Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

со СО

Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет расширить функциональные возможности устройства. Передающая часть устройства содержит генератор 1 несущей частоты, а приемная - идеальный ограничитель 6, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, усредняющий фильтр 8 и индикатор 9. Введение в передающую часть устройства амплитудного модулятора 2 и источника 3 модулирующих сигналов, а в приемную часть частотного детектора 10, интегрирующего фильтра 11 и гетеродина 12 обеспечивает возможность измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи и нелинейных устройств с некогерентными входными и выходными колебаниями. В описании приведен пример реализации источника 3 модулирующих сигналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. SS о: с

сриг.1

25

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для из- мерения амплитудно-фазовой конверсии разичных нелинейных четырехполюсников (усиителей, ограничителей и т.д.) и каналов связи.5

Амплитудно-фазовой конверсией называют изменение фазы выходного высокочастотного синусоидального колебания при изменении амплитуды (уровня) колебания на входе устройства. Амплитудно-фазовая конверсия присуща многим СВЧ-устройствам при использовании их в нелинейном режиме. Типичным представителем устройства с амплитудно-фазовой конверсией является ампа бегупхей волны при использовании ее в режиме, близком к насыщению. Ос- 5 новным показателем амплитудно-фазовой конверсии является фазоамплитудная харакеристика, т.е. зависимость изменения фазы выходного колебания от амплитуды на входе.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, 20 заключающееся в обеспечении возможности измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи и нелинейных устройств с некогерентными входными и выходными колебаниями.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для измерения фазоамплитудных характеристик; на фиг. 2 - функциональная схема источника модулирующих сигналов; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов на выходе источ- ,Q ника модулирующих сигналов (а), на выходе модулятора (б), на выходе генератора тактовой частоты (в) и на управляющем входе мультиплексора (г).

Передающая часть устройства для измерения фазоамплитудных характеристик сое- or тоит из трех основных узлов: генератора 1 несущей частоты, выход которого соединен с входом амплитудного модулятора 2 и источника 3 модулирующих сигналов, выход которого соединен с модулирующим входом модулятора 2.40

Приемная часть содержит следующие уз- лы: линию 4 задержки, последовательно соединенные преобразователь 5 частоты, идеальный ограничитель 6, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, усредняющий фильтр 8 и индикатор 9, последовательно соединенные частотный детектор 10, интегрирующий фильтр 11 и гетеродин 12, выход которого соединен с преобразователем 5 частоты, выход идеального ограничителя 6 стэединен с входом частотного детектора 10 CQ и входом линии 4 задержки, выход которой соединен с вторым входом логичес- кого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7.

Источник 3 модулирующих сигналов содержит генератор 13 тактовых импульсов, выходом соединенный с делителем 14 частоты 55 на два, последовательно соединенные информационными цепями п-разрядные мультиплексор 15, регистр 16 хранения и циф5

5

0

Q

r 0

Q

5

роаналоговый преобразователь 17, выход которого является выходом источника 3 модулирующих сигналов, а также блок п-пере- ключателей 18 на два положения, выходы которого соединены с соответствующими вто- ры.ми входами мультиплексора 15, первые входы которого соединены с источником 19 уровня логической единицы, с которы.м соединены также первые входы п-переключателей, вторые входы которых соединены с источником 20 уровня логического нуля, выход генератора 13 тактовых импульсов соединен с синхронизированным входом регистра 16 хранения, а выход делителя 14 частоты соединен с управляющим входом мультиплексора 15. Входная клемма 21 исследуемого канала связи соединена с выходом амплитудного модулятора 2, а выходная клемма 22 - с высокочастотным входом преобразователя 5 частоты.

Рассмотрим работу устройства для измерения фазоамплитудных характеристик.

Передающая часть устройства формирует амплитудно-манипулированпый сигнал (фиг. 36). Он представляет собой сле- дующие друг за другом пары посылок равной длительности Т, причем амплитуда Uc первых посылок пар фиксирована, а амплитуда и„ вторых посылок пар устанавливается в процессе измерения и может принимать значения от нуля до Uc(O и„ Uc).

Значение несущей частоты обуславливается входной частотой исследуемого объекта. Сигнал, подаваемый на входную клемму 21 канала связи, вырабатывается путем амплитудной модуляции колебания несущей частоты кварцевого генератора 1. Модулирующий сигнал (фиг. За) вырабатывается источником 3 сигнала, основу которого составляет цифроапалоговый преобразователь 17. На вход цифроапалогового преобразователя 17 в течение первой посылки пары от регистра 16 хранения поступает двоичный цифровой код, содержащий логические единицы во всех разрядах, что обуславливает максимальное значение выходного напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 17. В течение второй посылки пары на вход цифроаналогового преобразователя 17 поступает цифровой код, устанавливаемый переключателями 18, диапазон изменения этого кода - от логических нулей во всех разрядах до логических единиц во всех разрядах, что обеспечивает выполнение указанного неравенства. Переключение п-разрядного двоичного кода при переходе от первой посылки ко второй осуществляется п-разрядным мультиплексором 15. Длительность Т посылок задается генератором 13 тактовых импульсов (фиг. Зв), а управление переключением мультиплексора 15 осуществляется выходным напряжением делителя 14 частоты на два (фиг. Зг).

Приемная часть измерителя работает следующим образом.

Обозначим сигнал на посылке с неменяющейся амплитудой Uc(t), а на посылке с изйеняемой амплитудой - и„(1):

U(t) Vccoscoiut;(О

и„(1) и„со5а)пд1,(2)

где сОпд - частота генератора 1 (начальная фаза тестовых сигналов без потери общности может быть принята равной нулю).

Величина и„ в процессе снятия фазо- амплитудной характеристики меняется от О

до Uc.

Амплитудно-манипулированный сигнал,

проходя через измеряемый объект, обладающий свойством амплитудно-фазовой конверсии, приобретает дополнительную фазо- 15 вую манипуляцию.

Сигналы на входе преобразователя 5 на соответствующих посылках DC и Uj будут иметь

Uc UcCos();(3)

U;; (a)npt-f(p2),

где шпр - частота на выходе канала связи, в общем случае не совпадающая с частотой ОЗпд.

После прохождения через преобразователь 5 сигналы приобретают вид

U:(t) (а о1+ф1); U ;;(t) и%5(соо1+ф2)(4)

где соо - промежуточная частота измерителя.

Преобразователь 5 используют для понижения частоты, что позволяет снизить требования к быстродействию последующих ЗО элементов и тем самым повысить точность измерений.

После преобразователя частоты сигнал поступает на идеальный ограничитель 6, на выходе которого сигналы, манипулированные

20

25

где Дф ф2-ф1 - измеряемая разность фаз; М - масщтабный коэффициент, зависящий от напряжения питания и параметров фильтра 9.

Как показывает (8), шкала индикатора 9 является линейной.

Частотный детектор 10 осуществляет жесткую связь между временем Т задержки в линии задержки и промежуточной частотой прибора со„ . В реальных системах значение частоты u/np медленно меняется. Это приво- преобразователя 5 отличается от соо, что вызывает погрешность измерения.

В данном измерителе при отклонении частоты на выходе преобразователя 5 от значения озо на выходе частотного детектора появляется сигнал ошибки, который изменяет частоту управляемого гетеродина 12 до тех пор, пока частота на выходе преобразователя 5 не станет достаточно близкой к соо.

Сигнал ошибки проходит через интегрирующий фильтр 11, постоянная времени интегрирующего фильтра 11 значительно боль- ще Т, что обеспечивает подавление щумов в такте автоматической подстройки частоты.

Переключатели 18 устанавливаются в положение -«Все единицы, что соответствует Jy Uc. Показания индикатора при этом максимальны и соответствуют Дер 0. Нулевое отклонение индикатора соответствует Дф 90°. Шкала индикатора является линейной. Меняя при помощи переключателей значение и„ от Uc до О, получаем на индикаторе соответствующие значения Дф. Набор значений является двоичным.

пГам итуТе и фазеТ Набранное значение и„ определяется слезоманипулированные сигналы видадующим образом:

ur(t) Uosign cos(шot+фl);

(5)

40

45

Uv -.-2MС, L -1

где , если соответствующий переключатель в положении «О, и К; 1, если соответствующий переключатель в положении «1.

Большинство узлов устройства реализуется на интегральных микросхемах, таких как цифроаналоговый преобразователь К1118ПА1, регистр хранения К500ИР141, мультиплексор, К500ТМ173, генератор тактовой частоты К500Л.М105 с кварцевым резонатором в цепи обратной связи, делитель частоты на два К500ТМ131. Амплитудный

НИКОВ питания с равными напряжениями 50 модулятор и преобразватель частоты выпол- и что усредняющим фильтром 8 выделя-няются на микросхемах К174ПС1 или

ется постоянная составляющая, то в пре-К526ПС1, в качестве идеального ограничиделах изменения разности фаз,меньших +90° теля можно использовать компаратор на выходное напряжение фильтра 8 при уело-микросхеме K597CAI, опорный вход ко торого соединен с шиной нулевого потен55 цила элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ К500ЛП107, частотный детектор К174УРЗ. В качестве линии задержки удобно использовать отрезок коаксиального кабеля, если

U(t) Uosigп cos(toot+ф2)- Задержанное в линии 4 задержки на время Т колебание Uf(t) посту пает на один из входов логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а на другой ее вход поступает колебание (t).

На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сигнал будет иметь вид

0(t) (t-T).)(6)

на нечетных интервалах Т и

U(t) UnHT-E U; (t-T.U, (t)(7)

на четных интервалах Т.

Если принять, что элемент 7 питается от положительного и отрицательного источвии, что сооТ: кП может быть представлено выражением

у.. м cl.

М(|--ДЧ ),

(8)

5

О

0

5

где Дф ф2-ф1 - измеряемая разность фаз; М - масщтабный коэффициент, зависящий от напряжения питания и параметров фильтра 9.

Как показывает (8), шкала индикатора 9 является линейной.

Частотный детектор 10 осуществляет жесткую связь между временем Т задержки в линии задержки и промежуточной частотой прибора со„ . В реальных системах значение частоты u/np медленно меняется. Это приво- преобразователя 5 отличается от соо, что вызывает погрешность измерения.

В данном измерителе при отклонении частоты на выходе преобразователя 5 от значения озо на выходе частотного детектора появляется сигнал ошибки, который изменяет частоту управляемого гетеродина 12 до тех пор, пока частота на выходе преобразователя 5 не станет достаточно близкой к соо.

Сигнал ошибки проходит через интегрирующий фильтр 11, постоянная времени интегрирующего фильтра 11 значительно боль- ще Т, что обеспечивает подавление щумов в такте автоматической подстройки частоты.

Переключатели 18 устанавливаются в положение -«Все единицы, что соответствует Jy Uc. Показания индикатора при этом максимальны и соответствуют Дер 0. Нулевое отклонение индикатора соответствует Дф 90°. Шкала индикатора является линейной. Меняя при помощи переключателей значение и„ от Uc до О, получаем на индикаторе соответствующие значения Дф. Набор значений является двоичным.

5 Набранное значение и„ определяется сле40

45

(8)

время задержки менее 1 икс. При больших длительностях целесообразнее использовать „тинию задержки на LC-элементах. Фильтр 8 реализуется как фильтр нижних частот на LC-элементах, индикатором может служить любой вольтметр, например стрелочный, шкала которого проградуирована в градусах в пределах от О до 90°. Фильтр 11-пропорционально интегрирующий - выполняется, например, на RC-элементах. Генераторы 1 и 13 выполняются на транзисторах, частота генератора 1 стабилизируется кварцевым резонатором, а частота генератора 13 управляется варикапом. С помощью устройства для измерения фазоамплитудных характеристик можно про- извести прямые измерения амплитудно-фазовой конверсии каналов связи.

Форула изобретения

г ,

0

0

5

Q

амплитудный модулятор, высокочастотный вход которого соединен с генератором несущей частоты, управляющий вход - с выходом источника модулирующих сигналов, а выход - с входной клеммой исследуемого канала связи, на выходе исследуемого канала связи введены линия задержки и последовательно соединенные частотный детектор, интегрирующий фильтр, гетеродин и преобразователь частоты, высокочастотный вход которого соединен с выходной клеммой исследуемого канала связи, а выход - с входом идеального ограничителя, выход которого соединен с входом частотного детектора и входом линии задержки, выход которой соединен с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник модулирующих сигналов содержит генератор тактовых импульсов, выходом соединенный с делителем частоты на два, блок из п переключателей на два положения, последовательно соединенные информационными цепями п-разрядные мультиплексор, регистр хранения и цифроанало- говый преобразователь, выход которого является выходом источника модулирующих сигналов, первые входы всех разрядов мультиплексора соединены с источником уровня логической единицы, а вторые входы - с п выходами блока переключателей на два положения, первые входы которого соединены с источником уровня логической единицы, а вторые входы - с источником уровня логического нуля, выход генератора тактовой частоты соединен с синхронизирующим входом регистра хранения.

I-0

2Г

ЗТ

4Г

5Т 6Г

t