Устройство для измерения частотной неравномерности группового времени запаздывания преобразователей частоты Советский патент 1988 года по МПК G01R27/28 

N)

11A

Изобретение относится к измерительной технике и является усовершен- ствопанием изобретения по авт.св. № 1337817.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности измерения частотных неравномерностей группового времени запаздьюания (ГВЗ) преобразователей частоты.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 качающейся частоты (ГКЧ), исследуемый преобразователь 2 частоты, частотно-модулированный (ЧМ) генератор 3, п-ервый частотный демодулятор 4, селективный усилитель 5, первый 6 и второй 7 амплитуд1 ые детекторы, первый аналоговый делитель 8, интегратор 9, дифференциатор 10, измеритель 11 группового времени запаздывания (ЯГВЗ, последовательно соединенные второй частотный демодулятор 12, селективный фильтр 13, третий амплитудный детектор 14 и второй аналоговый делитель 15, первую 16, вторую 17 и третью 18 клеммы устройства для подключения исследуемого преобразователя частоты. При этом частотный демодулятор 4 выполнен в виде последовательно соединенных дифференди- рующей цепи 19 и амплитудного демодулятора 20, а частотный демодулятор 12 выполнен по схеме дробно частотны

дискриминаторов, нечувствительных к изменению амплитуды ЧМ сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 формирует сигнал Up(t) линейно изменяющийся по частоте

Ur(t)-U ,t + Cfr(t),(1)

где Ufm амплитуда колебаний;

tOf СО„+oit - частота колебаний, изменяющаяся по линейному закону;

ai

,d W.

dt

скорость перестройки частоты;

) - фазовые флуктуации сигнала генератора.

Этот сигнал поступает на гетеродинный вход исследуемого преобразователя 2 частоты, на сигнальный вход которого подается частотно-модулированный сигнал и (t) от ЧМ генерато - ра 3:

Uc(t)U sin cOct+psin п t+Cf(t))

где Uj. - амплитуда колебаний; QCJ

р) -гт- - индекс частотной модуляции;

Cpj(t) - фазовые флуктуации сигнала ЧМ генератора 3; П 2 iГFд; - модулирующая частота.

Сигнал Up (t) промежуточной частоты на выходе исследуемого преобразователя 2 частоты может быть записан в виде

Изобретение может быть использовано для создания специализированных панорамных измерителей частотных неравномерноетей группового времени запаздывания преобразователей частоты. Устройство для измерения частотной неравномерности группового времени запаздывания преобразователей частоты содерясит генератор I качающейся частоты, частотно-модулированный генератор 3, частотные демодуляторы 4,12, селективный усилитель 5, амплитудные детекторы 6,7,14, аналоговые делители 8,15 интегратор 9, дифференциатор 10, измеритель II группового времени запаздывания, селективный фильтр 13. Частотный демодулятор 4 вьшолнен в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепи 19 и амплитудного демодулятора 20, Устройство имеет повьшенные разрешающую способность и точность измерения. ил. i (Л

Uc(t) К„ (to)-и. sinfcOn t + /5sin f

4nt +irr,(n) + :i ,(C3n,) + q ,(Q«,)-4,(t)-cp,(t). (3)

де )

г

(W)

CM

Q-Sкоэффициент преобразования исследуемого преобразователя 2 час- дс то ты;

фазовый сдвиг огибающей, вносимый входными цепями исследуе;- мого преобразователя 2 частоты на преобразуемой частоте СО ; (Up,)- фазовый сдвиг огибаю50

CV

иен, вносимый цепями промежуточной частоты (полосовым фильтром, усилителем исследуемого преобразователя 2 частоты;

с

0

5

tcM (сОс) .и)

С (сОпц ) - ГВЗ тракта промежуточной частоты исследуемого преобразователя 2 частоты;

ГВЗ входных цепей исследуемого преобразователя 2 частоты; фазовый сдвиг, вносимый исследуемым преобразователем 2 на частоте СОпц .

В выражении (3) в огибающей отсутствует составляющая, обусловленная не равномерное тями ГВЗ генератора качающейся частоты (гетеродина), так как известно, что произвольное изменение

сигнала не влияет на фазу огибающей. Сигнал с выхода исследуемого преобразователя 2 частоты поступает на

и.,, (t). й1Ш.к,

(jt )-

+ а с:

t +

где К

„,,dC,,dr..,,,- t.ac,,)

(n.(t) - - «-if-- -i i . i -

+ |isin nt+a,(o,)-Hn(Q)-q.(n) ч-д.Сш,) +

tfcA, («Пч) (t) - C|,(t) ,(4)

- коэффициент передачи диф- tf .ф(П) - фазовый сдвиг, вносимый

А«7

ференцирующей цепи 19; - постоянная времени дифЧ

AKq

ференцирующей цепи 19;

(П) - фазовый сдвиг, вносимый дифференцирующей цепью на частоте огибающей Q. ;

20

дифференцирующей цепью 19 на промежуточной частоте Q пц .

Демодулируя сигнал (4) амплитудным демодулятором 20, на выходе частотного демодулятора 4 получают сигнал V(.е(л (t) в виде

дем (t)K&t5(n4)-Kjt. Кпц(сап,) С д„:р и „ со„ч +

РЧ - ..n,,) .(t)).c,,(a) . - -р--ЙП , d,Iti dC.Itll (5

J

К дСсОр,,) - АЧХ амплитудного демодулятора 20;

tpjp(fi) - фазовый сдвиг, вносимый амплитудным демодулятором 20 на частоте огибающей Я. .

Uc(t)K,(n)-K,(CO)-K.K,(«,)-U, . + - SiT JcOe) + 57 D,((On t) )-t-CfAp (П) + СР,,(Л) ,

где К (Л) - коэффициент передачи се-Детектируя амплитудным

лективного усилителя 5тором 6

на частоте Q ;деляя

на его выходе

tf(tt) - фазовый сдвиг, вносимый 45 ляющую

ТЫПИК1М vnM гтытогтоилЛуЧаЮТ

сигнал U(t) и низкочастотйую сос

селективным усилителем 5 на частоте 2

сигнал

Де

Ua,i(t)

(t)Kj,,. Кдп(пц)-К .(-д.,.ш)

L dt

где Kj, - коэффициент передачи амплитудного детектора 6. Так как средняя частота со в интервале времени измерения остается постоянной, второе слагаемое в квадратных скобках выражения (7) можно считать малым по сравнению с первым

широкополосного дифференциатора 19, сигнал Uj, (t) на выходе которого имеет вид

UCM fu

пц

t +

дифференцирующей цепью 19 на промежуточной частоте Q пц .

Демодулируя сигнал (4) амплитудным демодулятором 20, на выходе частотного демодулятора 4 получают сигнал V(.е(л (t) в виде

..n,,) ЙП , d,Iti dC.Itll (5

35

J

Сложный сигнал (5), содержащий полезную составляющую частоты П , поступает на узкополосный селективный услилитель5

ходе

:y(t)

которого в виде

получают

на вы- сигнал

(6)

тируя амплитудным

6

сигнал U(t) и низкочастотйую состав детек-вы на его выходе

сигнал

Ua,i(t)

ПО ви П) Кп (G)«,)-Ue ,

dt

J

и им можно пренебречь, тогда напряжение Ug (t) принимает вид

,,-KjQj.K4,,.Kc (7)« Кп (Улц)-исл, UU)

d5i«i Jj.Jlitli . dt

(8)

5U152026

При линейной перестройке частоты Дифференцируя выражение (9), полуГКЧ и при постоянстве средней частоты С0(; генератора 3 промежуточная частота имеет вид

COnJt) СОс - Qro -oi-t,(9)

где сЭрр - начальная частота ГКЧ,

чают

) dt

-oi.

(10)

Из выражений (8) и (10) без учета

знака сигнал Uga.2(t) имеет вид I

a.(W,,).,,(Q) K JWnJ-Ue . ,(С д,, dtcj5iU nyitil

«(-ft.qp UCO) d(.j (t)

Из выражения (11) следует, что выходной сигнал амплитудного детектора 6 прямо пропорционален производной ГВЗ по промежуточной частоте COn(t) исследуемого преобразователя 2 частоты и произведению коэффициентов Передачи преобразователя 2 частоты, частотного демодулятора 4, а также входяпшх в него широкополосной диф(|)еренцирующей цепи 19 и амплитуд- FForo демодулятора 20, и амплитудному значению выходного сигнала ЧМ генератора 3. Чтобы полученный измерительный сигнал (II) не зависел от ЛЧХ исследуемого преобразователя 2 частоты - Кр,ц(иг1к) амплитудного демодулятора (сОпч) °

,, ,л , .K-AjIPjiakiSiiitiKctin К, (со,,)

,( .,.,) ,,(cO njitil ()

где К

Полученное напряжение интегриручел ) коэффициент передачи ана- 35 логового делителя 8.

и, Kj и „ (t),.- - -- ff/- fbKlHS KctM

о чз, (.ni )

«t- сл. (СО,,) + и,

где К - коэф(1)ициент передачи интегратора 9j

V - постоянная составляющая интегрирования, которая при измерении неравномер- . ностей ГВЗ не изменяет конечного результата. Для обеспечения высокой точности измерения частотных неравномерностей ГВЗ преобразователей частоты отношение

К, («пц)- Кдд(сОп1,

45

50

модулятора 4 и АЧХ тудного детектора 6 ответствующим образ этом случае перемен выходного напряжени 9 при его синхронно как следует из выра вид

и„

(м„

где

..i ji2.

DI

(сОпч)

в полосе промежуточных частот должно быть постоянным, независимым от значения Q,, I , лля чего (UHI)

чают

) dt

-oi.

(10)

Из выражений (8) и (10) без учета

знака сигнал Uga.2(t) имеет вид I

(II)

плитуды и (сигнала ЧМ генератора 3), выходной сигнал U (t) исследуемого преобразователя 2 детектируется амплитудным детек-тором 7, причем на его выходе выделяется сигнал Ug-.пропорциональный постоянной составляющей вида

%, (t)K, (го„,) К,(со„).и,„. (12)

где К («пм) АЧХ амплитудного детектора 7 в рабочей полосе на промежуточной частоте (Ощ, . .

После деления сигнала Идя г (вьфа- жение 8) на а (выражение 12) на выходе аналогового делителя 8 получают

(13)

ется синхронизируемым интегратором 9 в течение каждого периода частоты качания, что дает сигнал вида

(14)

К, («пц)- Кдд(сОп1,) частотного де

модулятора 4 и АЧХ Кд, (,) амплитудного детектора 6 должны быть соответствующим образом подобраны. В этом случае переменная составляющая выходного напряжения Uj интегратора 9 при его синхронной работе с ГКЧ, как следует из выражения 14, имеет вид

и„

(м„,)- (лсо.Г,), (15)

5

где

К -Kja-iSjii-K siP-T i-Kj-it-K alOi. Kj,, (Ш„,)

Как следует из выражения (15) результирующая переменная составляющая напряжения Uj, зависит от величины де714

виации &СО частоты ЧМ генератюра 3. При недостаточной стабильности инUU

декса р -- частотно-модулированно- t и

го сигнала U(,(t) выражение (15) может быть представлено в виде

Uv,(t)(cOn,)- Lg« (uCDo+uu(t)) ,(сОпц)-&ио- К Гс„ (cOn,)-uQ(t). (16)

Из выражения (16) следует, что при наличии нестабильностей девиации частоты utO (t) возникает дополнительная погрешность измерения неравномернос- тей ГВЗ - AC J. (Шпц) которая уменьшает разрешающую способность измерителя и искажает реальш.й вид кривой частотных неравномерностей ГВЗ, наблюдаемой на экране индикатора ИГВЗ.

- де«а

4D2

U-r,

где S

0

и

тог

Р

- крутизна демодуляционной характеристики частотного демодулятора 12; амплитуда ограничителя частотного демодулятора 12;

dlPcCt)

-jTl - производная составляющая

фазовых шумов ЧМ генератора 3.

Выделяя из сигнала (17) селективным фильтром 13 составляющую частоты Q, получают

(f ( 413 Umorp uQo- Cj(t) Sinnt,

I(18)

где Кр (Т2) коэффициент передачи селективного фильтра 13 на частоте S7 .

Детектируя линейным амплитудным детектором 14 сигнал (18), при практически всегда удовлетворительном, условии

(t) (19) на его выходе получают

и,

«i

К.

К,

4D

где К

(ЛОв uco(t)), (20)

- коэффициент передачи ампплитудного детектора 14. Поделив сигнал (16) на сигнал UOB (20), на выходе аналогового делителя 15 толучают измерительный сигнал

28

Для исключения зависимости и,(г) от девиации частоты iU и ее нестабильностей UQ (t) сигнал U(t) дсли - ся в аналоговом делителе 15 на дополнительный сигнал, прямо пропсфциональ- ный величине девиации частоты и ее нестабильности uCJj, +дсо(Г.) ЧМ генератора 3. Дополнительный сигч;ал фо мируется посредством последовательно соединенных функциональт1х блоков: частотного демодулятора J2, срле стив ного фильтра 13,и амплитудного детектора IА .

При подаче на вход частотного демодулятора 12 ЧМ сигнала, модулированного одной гармонической частотой Q. и содержащего нестабнл; нут д; частоты, т.е. при Лео 6.СОо+-лсО (-} ,

сигнал на выходе частотнп1-с нсмодуля- тора 12

(

где К

.

К,

Коэффициент К

„„

ной величиной.

- коэффициент лрреД Г- чи логового делителя 15 сь: налов;

i:J,

. Ч Ч

CfJ- 43 :

ярляетси посто тч

Таким образом, выходной изкери- тельный сигнал (2) прпмо пропо1;)цп нален только частотным неравном ряос.- тям Г. исследуемого преобразователя частоты и не зависит от параметров сигнала ЧМ генератора 3. Формула изобретения Устройство для измерения частсг

ной неравномерности группового время- ни запаздывания преобразователей частоты по авт.св. № 1337817, отличающееся тем, что, с цельк,- повышения разрешающей способности и точности измерений, в него введен второй аналоговый делитель, включенный между выходом интегратора и йхо- дом измерителя группового времени запаздьшания второй вход которого

через последовательно соединенные второй частотный демодулятор, селективный фильтр и третий амплитудный детектор подключен к выходу частотно-модулированного генератора.