Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

ГчЭ

СО

ел ел

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники. Устройство содержит смеситель 1, усилитель 2 промежуточной частоты, умножитель 3 частоты, блок 4 задержки, лампу 5 бегущей волны, фазовращатель 6, ком.мутатор 7, частотные детекторы 8 и 9, переключатели 12 и 13,. интегратор 15 и фильтр 16 нижних частот, Кроме того, устройство включает в себя частотно-модулированный генератор 17, резонансные усилители 18-21, строб-каскады 22 и 31, видеоусилитель 23, усилитель 24 сигнала ошибки, генератор 25 пилообразного напряжения, нелинейный элемент 26, генератор 27 высокой частоты, делитель 28 частоты, индикатор 29 и электронно-счетный вольтметр 30. Введение генератора 14 высокой частоты, ф1азовра1цателя 11, электронного коммутатора и образование новых функциональных связей позволяют устранить влияние переходных процессов на результат измерения и тем самым повысить точность измерения . 1 ил. ш (Л

14)

Изобретение относится к радиоиз- мерительной- технике, может быть использовано для измерения скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных сигналов и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1228028.

Целью изобретения является повы- Шение точности измерений.

На чертеже приведена структурная схема- -устройства.

; Устройство содержит смеситель 1, ;усилитель 2 промежуточной частоты, умножитель 3 частоты, блок 4 задерж- 1КИ, лямпу 5 бегущей волны, первый ;фазовра1цатель 6, коммутатор 7, основ ;ной частотный детектор 8, дополнительный частотньвй детектор 9, сумма- тор 10, второй фазовращатель 11, первый и второй переключатели 12 и 13, второй генератор 14 высокой частоты, интегратор 15, фильтр 16 нижних частот, частотно-модулированный генератор 17, четвертый, третий, второй и первый резонансные усилители 18-21, первый строб-каскад 22, видеоусилитель 23, усилитель 24 сигнала ошибки, генератор 25 пилообразн го напряжения, нелинейный/элемент 26, первый генератор 27.высокой частоты, делитель 28 частоты, индикатор 29, электронно-счетный вольтметр 30, второй строб-каскад 31.

При этом выход делителя 28 частоты, вход которого соединен с выходом первого генератора 27 высокой частоты, подключен к второму входу индикатора 29 и через последовательно сое- диненные генератор 25 пилообразного напряжения, частотно-модулированный генератор 17, блок 4 задержки, лампу 5 бегущей волны, смеситель 1, усилитель 2 промежуточной частоты, коммутатор 7 - к входу дополнительного частотного детектора 9 через умножитель 3 частоты, а также к входу основного детектора В, выход которого подключен к первым входам первого 12 и второго 13 переключателей, вторые входы которых соединены с выходом дополнительного частотного детектора 9. Выход первого переключателя 12 через последовательно соединенные фильтр 16 нижних частот, усилитель 2 сигнала ошибки и второй строб-каскад 31 подключен к входу электронно-счетного вольтметра 30, при этом выход

5 0 5 О

Q с

5

0

5

усилителя 24 сигнала ошибки соединен также с управляющими входами частотных детекторов 8 и 9. Выход второго переключателя 13 через последовательно соединенные интегратор 15,.видео- :усилитель 23 и первый строб-каскад 22 соединен с первым входом индикатора 29. Выход первого генерато-ра 27 высокой частоты через нелинейный элемент 26 подключен к входам первого 21, второго 20, третьего 19 и четвертого iB резонансных усилителей, выходы которых через сумматор 10 соединен с вторым входом лампы 5 бегущей волны. Кроме того, выход первого резонансного усилителя 21 через первый фазовращатель 6 подключен также к третьему входу лампы 5 бегущей волны, а второй вход смесителя 1 соединен с выходом частотно-модулированного генератора 17. Второй генератор 14 высокой частоты своим входом соединен с выходом первого генератора 27 высокой частоты,а выходом через второй фазовращатель - с первым входом ком- мутатора 7, при этом вторые входы, коммутатора 7, первого 22 и второго 31 строб-каскадов подключены к второму выходу делителя 28 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с выхода первого генератора 27 высокой частоты

U(t) UrCOs(2Tf F,g t+tf),

где Uf.,Ft.g и амплитуда, частота и начальная фаза генератора 27.

поступает на входы делителя 28 частоты и второго генератора 14 высокой частоты и навязывает колебаниям последнего свою начальную фазу Lf. Монохроматическое колебание с частотой САВ Т начальной фазой i, где j - скорость перестройки часто- ты частотно-модулированного генератора 17; ,- время задержки в блоке 4 задержки подается на второй фазовращатель 11, в котором начальная фаза колебаний второго генератора 14 высокой частоты изменяется на величину Ц-- WB,- 0,5 yfl- Таким образом, начальная фаза колебания промежуточной частоты на выходе второго фазовращателя 1 составляет

1 ,5 у г. Эти колебания через открытый электронный

3140

коммутатор 7 поступают на вход основного частотного детектора 8 непосредственно, а на вход дополнительного частотного детектора 9 - через умножитель 3 частоты.

По окончании переходных процесоов в частотных детекторах 8 и 9, обусловленных их инерционностью, в момент

впемени t делитель 28 частоты запускает генератор 25 пилообразного напряжения, с выхода которого напряжение управления подается на вход частотно-модулированного генератора 17. Последний формирует сигнал с ли- нейно изменяющейся частотой, который поступает на первый вход смесителя 1 и Б блок 4 задержки с временем задержки Та. ЛЧМ-сигнал с выхода блока задержки поступает на преобраэова- тель частоты, содержащий лампу 5 бегущей волнй, первый фазовращатель 6 и формирователь квазипилообразного напряжения, в состав которого входят нелинейный элемент 26, первый 21 второй 20 , третий 19, четвертый 18 резонансные усилители и сумматор 10. Частота смещения преобразователя частоты выбирается из условия однозначного измерения параметров выходного сигнала частотно-модулированного генератора 1 7 и составляет десятки мегагерц. Величина ti. выбирается из условия обеспечения требуемого диапазона измеряемых величин и составляет десятые доли микросекунды.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

Напряжение с частотой с выхода генератора 27 высокой частоты поступает на вход нелинейного элемента 26. Рабочим режимом нелинейного элемента 26 является режим с отсечкой тока. Выходной сигнал нелинейного элемента содержит гармонические колебания с частотами (К 1, 2,3...), причем амплитуды гармоник распределены по коэффициентам Берга, которые зависят от угла отсечки. Подбирая режим работы нелинейного элемента 26 (регулируя угол отсечки) и изменяя коэффициенты усиления резонансных усилителей 18-21, настроенных соответственно на 4р(-д5, ЗР , 2Рс4в FCAS можно получить квазипилообразное напряжение. С выхода сумматора 10 квазипилообразное нап5

0

5 0 5

ряжение подается на спираль лампы 5 бегущей волны и тем самым осуществляется фазовая модуляция сигнала, поступающего на ее СВЧ-вход. Спектр сигнала на выходе лампы 5 бегущей волны представляет собой сумму четырехкратных произведений бесселевых функций. Для подавления зеркальной составляющей fc(t) + спектре выходного сигнала напряжение первой гармоники с выхода первого резонансного усилителя 21 через первый фазовращатель 6 на /2 подается на пер- вый анод лампы 5 бегущей волны. Тем- самым осуществляется дополнительная квадратурная амплитудная модуляция. Таким образом, на входы смесителя 1 поступают два сигнала:

t

и, (,cos tJ t-i-0,5 S (t)dt+cfj ;

о + 2liF

CAB

t +

U(t) Ujcos u)(t-ej)

+ 0,5-j.(t-fj) -f j (t-)dt

Усилитель 2 промежуточной частоты вьщеляет разностное колебание выходного сигнала смесителя 1

и.,р,, (t) и,пц cos (Л

+

СА8 У

) t +

+ i (t)- (t -yj.dt +

Если величину С. выбирать так, чтобы при любом t. вьтолнялось условие

40

«1.

ТО при разложении функции C(t- ) в ряд Тейлора можно ограничиться двумя первыми членами. Тогда:

) , cos (n,j+ ,) t +

+ П

Это напряжение подается на третий вход электронного коммутатора 7, где осуществляется сшивание по фазе колебания с выходным сигналом фазовращателя 11 .

В момент времени Ьз 1 V делителя 28 частоты приходит импульс управления работой электронного коммутатора 7, строб-каскадов 22 и 31. При этом строб-каскады открываются.

514

а электронный коммутатор 7 переключается, соединяя выход усилителя 2 промежуточной частоты с входом дополнительного частотного детектора 9 чег рез умножитель 3 частоты с коэффициентом умножения N, а с входом основного частотного детектора - непо-- средственно.

Основной 8 и дополнительный 9 частотные детекторы- имеют переходные частоты FO соответственно FO

Гсд„ И F; при у + (С) 0. С выходов частотных детекторов напряжения, пропорциональные y l v + + {(t) (t) , поступают соответственно на первый и второй .входы переключателей 12 и 13, Выход первого переключателя 12 подключен через последовательно соединенные фильтр 16 нижних частот и усилитель сигнала ошибки к управляющим входам частотных детекторов, образуя цепь обратной связи системы автоподстройки переходной частоты В фильтре ниж них частот осуществляется интегрирование импульсного сигнала ошибки. Поэтому система автоподстройки частот отслеживает изменения частот, пропорциональные только средней ск о- рости перестройки частотно-модулированного генератора. Изменения нап ряжеция сигнала ошибки, пропорциональные средней скорости перестройки частоты, фиксируются электронно-счетным вольтметром. Скорость перестройки частоты у определяется по величине и знаку напряжения сигнала ошибки Напряжение с выхода второго переключателя 13 через интегратор 15, видеоусилитель 23 и первый строб-каскад 22 поступает на вход осциллографи- ческого индикатора 29, на синхронизирующий вход которого поступают импульсы запуска, вырабатываемые делителем 28 частоты. Фиксация результатов измерения отклонения модуляционной характеристики от линейного закона f(t) осуществляется на экране индикатора 29 в реальном масштабе времени. С помощью первого 22 и второго 31 строб-каскадов- измерения производятся только в течение длительности сигнала с выхода усилителя 2 промежуточной частоты. Поскольку переходные процессы в частотных детекторах 8 и 9 к моменту времени t закончены за счет сигнала второго нератора 1А высокой частоты, то их

3 ге

0 5 Q

5

0

5

0

5

выходные сигналы не имеют выброса в начале импульса и информация об отклонениях модуляционной характеристики частотно-модулированного генератора 1 7 не теряется.

По окончании импульса частотно-модулированного генератора 17 процесс измерения заканчивается и устройство переходит в исходное состояние. Цикличность процесса измерения обеспечивается выработкой делителем частоты циклично повторяющихся импульсов синхронизации. С помощью двух переключателей выбирается необходимый диапазон измеряемых величин.

В известном устройстве во время переходных процессов, обусловленных инерционностью частотных детекторов и имеющих длительность порядка 2 мкс, измерение отклонений модуляционной характеристики частотно-модулированного генератора от линейного закона невозможно. В результате происходит потеря части полезной информации. Предлагаемое устройство позволяет устранить влияние этих переходных процессов на результат измерения и тем самым повысить точность измерения.

Формула изобретения Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов по авт.св. № 1228028, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния точности измерений, в него введены последовательно соединенные второй генератор высокой частоты, второй фазовращатель и электронный коммутатор, третий вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам основного частотного детектора и умножителя частоты, а также первый и второй строб-каскады, выходы которых соединены соответственно с входами индикатора и электронно-счетного вольтметра, а первые входы подключены соответственно к выходам видеоусилителя и усилителя сигнала ошибки, кроме того, вход второго генератора высокой частоты соединен с выходом первого генератора высокой частоты, а вторые входы коммутатора, первого и второго строб-каскадов подключены к второму выходу делителя частоты.