Устройство для измерения фазовых характеристик Советский патент 1989 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических уст- ройств как в функгут изменения входной разности фаз, так и в функции из енения амплитуды сигнала на их входе и является усовершенстрованием устройства по авт. св. № 1247690.

Цель изобретения - повышение точности измерения фазовых характеристик исследуемых фазометрических устройств.

На чертеже представлена структур- ная схема устройства.

Устройство для измерения фазовых характеристик содержит генератор 1 высокочастотного (эталонного) сигнала, регулятор 2 уровня, формировател 3 боковых составляющих, фазозадающий блок 4, блок 5 восстановления несущей, демодулятор 6 и индикатор 7.

Формирователь 3 содержит две системы 8 и 9 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) по вторичным биениям и установочный фазовращатель 10, фазозадающий блок 4 - генератор It сдвига, выходом соединенный с входами компенсирующего 12 и отсчетного 13 фазовращателей, а демодулятор 6 - последовательно соединенные трехвхо- довый сумматор 14, квадратичный элемент 15 и фильтр 16. Устройство также содержит дополнительный индика тор 17 и дополнительный демодулятор 18, состоящий из последовательно соединенных трехвходового сумматора 19, квадратичного элемента 20 и фильтра 21. °

Первый вход формирователя 3 боковых составлягопр х соединен с объединенными первыми входами обеих систем 8 и 9 ФАПЧ, выходы xd i opbix являются соответственно первым и вторым вы- ходами формирователя 3, второй вход

которого соединен с вторым входом . системы 8 ФАШ-1 и входом установочного фазовращателя 10, выходом соединенного с вторым входом системы 9 ФАПЧ.

Каждая из систем ФАПЧ содержит последовательно соединенные подстраиваемый генератор,- смеситель, фазовый, детектор, фильтр нижних частот, управляющий элемент, замкнутые в кольцо фазовой автоподстройки частоты по вторичным биениям. Второй .. вход смесителя явхшется первым вхо

Q

5

0

5 0 0

5

0

5

дом системы ФАПЧ, а второй вх9Д фазового детектора - вторым входом системы ФАПЧ. Первый вход формирователя 3 боковых составляющих и один из входов дополнительного демодулятора 18 подключены к выходу генератора 1 высокочастотньк сигналов и образуют выходную клемму устройства. Второй вход формирователя 3 боковых составляющих соединен с первым выходом (выходом компенсирующего фазовращателя 12) фазозадающего блока 4.Выход регулятора 2 уровня, соединенный с пер- вым входом демодулятора 6, является второй выходной клеммой устройства, а вход регулятора 2 соединен с выходом блока 5 восстановления несущей, первый вход которого, соединенный с вторыми входами демодулятора 6 и дополнительного демодуля-тора 18, соединен, с первым выходом (выходом системы 8 ФАПЧ) формирователя 3, второй выход которого (выход системы 9 ФАПЧ) соединен с третьими входами демодулятора 6 и дополнительного демодулятора 18, выходы которых (выходы фильтров 16 и 211) соответственно соединены с входами индикатора 7 и допрлнительного индикатора 17. Второй выход фазозадающего блока 4 (выход отсчетного фазовращателя 13) соединен с вторым входом блока 5 восстановления несущей.

Блок 5 восстановления несущей выполнен с использованием методов одно- полосной модуляции, с применением системы ФАПЧ по вторичным биениям, идентичной системе 8 или 9 ФАПЧ формирователя 3 боковых составляющих.

Устройство работает следующим об- разом.

Сигнал генератора 1 частоты СО яв- л.яется первым выходным сигналом, который с помощью сигнала с частотой Q. сдвига в формирователе 3 преобразуется в сигналы с нижней и верхней боковой частотой, первьш из которых вновь в блоке 5 восстановления несущей преобразуется в сигнал с частотой COj., который после регулятор а 2 уровня поступает на второй выход устройства.

Контроль изначальную установку фазовых соотношений на выходах устройства осуществляют с помощью демодуля- , торов 6 и 18 и подсоединенных к ним индикаторов 7 и 17.

1 64112, На выходах формирователя 3 боко- %2-Ч я Ч ц р 2- i(2n+1)-2-, вых составляющих присутствуют сигнагде п О,1,2,... 5 Разность фаз выходных сигналов

лы

Ag (t) AgCOS (w,-9) t + Cf.-q-, Cfg;|;

A (t)AjCOs(Q,)t + .+Cp5j ,

,Г..

10

амплитуда боковых, частота и начальная фаза

сигнала на первом входе формирователя боковых составляющих (первом выходе устройства) частота сдвига и начальная фаза сигнала на втором входе формирователя;

дополнительные фазовые сдви- ги сигналов в формирователе

ги сигналов в формирователе 20 на нижней и верхней боковой соответственно.

,Г..

С учетом последнего выражения условие обеспечения нулевых показаний индикатора 7 можно переписать в виде

ЬЦ

вы

.(2n.1)-V (

На выходе дополнительного демодулятора 18 присутствует сигнал

АД )

А., .

ДА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к технике определения фазовых характеристик (ФХ) фазометрических уст- ройств. Повышение точности измерения ФХ достигается за счет обеспечения постоянства начальных фазовых сдвигов устройства путем проведения дополш - тельной калибровки с помощью введенных дополнительно демодулятора 18 и индикатора 17. Устройство является фазовым калибратором, в котором сигнал генератора 1 с помощью фазозадаю.Aaeft щего блока 4 и формирователя 3 боковых составляющих преобразуется с ис- . пользованием, систем 8 и 9 автоподстройки частоты сначала в сигналы двух боковых составляющих амплитудно- модулированного сигнала, а затем с помощью блока 5 восстановления несущей вновь в сигнал с частотой генератора 1. Амплитуда сигнала на выходе устанавливается регулятором 2 уровня. Постоянство заданного значения фазовых соотношений между боковыми составляющими и несущей контролируется демодулятором 6 компенсационным способом по минимуму выходного эффекта на индикаторе 7. Проведение дополнительной калибровки устройства с помощью демодулятора 18 .позволяет более точно поддерживать противо фазность боковых составляющих,что обеспечивает однозначность определе- ния фазового сдвига и большую разрешающую способность компенсационного метода измерений. На чертеже показаны также фазовращатели 10, 12 и 13, генератор 11 частоты сдвига, трехвхо- довые сумматоры 14 и 19, квадратичные элементы 15 и 20 и фильтры 1 6 и 21 . 1 ил. С/) лшаГ/ ш к

На выходе блока 5 восстановления несущей присутствует сигнал

A„(t)(Wet+q e- q Jг-Ч ,.

где А., - амплитуда несущей-, н

При этом нулевые (минимальные) по- 25 казания дополнительного-индикатора обеспечиваютя при

4 55- 4 sH i 2n

(2)

С,,- начальная фаза сигнала на - 0,1,2,...

втором входе блока восста-Подставляя (2) в (1), получают для

новления несущей ,случая, когда показания индикаторов

дополнительный фазовый сдвиг одновременно равны нулю (минимальны): п finniro S НПО становления не-

в блоке 5 восстановления не сущей. На выходе регулятора уровня-сигнал 35

Ивь,, (t)ApCos(o,t+q),+q 3,-4,,+q sH «

).

где Ар - амплитуда сигнала;

Срр - фазовый сдвиг в регуляторе уровня.

. 45 ройства.

На входы демодулятора 6 одновре Вьщеляют три основных режима ра- менно поступают сигналы Ag(t), боты устройства.

При первому режиму проводят калибровку устройства.

50

AJ (t), Ap(t) и после соответствующих преобразований (перемножения и фильтрации) на его выходе получают сигнал

Установочным фазовращателем 10 д биваются нулевых (минимальных) пока заний дополнительного индикатора 17 Регулятор 2 уровня устанавливают в режим, соответствующий прямому просе хождению сигнала с выхода блока 5 восстановлений несущей на вторую вы ходную клемму устройства, отсчетный фазовращатель - в положение, соотве ствующее O dSO) и компенсирующим

Ад (t) АдСОS (4,,-%/tfH )

.cos(Qt+V% .

Нулевые показания индикатора 7 обеспечиваются при

При этом нулевые (минимальные) по- 25 казания дополнительного-индикатора обеспечиваютя при

4 55- 4 sH i 2n

(2)

Ивь,, ± Определенные значения выходной разности фаз могут быть использованы для начальной установки (калибровки) 40 устройства, что в свою очередь позволяет в любых условиях обеспечить однозначность установки выходной разности фаз с точностью, определяемой только разрещающей способностью устПри первому режиму проводят каибровку устройства.

Установочным фазовращателем 10 добиваются нулевых (минимальных) показаний дополнительного индикатора 17. Регулятор 2 уровня устанавливают в режим, соответствующий прямому прохождению сигнала с выхода блока 5 восстановлений несущей на вторую выходную клемму устройства, отсчетный фазовращатель - в положение, соответствующее O dSO) и компенсирующим

514

фазовращателем 12 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 7

По второму режиму работы измеряют фазоамплитудные характеристики ис- следуемого образца - фазометра (проверка по фазоамплитудной погрешности

Производят калибровку устройства по первому режиму. Отсчетным фазо- вращателем 13 устанавливают заданное значение выходной разности фаз и установочным фазовращателем 10 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 7. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение уровня выходного сигнала, компенсирующим фазовращателем 12 восстанавливают нулевые (минимальные) показания индикатора 7, производят регистрацию показаний индикатора исследуе- мого фазоизмерителя. Затем регулятором 2 уровня производят изменение амплитуды выходного (тестового) сигнала на заданную величину, компенсирующим фазовращателем 12 восстанав- ливают нулевые показания индикатора 7 и производят отсчет показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровня испыта- тельного сигнала дает искомое значение ФАХ (фазоамплитудная погрешность .Последовательно задавая ряд значений уровня тестового сигнала, отрабатывая компенсирующим фазовращателем 12 возникающие при этом в регуляторе 2 уровня фазовые сдвиги (по нулевьм или минимальным показаниям индикатора 7), с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех значений искомой ФАХ для заданного значения выходной разности фаз тестового сигнала. Произведя калибровку устройства по первому режиму с последующей установкой отсчетным фазо .вращателем 13 заданной разности фаз сигналов на выходных клеммах устройства и повторив в указанной последовательности приведенные операции по измерению ФАХ, находят ФАХ исследуе- мого образца для нового значения разности фаз испытательного сигнала.

По третьему режиму работы измеряют фазовую характеристику исследуемого образца в функции изменения : входной разности фаз (проверка по линейности) .

Производят калибровку устройства по первому режиму. Регулятором 2

126

уровня устанавливают заданное значение амплитуды тестового сигнала и компенсирующим фазовращателем 12 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 обрабатывают возникающие при этом фазовые сдвиги. Последова.тельно задавая отсчетным фазовращателем необходимые приращения выходной разности фаз и регистрируя каждый ра показания индикатора испытуемого образца, произ-водят определение искомой характеристики для заданного значения амплитуды испытательного сигнала. Регулятором 2 уровня устанавливают новое значение амплитуды тестового сигнала и с помощью компенсирующего фазовращателя 12 по Нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 отрабатывают возникающие при зтом фазовые сдвиги. Повторив в указанной последовательности описанные опера- ции определяют искомую характеристику для нового значения уровня испытательного сигнала и т.д.

Изменение начальной фазы сигналов на выходах формирователя боковых составляющих, обусловленное изменением внешних условий, режимов работы элементов .формиров ателя и прочее, которое может достигать единиц и даже десятков градусов, компенсируется - описанньш способом с помощью дополнительного демодулятора. Поэтому в предлагаемом устройстве погрещность установки (воспроизводства) заданной разности фаз выходных сигналов определяется только разрешающей способностью, которая в заданном режиме калибровки составляет сотые и даже тысячные градуса.

Формулаизобретения

Устройство для измерения фазовых характеристик по авт. св. № 1247690, отличающеес я тем, что, с целью повышения точлости измерения за счет обеспечения постоянства начальных фазовых сдвигов устройства путем дополнительной калибровки, в него введены последовательно соединенные дополнительны демодулятор и дополнительный индикатор, при этом первый вход дополнительного демодулятора подключен к выходу генератора высокочастотных сигиялов, а второй и третий входы - соогве- ч;твенно к

первому и второму выходам формирова- , довательно соединенные трехвходовьй теля боковых составляющих, дополни- сумматор, квадратичньй элемент и тельйый демодулятор содержит после- фильтр.