеется на- чальньм фазовый сдвиг tf,, ,

Для нахождения величины начального фазового сдвига на низкой частоте испытательного сигнала используется соотношение

д)„ arctg--- --(6

где и, - напряжение первой гармоники в импульсном испытательном сигнале низкой частоты на входе канала 12 связи; и,в - напряжение первой гармоники в импульсном испытательном сигнале низкой частоты на его выходе.

Способом определения знака начального фазового сдвига ср„ является кратковременное изменение входного сопротивления входного блока 1 согласования. Если при уменьшении его входного сопротивления Cf незначительно увеличивается или остается тем же, то это свидетельствует об емкостном характере начального фазового сдвига, если же уменьшается, то это свидетельство индуктивного характера начального фазового сдвига.

Для нахождения знака фазы используется свойство фазочастотной характеристики (ФЧХ), в соответствии

с которым в возрастающем характере ФЧХ изменения частоты от низкой к высокой соответствует приращение фазы с положительным знаком, а при падающем характере ФЧХ тому же приращению частоты соответствует приращение фазы с отрицательным знаком. Знак наклона ФЧХ может быть обнаружен с помощью блока 19.

Таким образом, фаза сигнала tp частоть 1 сОд на выходе канала 12 связи относительно его входа находится через приращение фазы iCf,, между частотой (0(5 и низкой частотой сэ, , близкой к 0. При отсутствии начального фазового сдвига срц на частоте Q, величина

.

0„

I --IM ol ,,

Импульсная последовательность с выхода входного блока 1 согласования подается на вход первого выпрямителя 2, осуществляющего однополуперио, дичное выпрямление однополярного сиг- 5 нала (фиг. 5а) или двухполупермодное выпрямление квазитроичного сигнала. Эта же последовательность подается также на информацио ньй вход блока 16 определения начального фазового сдвига. В нем при подаче низкочастотной части испытательного сигнала осуществляется определение начального фазового сдвига по соотношению первых гармоник этого низкочастотного сигнала на входе и выходе канала 12. Включение в работу блока 16 только при низкочастотном испытательном сигнале осуществляется путем подачи на его управляющий вход управляющего сиг25

При наличии начального фазового сдвига у ц на частоте to, величина Cf t|CfJ q «.

Для этого импульсы с выхода генератора 7 (фиг. 5q) подаются на инфор- мационньм вход коммутатора 8 и на вход счетчика 9. Последний отсчитывает заданное количество импульсов от

генератора 7 и вьщает на своем выходе с

,, „ 1п нала с выхода блока 15 селекции, ко- скачок напряжения из О в 1. Это напря- и „

торыи селектирует импульсы по частоте.

жение (фиг. 560 поступает на управляющий вход коммутатора 8, и под его воздействием коммутатор 8 подключает генератор 7 к делителю 10, который преобразует высокочастотный сигнал генератора 7 в низкочастотные импульсы. Этим же скачком напряжения счетчик. 9 сбрасывается в исходное положение и начинается новый цикл счета, в конце которого происходит скачок напряжения из 1 в 0. Это нулевое напряжение, поступая на управляющий вход коммутатора 8, воздействует на него так, что он подключает генера- -тор 7 непосредственно к входу выходного блока 11 согласования, минуя делитель 10. Таким образом, на входе выходного блока 11 согласования появляются то низкочастотные, то высокочастотные импульсы (фиг. 5&). Выходной блок 11 согласования служит для согласования с каналом 12 связи. Согласование осуществляется по сопротивлению, амплитуде сигнала и типу

40

Умножитель 13 необходим для повышения частоты низкочастотной части испытательного сигнала перед подачей его на блок 3 вьщеления тактовой часЧЦ

тоты.

Сигнал с умножителя 13 частоты (фиг. 5е) поступает на вход первого коммутатора 14, на управляющий вход которого подаются импульсы (фиг. ЗЖ) от блока 15. Под действием этих импульсов первьй коммутатор 14 пропускает на свой выход либо высокочастотную часть испытательного сигнала с выхода первого выпрямителя 2, либо низкочастотную часть этого сигнала с выхода умножителя 13. I

Блок 15 служит для обнаружения высокочастотной и низкочастотной частей

5Q испытательного сигнала и выдачи при их появлении управляющих сигналов. Сигнал логической единицы действует на выходе блока 15 в течение всей

серии высокочастотных импульсов испы- сигнала (однополярная двоичная после- gg тательного сигнала, а логического довательность или квазитроичный сиг- нуля - в течение всей серии низкочас- нал).тотных импульсов этого сигнала.

Сигнаа с выхода выходного блока 11 Импульсный сигнал с выхода первого согласования после его прохождения коммутатора 14 поступает на вход фор0

через калал 12 связи (фиг. 5г) поступает на вход выходного блока 1 согласования, осуществляет согласование с каналом 12 связи. Согласование производится по входному сопротивлению и амплитуде сигнала, при этом входное сопротивление этого блока можно кратковременно изменять.

Импульсная последовательность с выхода входного блока 1 согласования подается на вход первого выпрямителя 2, осуществляющего однополуперио, дичное выпрямление однополярного сиг- 5 нала (фиг. 5а) или двухполупермодное выпрямление квазитроичного сигнала. Эта же последовательность подается также на информацио ньй вход блока 16 определения начального фазового сдвига. В нем при подаче низкочастотной части испытательного сигнала осуществляется определение начального фазового сдвига по соотношению первых гармоник этого низкочастотного сигнала на входе и выходе канала 12. Включение в работу блока 16 только при низкочастотном испытательном сигнале осуществляется путем подачи на его управляющий вход управляющего сиг

5

с

Умножитель 13 необходим для повышения частоты низкочастотной части испытательного сигнала перед подачей его на блок 3 вьщеления тактовой час

тоты.

Сигнал с умножителя 13 частоты (фиг. 5е) поступает на вход первого коммутатора 14, на управляющий вход которого подаются импульсы (фиг. ЗЖ) от блока 15. Под действием этих импульсов первьй коммутатор 14 пропускает на свой выход либо высокочастотную часть испытательного сигнала с выхода первого выпрямителя 2, либо низкочастотную часть этого сигнала с выхода умножителя 13. I

Блок 15 служит для обнаружения высокочастотной и низкочастотной частей

испытательного сигнала и выдачи при их появлении управляющих сигналов. Сигнал логической единицы действует на выходе блока 15 в течение всей

,мирователя 17, служащего для уменьшения длительности импульсов и, тем самым, увеличения в них амплитуд высокочастотных гармоник, что необходимо для устойчивой работы блока 3.

Блок 3 выделения тактовой частоты, соединенный своим входом с выходом формирователя 17, служит для получения регулярного тактового колебания одной частоты из приходящего испытательного сигнала двух разных, но кратных, частот. В простейшем случае блок 3 представляет собой узкополосный фильтр, настроенный на высокочастотную часть испытательного сигнала или на его ближайшую гармонику, и формирователь прямоугольных импульсов. При поступлении в блок 3 ,высокочас- тотной части испытательного сигнала, имеющего после прохождения через канал 12 связи определенньй фазовый сдвиг, узкополосный фильтр, входящий в состав блока 3, начинает подстраиваться под фазу этих возбуждающих импульсов, т.е. фазы сигнала на выходе блока 3, например, возрастают. Однако по мере приближения фазы сигнала на выходе блока 3 к фазе возбуждающих высокочастотных импульсов на его входе приращение фазы колебания на выходе блока 3 уменьшается и при точном совпадении фаз на входе и выходе это приращение становится равным нулю. С приходом низкочастотной части испытательного сигнала, имеющего совершенно другой фазовый сдвиг, фильтр блока 3 перестраивается под эту фазу и т.д, Таким образом, в регулярном- тактовом колебании с вьпсода блока 3 (фиг. 5|,и) постоянно меняются приращения фазы. Такой сигнал является фазомодулированным. В фазомодули- рованном сигнале вместе с флуктуация- ми фазы происходит и флуктуация частоты.

Для выделения огибающей этих фазовых флуктуации служит частотный детектор и совместно с первым фильтром 5 нижних частот напряжение с выхода первого фильтра 5 в виде косину- соидальных импульсов положительной и отрицательной полярности (фиг.5к), амплитуда которых определяется разностью фаз между низкочастотной и высокочастотной частями испытательного сигнала, поступает далее во второй фильтр 18 низких частот и в блок 19 определения знака наклона фазочастот0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ной характеристики. При положительном знаке наклона фазочастотной характеристики канала 12 связи на выходе блока 19 появляется сигнал логической единицы, при отрицательном знаке наклона ФЧХ - логического нуля. Эти сигналы остаются на выходе блока 19 в течение всего сеанса измерений.

Сигнал с выхода первого фипьтра 5 подается также во второй фильтр 18 нижних частот, служащий для фильтрации остатков высокочастотного тактового колебания, а. также подавления фазовых флуктуации, вызванных наложением шумов, на испытательный сигнал при прохождении его через канал 12 связи. К его выходу подключен второй выпрямитель 20, представляющий собой двухполупериодную схему и служащий для выпрямления напряжения огибающей фазовых флуктуации.

Для исключения пульсаций выпрямленного напряжения (фиг. ЗА) оно подается с выхода второго выпрямителя 20 в блок 21 усреднения.

Постоянное напряжение с выхода блока 21 усреднения поступает затем на вход масштабного усилителя 22, служащего для внесения поправки на

MO, ,

множитель --, рри измерении и„| .

W,

Величина этого множителя определяет выбор коэффициента усиления масштабного усилителя 22, представлякщего собой усилитель постоянного тока. При измерении фазовых сдвигов &(f меж- ду любыми частотами коэффициент усиления масштабного усилителя берется равным 1.

Сигнал с выхода масштабного усилителя 22 подается на вход второго коммутатора 24. На его управляющий вход, а также на управляющий вход третьего коммутатора 23 приходит сигнал блока 19 определения знака наклона фазочастотной характеристики.

Если знак наклона фазочастотной характеристики положительный, на управляющие входы второго 24 и третьего 23 коммутаторов поступает сигнал логической единицы с выхода блока 19. Под действием этого напряжения сиг- нальный вход второго коммутатора 24 соединяется с его первым выходом, который, в свою очередь, подключен к первому (прямому) входу блока 25 вычитания . Одновременно под действием

этого же управляницего напряжения информационный вход третьего коммутатора 23 соединяется с его первым выходом, который, в свою очередь, подключен к второму (инверсному) входу блока 25, В результате вычитания двух постоянных напряжений формируется напряжение, пропорциональное фазе сигнала на выходе канала 12 связи относительно его входа. Это напряжение, знак которого, определяется разностью напряжений на входе блока 25, подается на индикатор 6,

Если знак наклона ФЧХ отрицатель- ный, на управляющие входы второго 24 и третьего 23 коммутаторов поступает сигнал логического нуля. Под действием этого сигнала информационный вход второго коммутатора 24 соединяется с его вторым выходом, который, в свою очередь, подключен к второму входу блока 25, Одновременно под действием этого управляющего напряжения

информационный вход третьего коммута-25 сигнал подается на вход блока 44 де40

тора 23 соединяется с его вторым выходом, который, в свою очередь, подключен к первому входу блока 25, Напряжение с его выхода, знак которого определяется разностью напряжений на его входе, подается на индикатор 6, При измерениях фазовых сдвигов &(f между любыми частотами, подаваемыми в канал 12 связи, сигнал на информационный вход третьего коммутатора 23 не подается,35 ф

Блок 3 работает по принципу селекции импульсов по длительности. На- чапьный фазовый сдвиг в блоке 16 определяется по результатам сравнения напряжений первой гармоники на входе и выходе канала 12, Поскольку напряжение первой гармоники низкочастотной части испытательного сигнала на входе канала 12 априорно известно, оно представляется в виде известного напряжения постоянной величины. Дпя определения напряжения первой гармоники после прохождения через канал 12 используется конструкция блока 16 (фиг, 3). Импульсный сигнал поступает50 на вход ключа 33, который пропускает только низкочастотную часть испытательного сигнала по команде от блока 15 селекции. Далее эти импульсы поступают на усилитель 34, который 55 доводит их пиковое значение до величины, ранной пиковому значению этих же импульсов на входе канала 12 свяления, на другой вход которого поступает сигнал с выхода фильтра 38, На выходе схемы деления напряжение, пропорциональное ,в , Это напряжение подается на вход функционального преобразователя 41, выполняющего операцию y arctgx. Сигнал с его выхода If arctg- Uj -U. /U,e подается затем на вход третьего коммутатора 23

ормула изобретения

45

Устройство для контроля фазо- частотных характеристик каналбв свя-; зи, содержащее на передающей стороне генератор импульсов и выходной блок согласования, выход которого является входом канала связи, а на приемной стороне - входной блок согласования, вход которого является выходом канала связи, последовательно соединенные блок выделения тактовой частоты, частотный детектор и первый фильтр нижних частот, первый выпрямитель, первый и второй коммутаторы и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, введены на передающей стороне последовательно соединенные коммутатор, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, делитель частоты, выход которого объединен с другим выходом коммутатора и соединен с входом выходного блока согласо

,

0

.зи. Следовательно, если плоская часть импульсов не искажена, напряжение первой гармоники в них такое же как на входе канала 12, если искажена, то меньше, Выделение напряжения первой гармоники из импульсов осуществляется с помощью фильтра 36 нижних частот. Далее это напряжение вьптрям- ляется, фильтруется и подается в функциональный преобразователь 39, осуществляющий операцию возведения в квадрат (U ), Напряжение с его выхода после инвертирования в инверторе 42 подается на вход сумматора 43, на другой вход которого подается постоянное напряжение, пропорциональное UJ, На выходе сумматора 43 напряжение, пропорциональное U,-UJg , которое поступает затем на вход функционального преобразователя 40, выполняющего операцию извлечения квадратного корня. На его вьгхрде напряжение, пропорциональное Vu|-UJ., Далее

ф

ления, на другой вход которого поступает сигнал с выхода фильтра 38, На выходе схемы деления напряжение, пропорциональное ,в , Это напряжение подается на вход функционального преобразователя 41, выполняющего операцию y arctgx. Сигнал с его выхода If arctg- Uj -U. /U,e подается затем на вход третьего коммутатора 23

ормула изобретения

0

0 5

5

Устройство для контроля фазо- частотных характеристик каналбв свя-; зи, содержащее на передающей стороне генератор импульсов и выходной блок согласования, выход которого является входом канала связи, а на приемной стороне - входной блок согласования, вход которого является выходом канала связи, последовательно соединенные блок выделения тактовой частоты, частотный детектор и первый фильтр нижних частот, первый выпрямитель, первый и второй коммутаторы и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, введены на передающей стороне последовательно соединенные коммутатор, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, делитель частоты, выход которого объединен с другим выходом коммутатора и соединен с входом выходного блока согласования, и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с управляющими входами коммутатора, делителя частоты и выходного блока согласования, а на приемной стороне - последовательно соединенные второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, второй выпрямитель, блок усреднения и масштабный усилитель, выход Которого соединен с сигнальным входом второго коммутатора, умножитель частоты, вход которого объединен с первым сигнальным входом первого коммутатора и соединен с выходом первого вьшрямителя, а выход соединен с вторым сигнальным входом первого коммутатора, форми139444010

нижних частот, блок селекции, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а выход - с управляющим входом первого коммутатора и с вторым входом блока определения знака наклона фазочастотной характеристики, блок определения начального фазового сдвига, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами входного блока согласования и блока селекции, блок вычитания, выход которого соединен с входом индикатора, и третий коммутатор, сигнальный вход которого соединен с выходом блока определения начального фазового сдвига, управляющий вход объединен с управляющим входом второго коммутатора и соединен с выходом блока определе10

15

рователь импульсов, вход которого со- 2о ния знака наклона фазочастотной хаединен с выходом первого коммутатора, а выход - с входом блока выделения тактовой частоты, блок определения знака наклона фазочастотной характеристики, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра

и

О/Г

647

:L

8 Цф

$ff

фиг Л

рактеристики, а первый и второй выходы объединены соответственно с первым и вторым выходами второго коммутатора и соединены соответственно с пер- Bbw и вторым входами блока вычитания .

фи.з

50

5f

пппппппппппппппг

//

П П П ПП ПППППП П

Мппппппппппппппг

л

пппппппГ

АААЛЛЛЛЛ

цзиг.5