Способ измерения центральной частоты полосового фильтра Советский патент 1989 года по МПК G01R27/28 

1

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения центральной частоты

полосовых фильтров телевизионных и приемопередающих устройств, анализаторов спектра, анализаторов гармо3145

ник, антенных и селективных усилителей, кварцевых резонаторов и т.д., содержащих в полосе пропускания амплитудно-фазовые искажения и несим- метрИчную относительно центральной частоты фазочастотную характеристику.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства , реализующего способ; на фиг.2а - амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра; на фиг.26 - его несимметричная фазочас тотная характеристика,

Сущность способа заключается в следующем. .

На полосовой фильтр разновременно воздействуют разночастотные тестовые сигналы с одинаковь1ми амплитуда- ми и и„ и и нулевыми фазовыми сдвигами.

Частота о первого тестового сигнала устанавливается равной СО cOi для того, чтобы фазовый сдвиг (, вы- ходного сигнала полосового фильтра имел положительное или отрицательное значение в пределах полосы пропускания 2n.no уровню 0,7иц,„цс Допустим, что на вход полосового фильтра посту- пает первый тестовый сигнал (фиг.2а)

и, (t) .t

(1)

с частотой W, , лежащей в пределах полосы пропускания 2сг, т.е. ,6COo +«г), где сОо - измеряемая центральная частота.

На выходе полосового фильтра появляется первый выходной сигнал

и (t) k,((0. t + q, ), (2)

где К, - коэффициент передачи полосового фильтра на частоте W, , например, с положительным начальньм фазовым сдвигом if , Измеряют и запоминают амплитудное

значение первого выходного сигнала

фильтра (фиг.2а)

и, к,и„.

(3)

и напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу Ц, (фиг.26),

и К, , (4) где К - коэффициент.пропорциональности.

1

Затем на полосовой фильтр подают второй тестовый сигнал

Uj(t) U sincOjt

(5)

с частотой следования W СО, +&со, (фиг.2а), например, а со, 2$2.

На выходе полосового фильтра появляется второй выходной сигнал

и (t) ((Ojt -tfj), (6)

где Kj - коэффициент передачи полосового фильтра на частоте COj с отрицательным начальным фазовым сдвигом -с При .этом амплитудное значение

и,

(7)

второго выходного сигнала (6) фильтра не должно быть меньше амплитудного значения (5) второго тестового сигнала, т.е.

Uji и„ (или Kji 1)

(8)

В противном случае увеличивают частоту первого тестового сигнала (2) или уменьшают частоту второго тестового сигнала за счет уменьшения значения ожидаемой полосы пропускания полосового фильтра. Измеряют значение напряжения, пропорционального отрицательному фазовому сдвцгу (jf , вносимому полосовым фильтром во второй тестовый сигнал на частоте сэ, и регистрируют результат измерения (фиг.26)

-и.

.-кср,.

(9)

который запоминают.

45 Полученное значение фазового сдвига (f J второго тестового сигнала сравнивают по модулю со значением фазового сдвига Ср, первого тестового сигнала, т.е.

или

j-uj

Ср, (-Ч-г.

(10)

(11)

55

Подстраивают частоту второго тестового сигнала (5) до значения cOj (фиг.2а), при котором равны модули фазовых сдвигов, т.е.

. Cf,,. (12) в результате на вход полосового фильтра поступает второй тестовый сигнал с частотой (05(фиг.2а), т.е

Us(t) U sincOjt. (13)

Второй выходной сигнал полосового фильтра в этом случае может быть представлен выражением

значений (3) и (19) первого и второго выходных сигналов (2) и (18) полосового фильтра (фиг.26), т.е.

5Ug и, , (20)

или равенство коэффициентов передачи полосового фильтра на частотах (з) и ч СО, , т.е. 10tr tr (21)

К, К,.

Затем измеряют и запоминают значение фазового сдвига (- ) э частоте «4- В результате получают где (tfa) отрицательный фазовый 15 (фиг.26)

г TfDtrr Dunr .Tfi j i iat-rt

(22)

U,(t) K,(c03t -Cf,), (U)

сдвиг, вносимый полосовым фильтром во второй тестовый сигнал (13) на частоте «3 (фиг.2а,6);

-и -Kcf,.

Определяют и запоминают полусумму фазовых сдвигов q, и (- (f) перKj - коэффициент передачи по- 20 вого и второго выходных сигналов (2) лосового фильтра на частоте СО. .

и (18) полосового фильтра, т.е.

йЧ. (Cf, -tp)/2, (23) или (фиг.2б)

Измеряют и запоминают амплитудное значение второго выходного сигнала (14) полосового фильтра. В результате получают (фиг.2а)

Uc

KjU.

(15)

Ли, 0,5(и, - U6).0,5K(cf,-q )o Кде,.

Затем амплитудное значение (15)

Значение фазового сдвига Л(, определяемое выражениями (23) или (24), второго выходного сигнала полосового 30 представляет собой смещение (или фильтра сравнивают с амплитудным зна- напряжение смещения) фазочастотной

чением (3) первого выходного сигнала фильтра, т.е. решают неравенство

, . (16)

При Uj. и изменяют частоту второго тестового сигнала до значения С0(фйг.2а). В этом случае на вход полосового фильтра поступает сигнал

характеристики по оси ординат параллельно самой себе. В большинстве реальных полосовых фильтров из-за внут35 ренних набегов фазовых сдвигов, вносимых отклонением реактивных элементов активных и пассивных цепей от номинальных значений, фазочастотная характеристика смещена и поэтому не

) .

(17)

Выходной сигнал полосового фильтра описываете выражением

Ug(t) (co4t -Cf4) (18)

4569116

значений (3) и (19) первого и второго выходных сигналов (2) и (18) полосового фильтра (фиг.26), т.е.

5Ug и, , (20)

или равенство коэффициентов передачи полосового фильтра на частотах (з) и ч СО, , т.е. 10tr tr (21)

К, К,.

(22)

-и -Kcf,.

Определяют и запоминают полусумму фазовых сдвигов q, и (- (f) первого и второго выходных сигналов (2)

20 вого и второго выходных сигналов

25

и (18) полосового фильтра, т.е.

йЧ. (Cf, -tp)/2, (23) или (фиг.2б)

Ли, 0,5(и, - U6).0,5K(cf,-q )o Кде,.

характеристики по оси ординат параллельно самой себе. В большинстве реальных полосовых фильтров из-за внутренних набегов фазовых сдвигов, вносимых отклонением реактивных элементов активных и пассивных цепей от номинальных значений, фазочастотная характеристика смещена и поэтому не

переходит через нуль на центральной частоте.

Смещение фазочастотной характеристики используется для высокоточного определения центральной частоты полосового фильтра. Для чего измеряют разность частот тестовых сигналов

Изобретение относится к технике измерений и служит для повьппения точности измерения центральной частоты полосового фильтра. Сущность способа заключается в разновременном воздействии на полосовой фильтр разночастотными тестовыми сигналами. Причем частоту первого тестового сигнала устанавливают такой, чтобы вносимый фазовьй сдвиг,имел, например, положительное значение в пределах полосы прозрачности. Измеряют и запоминают значение вносимого фазового сдвига и амплитудное значение первого выходного сигнала полосового фильтра. Затем на полосовой фильтр подают второй тестовый сигнал с частотой, при которой вносимый отрицательный фазовый сдвиг по модулю равен вносимому фазовому сдвигу первого тестового сигнала. Измеряют и запоминают амплитудное значение второго выходного сигнала полосового фильтра и результат сравнивают с амплитудным значением первого выходного сигнала фильтра. Изменяют частоту второго тестового сигнала до их равенства. Затем измеряют значение вносимого фазового сдвига на зтой частоте, определяют и запоминают полусумму фазов сдвигов, вносимых полосовым фильтром и первый и второй тес.товые сигналы. Измеряют разность частот этих тестовых сигналов, уменьшают ее в четыре раза и запоминают. Увеличивают, и уменьшают соответственно частоты первого и второго тестовых сигналов на запомненное значение. Попарно измеряют и запоминают вносимые фазовые сдвиги на установленных частотах. Определяют их полусумму, которую сравнивают с предыдущей полусуммой фазовых сдвигов, и подстраивают частоту второго тестового сигнала в направлении их равенства. О значении центральной частоты полосового фильтра судят по полусумме частот первого и второго тестовых, сигналов. 2 ил. $ сл 4 СП Од ;О

где

К.

- коэффициент передачи полосового фильтра на частоте со (-(f) - вносимый фазовый сдвиг

на частоте СОц .

Измеряют и запоминают амплитудное значение сигнала (18) (фиг.2б), т.е.

Ue К,и„. (19)

Частоту второго тестового сигнала изменяют до значения w, при котором обеспечивается равенство амплитудных

UC04, («4 -Wj ),

(25)

уменьшают ее в четыре раза и полу- 50 ченный результат

&СО,

Лсо, /4 0,25(04 -. ) (26)

запоминают.

55 Затем увеличивают и уменьшают, соответственно, частоты первого и второго тестовых сигналов (1) и : (17) на запомненное значение (26) частоты йсо. В результате чего полу7

чают, соответственно, первый и рой тестовые сигналы в виде

U,(t) (Q, +uC02)t U sincOjt

и

U,o (t) (G)4-UCO)t 28) U sincOfet.

При разновременной подаче сигналов (27) и (28) на вход полосового фильтра на его выходе появляются первый и второй выходные сигналы в виде

и„ (t) (cOst-«-Cps) (29)

и

, U,Jt)(cOtt-q ), (30)

где КJ и Kg - коэффициенты передачи полосового фильтра на частотах cOg и cOg соответственно;

Ср, и (-iff) - вносимые фазовые сдвиг на частотах со, и cOg (фиг.2а,б).

Повторно измеряют и запоминают фазовые сдвиги сигналов (29) и (30) на установленных частотах СОу и cOg тестовых сигналов. В результате чего получают (фиг;26) величины

(31)

и

8

Kcfj

и

-и, -Kcf.

Определяют полусумму фазовых сдвигов, т.е.

itf,, ((-PS - Ч .б)/2 или

uUj 0,5(U8 - и,)

0,5К( -Ч) ACfj, которую сравнивают с прсуммой (23) или (24) фа т.е. решают неравенство

UXf 2

или

uUjb CkU, . . (36) Подстраивают частоту, второго тестового сигнала в направлении их равенства. Допустим это обеспечивается при частоте их второго тестового сигнала (фиг.2а)

, (37)

и,з (t) .

118

В этом случае второй выходной сигнал полосового фильтра может быть представлен в виде

U,(t) (c07t -tpj , (38)

где К - коэффициент передачи полосового фильтра на частоте СО ;

(-Cf) - вносимый фазовый сдвиг. Измеряют значение вносимого фазового сдвига (-%) . В результате чего получают (фиг.26) величину

-и,о -K(f,. (39) Вновь определяют полусумму фазовых

сдвигов (,

Лсрз (tf, )/2 (0)

(41)

или

ди, 0,5(Ue - ) 0,5K(q 5-q 7 ) KuCfj.

Следует отметить, что необходимое количество аналогичных тактов итерации проводят до момента равенства полусумм фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов полосового фильтра. Пусть на частоте О (фиг.2а) обеспечивается равенство полусумм фазовых сдвигов, т.е.

(42)

йМ ,

или

& и, ли, . (43)

Фактическое число тактов итерации устанавливают в зависимости от допустимой погрешности сравнения полусумм фазовых сдвигов.

О значении центральной частоты фильтра судят по полусумме частот (О5 и CO-J (фиг.2а) первого и второго тестовых сигналов (27) и (37), т.е.

0)0 0,5(С05 + СЗ) ()

Устройство (фиг.1), реализующее способ, содержит перестраиваемые генераторы 1 и 2 частот первого и второго тестового сигналов, трехполюсный переключатель 3, контролируемый полосовой фильтр 4, цифровой фазометр 5, цифровой вольтметр 6, дифференщ1аль- ный частотомер 7, смеситель 8, фильтр 9 верхних частот, делитель 1Q частоты на два и цифровой частото- мер 11.

Работа устройства заключается в следующем.

Трехполюсный переключатель 3 устанавливают в положение, указанное на фиг.1, В результате на вход контролируемого полосового фильтра 4 поступает первый тестовый сигнал (1), частота которого устанавливается равной СО, в пределах полосы пропускания фильтра 4. Одновременно этот сигнал поступает на первый вход цифрового фазометра 5. На второй вход цифрового фазометра 5 поступает выходной сигнал (2) контролируемого фильтра 4. Этот сигнал поступает также на вход цифрового вольтметра 6 (фиг.1).

С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига Ср, вносимого полосовым фильтром 4 в первый тестовый сигнал (1) на частоте СО, . Результат измерения запоминают. С помощью цифрового вольтметра 6 измеряют амплитудное значение (3) первого выходного сигнала полосового фильтра 4.

Затем Трехполюсный переключатель 3 устанавливают в положение, противоположное показанному на фиг.1. Устанавливают частоту второго генертора 2 равной со,, . В результате на вход полосового фильтра 4 и первый вход цифрового фазометра 5 поступает второй тестовый сигнал (5). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал (6).

С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимого полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал. Результат измерения (9) запоминают, а затем сравнивают по модулю со значением (4) фазового сдвига первого тестового сигнала.

Затем подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 до значения СО}, при котором обеспечивается равенство (12) модулей фазовых сдвигов. В результате на вход контролируемого полосового фильтра 4 поступает второй тестовый сигнал, описыва)змый вьфажением (13). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал, описываемый выражением (14), С помощью цифрового вольтметра 6 измеряют амплитудное значение сигнала (14). Результат измерения (15) запоминают, а затем сравнивают с амплитудным значением

(3) первого выходного сигнала контролируемого полосового фильтра 4.

Изменяют частоту выходного сиг-, нала генератора 2 до значения СО , при котором выполняется равенство (20). В зтом случае входной и выходной сигналы контролируемого фильтра 4 могут быть представлены выражения0 ми (17) и (18) соответственно.

С,помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимое полосов 1М фильтром на частоте 0)4 . Результат измерения (22) за5 поминают.

Определяют и запоминают полусумму (24) фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов (2) и (18). Затем с помощью дифференциального

0 частотомера 7 измеряют разность частот тестовых сигналов (1) и (17), результат уменьшают в четыре раза и запоминают.

Увеличивают частоту выходного

5 сигнала генератора 1 на запомненное значение (26), а частоту выходного сигнала генератора 2 уменьшают на это значение (26). В результате получают первый и второй тестовые сигна0 лы (27) и (28) с частотами Q и со . Переводят трехполюсвый переключатель 3 в исходное положение, указанное на фиг.1. В результате на вход полосового фильтра 4 и первый вход

5 фазометра 5 поступает сигнал (27), а с его выхода на вход цифрового вольтметра 6 и второй вход цифрового фазометра 5 - сигнал (29).

40

45

50

С помощью цифрового фазометра 5 измеряют фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром в первый тестовый сигнал (27) на частоте W . Результат измерения (31) запоминают.

Затем проводят Трехполюсный переключатель 3 в положение, противоположное указанному на фйг.1, и измеряют фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал (28) на частоте cOg.

Результат измерения (32) запоминают. Определяют полусумму (33) полученных фазовых сдвигов тестовых сиг- налов, которую сравнивают с предьщу- щей полусуммой (23) фазовых сдвигов. При их неравенстве подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 в направлении их равенства, которое

обеспечивается на частоте второго тестового сигнала (37), равной СО; - С помощью цифрового фазометра 5 измеряется значение фазового сдвига q, , твносимого контролируемым фильтром 4 во второй тестовый сигнал (38) на частоте Q,- случае обеспечивается равенство (42) полусумм (23) и (40) фазовых сдвигов.

О значении центральной частоты фильтра судят по полусумме частот СО и СО первого и второго тестового си гналов (27) и (37), определяемой по показанию цифрового частотомера 11 Последний подключен к выходу смесителя 8 через делитель 10 частоты на два и фильтр 9 верхних частот.

Поскольку на входы смесителя 8 поступают, в конечном счете, сигналы (27) и (37) с частотами СО и СО, , то на выходе смесителя 8 появляются сигналы с частотами

145691112

Формула изобретения

Способ измерения центральной частоты полосового фильтра, основанный на определении полусуммы частот тестовых сигналов при равенстве коэффициентов передачи симметричной амплитудно-частотной характеристики и фа10 зовых сдвигов фазочастртной характеристики полосового фильтра на этих частотах, выбранных слева и справа относительно измеряемой центральной частоты, отличающийся

. 15 тем, что, с целью повьшения точности измерения центральную частоту определяют через полусумму частот тестовых сигналов, выбранных слева и справа относительно измеряемой центральной частоты внутри плоского участка симметричной амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра при равенстве ее коэффициентов передачи на этих частотах и равенстве полу суммы фаз о Бьпс сдвигов фа- зочастотной характеристики на этих частотах полусумме фазовых сдвигов фазочастотной характеристики, получаемых при равенстве коэффициентов 30 передачи симметричной амплитудно-час тотной характеристики на частотах, выбираемых слева и справа относитель но измеряемой центральной частоты за пределами плоского участка амплитуд- 35 но-частотной характеристики полосового фильтра.

20

.Оо, С07 + СО,

(45)

и

WOZ WT-

(46)

С помощью фильтра 9 верхних частот. вьщеляется сигнал с частотой (45). С помощью делителя 10 частоты этот сигнал делится на два. Частота (44) выходного сигнала измеряется, с помощью цифрового частотомера 11 и по полученному результату судят о значении центральной частоты контролируемого полосового фильтра 4.

X

Способ измерения центральной частоты полосового фильтра, основанный на определении полусуммы частот тестовых сигналов при равенстве коэффи: циентов передачи симметричной амплитудно-частотной характеристики и фа0 зовых сдвигов фазочастртной характеристики полосового фильтра на этих частотах, выбранных слева и справа относительно измеряемой центральной частоты, отличающийся

15 тем, что, с целью повьшения точности измерения центральную частоту определяют через полусумму частот тестовых сигналов, выбранных слева и справа относительно измеряемой центральной частоты внутри плоского участка симметричной амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра при равенстве ее коэффициентов передачи на этих частотах и равенстве полу суммы фаз о Бьпс сдвигов фа- зочастотной характеристики на этих частотах полусумме фазовых сдвигов фазочастотной характеристики, получаемых при равенстве коэффициентов 30 передачи симметричной амплитудно-частотной характеристики на частотах, выбираемых слева и справа относительно измеряемой центральной частоты за пределами плоского участка амплитуд- 35 но-частотной характеристики полосового фильтра.

20

25

Фиг.

..

Редактор В.Данко

Составитель Л.Муранов Техред М.Дидык

0.707 f/,

max

-Uti -Ktp

Фиг. 2

Корректор В.Бутяга