Устройство для измерения малых коэффициентов гармоник сигнала Советский патент 1989 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к радиоизмерениям и может использоваться для измерения коэффициентов гармоник сигнала с прецизионной формой волны.

Цель изобретения - повышение точности измерения малых коэффициентов гармоник сигнала.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения малых коэффициентов гармоник сигнала.

Устройство содержит блок I искажения (синусоидального) сигнала - диодный ограничитель или любой другой нелинейный элемент, - вход которого является входом устройства.

Выход блока 1 искажения сигнала через последовательно соединенные коммутатор 2, фазовращатель 3, сумматор 4, фазовращатель 5, сумматор 6 1И коммутатор 7 подключен к входу анализатора 8 спектра. Вход блока 1 искажения сигнала подключен к второму входу коммутатора 2, и через аттенюатор 9 к второму входу сумматора 6. Выход коммутатора 2 через аттенюатор 10 соединен с вторым входом сумматора 4, выход которого подключен к второму входу коммутатора 7.

Устройство работает следующим образом.

Коммутаторы 2 и 7 устанавливают в положение I. На вход устройства подается исследуемый сигнал, который можно предетави ть в виде

U(t) cosXkat-i:(x), С)

где - амплитуда k-й гармоники;

tfj,- фаза k-й гармоники; k - номер гармоники; 52 - круговая частота первой гармоники.

Вследствие того, что высшие гармоНИКИ предполагаются малыми, справед- ЛИБО неравенство при .

В блоке 1 сигнал (1) произвольно искажается. На выходе блока 1 появляется сигнал с широким спектром гармонических составляющих, который можно представить в виде, аналогичном виду сигнала (I):

, 00 г,

и (t) 2IU,cos(k«t + Cf) (2)

причем U,U| при .

Далее сигнал (2) разветвляется, проходит параллельно включенные фазовращатель 3 и аттенюатор 10 и суммируется в сумматоре 4. На выходе сум

матора в виде

4 сигнал можно представить

и.

00,I

,(t) 21к,..и. cosCkot-t-Cf ) +

V-4

H-K U cosCk ilt+Cf +Cfl),(3)

где Кд - коэффициент передачи аттенюатора 10;

Ка, - коэффициент передачи фазовращателя .1 на частоте k-й II гармоники; tf |j - сдвиг фазы k-й гармоники

сигнала (2) фазовращателем 3 . Если , то амплитуда k-й гармоники сигнала (3) определяется из выражения

0

5

0

5

0

0

5

5

и.

Из

ггк (4)

К (l+cosCp;). . (4)

ТА видно.

что максимальное значение Uj-) принимает, если ср, 0, и минимальное значение (U,-,,0) . тогС1 - ,

да.,если i«. С выхода сумматора 4 сигнал (З) через коммутатор 7 поступает на вход анализатора 8 спектра. Фазовращателем 3 изменяют (р до уста- новкиСр1 0. Контроль осуществляют по максимальному значению первой гармоники на экране анализатора 8 спектра.

Фазовращателем 3 продолжают изменять Ср до получения первого минимального значения , которое контролируется анализатором 8 спектра, а затем аттенюатором 10 изменяют Кд до первого обращения в ноль k-й гармоники сигнала (3), контроль осуществляют анализатором 10 спектра при его максимальной чувствительности.

Первый ноль k-й гармоники сигнала (3) согласно (4) возможен при условии, еслис| ,Ти ,

Необходимо отметить, что, поскольку период первой гармоники всегда больше периода k-й гармоники, то т.е. в сигнале (3) при первом обращении в ноль k-й гармоники первая гармоника в ноль не обращается.

Уровень k-й гармоники после обращения ее в нуль определяется динамическим диапазоном анализатора спектра и может быть меньше первоначального на 80-90 дБ.

Далее коммутаторы 2 и 7 устанавливают в положение II. Исследуемый сигнал (1) проходит коммутатор 2 и разветвляется, проходит параллельно включенные фазовращатель 3 и аттенюатор 10, а затем суммируется в сумматоре 4. Поскольку частота исследуемого сигнала (1) имеет то же значение,

Так как компенсация гармоник производится при уровнях, значительно превышающих уровень собственных шумов анализатора 8 спектра, то точность измерения практически определяется точностью измерения анализатором спектра, так как уровень k-й гармоники в опорном сигнале на 80-90 дБ меньше уровня k-й гармоники исследуемого сигнала.

1449925

что и частота сигнала (2) условия обращения в ноль k-й гармоники сигнала (2), q f и , сохраняются и для сигнала (1), Таким образом, на выходе сумматора 4 формируется опорный сигнал, в котором обязательно присутствует первая гармоника, а уровень k-й гармоники по сравнению с уровнем k-й гармоники сигнала (1) IQ меньше (80-90 дБ),С выхода сумматора 4 опорный сигнал через фазовращатель 5 поступает на первый вход сум-Формула изобретения матора 6.

Устройство для измерения малых коэффициентов гармоник сигнала, содержащее последовательно соединенные первьй сумматор, первый коммутатор и анализатор спектра, а также второй коммутатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены последоНа второй вход сумматора 6 через аттенюатор 9 поступает исследуемый .сигнал (1). С выхода сумматора 6 суммарньш сигнал через коммутатор 7 поступает на вход анализатора 8 спектра. Фазовращателем 5 изменяют фазу опорного сигнала, а аттенюатором 9 амплитуду исследуемого сигнала (1) до обращения в ноль первой

15

20

вательно соединенные первый фазовращатель, второй сумматор и второй

вательно соединенные первый фазовращатель, второй сумматор и второй

гармоники суммарного сигнала на выхо- 25 фазовращатель, а также блок искажения

де сумматора 6. Контроль осуществляют анализатором 8.спектра. Далее анализатором 8 спектра измеряют уровень k-й гармоники по отношению к уровню первой гармоники исследуемого сигнала (1).

Уровень первой гармоники измеряют анализатором 8 спектра при установке коммутатора 2 в положение III, коммутатора 7 - в положение II. В этом случае исследуемый сигнал через аттенюатор 9, сумматор 6 и положение II коммутатора 7 проходит на вход анализатора 8 спектра.

30

35

сигнала, первый и второй аттенюаторы, вход блока искажения сигнала соединен с вторым входом второго коммутатора и через первый аттенюатор - с вторым входом первого сумматора, выход второго коммутатора подключен к входу первого фазовращателя и через второй аттенюатор - к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого коммутатора, выход второго фазовращателя подключен к входу первого сумматора, вход блока искажения сигнала является входом устройства.

Так как компенсация гармоник производится при уровнях, значительно превышающих уровень собственных шумов анализатора 8 спектра, то точность измерения практически определяется точностью измерения анализатором спектра, так как уровень k-й гармоники в опорном сигнале на 80-90 дБ меньше уровня k-й гармоники исследуемого сигнала.

Формула изобретения

15

20

вательно соединенные первый фазовращатель, второй сумматор и второй

фазовращатель, а также блок искажения

0

5

сигнала, первый и второй аттенюаторы, вход блока искажения сигнала соединен с вторым входом второго коммутатора и через первый аттенюатор - с вторым входом первого сумматора, выход второго коммутатора подключен к входу первого фазовращателя и через второй аттенюатор - к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого коммутатора, выход второго фазовращателя подключен к входу первого сумматора, вход блока искажения сигнала является входом устройства.

Изобретение, относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения козффициентов гармоник сигнала с прецизионной формой волны. Цель изобретения - повышение точности измерения малых коэффициентов гармоник сигнала. Коммутаторы 2 и 7 устанавливают в положе-- ние I, .Входно й сигнал в блоке 1 искажения сигнала искажается и проходит через фазовращатель 3 и аттенюатор 10, после чего суммируется в сумматоре 4. Фазовращателем 3 изменяют фазу сигнала до установления нулевого сдвига фаз, контроль которого осуще- ствляют по максимальному значению первой гармоники на экране анализатора 8 спектра. Далее коммутаторы 2 и 7 устанавливают в положение II. Входной сигнал через блок Г проходит коммутатор 2, затем фазовращатель 3 и атте- нюатор 10 и суммируется в сумматоре 4, с выхода сумматора сигнал через фазовращатель 5 поступает на первый вход сумматора 6, на второй вход которого через аттенюатор 9 поступает входной сигнал. Фазовращателем 5 меняют фазу, а аттенюатором 9 - амплитуду опорного сигнала до обращения в нуль первой гармоники сигнала на выходе сумматора 6. 1 ил. Ф (Л