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

Изобретение относится к радио- измерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических уст- ройств как в функции изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входе.

Целью изобретения является по- вышение точности измерения фазовых характеристик за счет уменьшения влияния неравенства амплитуд боковых составляющих на показания индикатора компенсации и устранения неоднознач- ности этих показаний.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения фазовых характеристик содержит генератор 1 высокочастотных сигналов, регулятор 2 уровня, формирователь 3 боковых составляющих, фазозадающий блок 4, блок 5 восстановления несущей, демодулятор 6, индикаторный блок 7, дополнительный фильтр 8, делитель 9 частоты на два. Первый вход формирователя 3 боковых составляющих подключен к выходу генератора 1 высокочастотных сигналов и образует первую выходную клемму устройства, второй вход формирователя 3 боковых составляющих -подключен к одному из выходов фазозадающего блока 4, другой выход которого соединен с вторым входом блока 5 восстановления несущей, первый вход которого подключен к первому выходу формирователя 3 боковых составляющих и к одному из входов демодулятора 6. Второй выход формирователя 3 боковых составляющих соединен с вторым входом демодулятора 6, выход блока 5 восстановления несущей через регулятор 2 уровня соединен с третьим входом демоду- лятора 6, выход которого соединен с одним из входов индикаторного блока 7, второй вход которого через последовательно соединенные дополнительны фильтр 8 и делитель 9 частоты на два подключен к дополнительному выходу демодулятора 6. Выход регулятора 2 уровня образует вторую выходную клемму устройства.

Генератор 1 высокочастотных сиг- налов может быть использован любого вида и типа, его выходные параметры полностью определяются входными параметрами исследуемого фазоизмерителя.

Регулятор 2 уровня представляет собо четырехполюсник с переменным коэффициентом передачи. В простейшем случае в качестве регулятора 2 уровня могут быть использованы аттенюаторы любого типа, калиброванные по ослаблению, в том числе и промышленные изделия (например, Д2-18, Д2-19, Д2- 22, Д2-23, Д2-24, Д2-25 и др.).

Формирователь 3 боковых составляющих реализован на основе применения одного из способов .однополос- ной модуляции. Наилучшие результаты достигаются при использовании двух систем ФАПЧ по вторичным биениям. Объединенные входы эталонного сигнала обоих систем 10 и 11 ФАПЧ образуют первьй вход формирователя 3 боковых составляющих и подключены к выходу генератора 1 высокочастотных сигналов. Вход сигнала с частотой сдвига системы 10 ФАПЧ объединен с входо установочного фазовращателя 12 и образует второй вход формирователя 3 боковых составляющих, подключенный к одному из выходов фазовращателя блока 4. Вход сигнала с частотой сдвига системы 11 ФАПЧ подключен к выходу установочного фазовращателя 12, а выход этой системы ФАПЧ образует второй выход формирователя 3 боковых составляющих, первый выход которого образован выходом системы 10 ФАПЧ. Каждая из систем ФАПЧ содержит подстраиваемый генератор, смеситель, фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляющий элемент, замкнутые в кольцо фазовой автоподстройки частоты по вторичным биениям. Один из входов смесителя образует вход эталонного сигнала системы ФАПЧ (другой при этом подключен к выходу подстраиваемого генератора), а один из входов фазового детектора - вход сигнала с частотой сдвига (другой вход фазового детектора подключен к выходу смесителя).

Фазозадающий блок 4 представляет собой генератор 13 сдвига, выход которого соединен с объединенными входами двух фазовращателей - компенсирующего и отчетного. Выход компенсирующего фазовращателя 14 образует один выход фазозадающего блока 4, другой выход блока 4 образован выходом отсчетного фазовращателя 15. Фазозадающий блок 4 может быть также

построен на основе использования многоустойчивых фазовых элементов.

Блок 5 восстановления несущей также выполнен с использованием методов однополосной модуляции. Наилучшие результаты дает применение здесь системы ФАПЧ по вторичным биениям, идентичной системе 10 или 11 ФАПЧ формирователя 3 боковых составляющих, при этом вход эталонного сигнала этой системы ФАПЧ образует первый вход блока 5 восстановления несущей, подключенный к первому выходу формирователя 3 боковых составляющих, а вход сигнала с частотой сдвига - второй вход блока 5 восстановления несущей, подключенный к другому выходу фазозадающего блока 4.

Демодулятор 6 содержит трехвход- ный сумматор 16, входы которого одновременно являются входами демодулятора 6, квадратичный элемент 17,вход которого подключен к выходу сумматора 16, а выход является дополнительным выходом демодулятора 6 и соединен с входом фильтра 18. Выход фильтра 18 одновременно является выходом демодулятора 6 и соединен с одним из входов индикаторного блока 7. Выход квадратичного элемента 17, являющийся дополнительным выходом демодулятора 6 подключен к входу дополнительного фильтра 8.

Индикаторный блок 7 выполнен в виде последовательно соединенных синхронного детектора 19 и собственно индикатора 20, причем входы синхронного детектора образуют входы индикаторного блока.

Синхронный детектор 19 представляет собой последовательно соединенные перемножитель и интегратор (ФНЧ) Индикатор 20 (осциллограф, вольтметр и т.п.) - измеритель уровня низкочастотных сигналов.

Дополнительный фильтр 8 представляет собой полосовой фильтр, настроенный на частоту 2Q, а делитель 9 частоты на два - работающий в счетном: режиме. В этом случае на выходе триггера целесообразно включить фильтр, выделяющий частоту Q который может быть построен на основе полосового фильтра или ФНЧ.

Устройство работает следующим образом.

Так как устройство относится к типу компенсационных, то его точ5

0

0

ность в основном определяется разрешающей способностью, которая,в свою очередь, в значительной степени зави- сит от неравенства амплитуд сигналов на выходах формирователя 3 боковых составляющих

aSH(t)AfHCosf()(1) 0 ae O-AjjCosfo +an-Kr. + Cf,,,

где А и A jg - амплитуды нижней и

верхней боковой соответственноСОС и - частота и начальная

фаза сигнала на выходе генератора 1 высокочастотных сигналов, Q и q „ - частота и начальная

фаза сигнала на соответствующем выходе фазозадающего блока 4.

Сигнал на выходе блока 5 восстановления несущей

ан(t) AHcos(coc t+q c-Kpu-Q s1) ,

где Ам - амплитуда сигнала

Cfiz начальная фаза сигнала на втором входе этого блока. На выходе регулятора 2 уровня имеем

ар(О A, cos(COct+tf +V,Z- ,+Cfp),(2)

где Ар - амплитуда этого сигнала; р - фазовый сдвиг, вносимый

регулятором.

На входы демодулятора 6 одновре- Q менно поступают сигналы (t),

а„ (t), ap(t), и после соответствующих преобразований (перемножения и фильтрации) на его выходе получаем:

ag.(t) А6ц- cos(Q t+g w-Kfp) + 5 +Ag,g cos(0 t+2Cf,|-Cf3i-Cpp),

где Ал и А- - амплитуды компонент выходного сигнала демодулятора, обусловленные преобразованием сигнала, поступающего с выхода регулятора 2 уровня с нижней и верхней боковыми и составляющими соответственно.

Амплитуда сигнала на выходе демодулятора 6

5

0

5

А3 Аан-|-АЭр+2АЭм АЭ cos2(tfJ2- fj, +V т|4(АЭц+ЛА А3н) COS K+UAZ

где Л А АЭв-А3и;

t K M «-tf3l-KV Минимальные значения

амплитуды

АЭш, пРи (2п+1) ±,

Эмин

где п 0, 1, 2,... . Произведем замену

.

ТГ с j + 8t.

Тогда в области минимальных значений

А э ( АЭн )8Ч2 +ЬА2 ,

где & q «. 1.

Определим разрешающую способность

устройства по фазе () из условия

то выходной сигнал синхронного детектора

ае-К j aa(t) a4(t)df АС cos(Cf,),

где К - коэффициент передачи детектора;АС - максимальный уровень сигнала

на выходе детектора.

Этот сигнал при такой обработке уже не зависит от неравенства (нестабильности) боковых, а изменение знака сигнала на выходе позволяет устра5 нить неоднозначность показаний индикатора во всем диапазоне фазовых сдвигов.

Существуют три основных режима работы устройства.

о Калибровка устройства. Регулятор 2 уровня устанавливают в режим, со- оответствукяций прямому прохождению сигнала с выхода блока 5 восстановления несущей на вторую выходную

5 клемму устройства, отсчетный фазовращатель 15 - в положение, соответствующее 0° (180°), компенсирующий

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Для определения фазовых характеристик фазометрического устройства (ФУ) как в функции изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды на его входе, используется компенсационный способ измерения фазовых сдвигов. В фазовращающем блоке 4 отсчетным фазовращателем 15 устанавливается необходимый фазовый сдвиг на входе поверяемого ФУ. Измерительный сигнал на втором ВЫХОДЕ 2 формируется из сигнала генератора 1 преобразованием его сначала в две боковые составляющие (ω₀-Λ и ω+Λ) в формирователе 3, а затем переносом одной из боковых на частоту Λ в блоке 5 восстановления несущей, уровень которой устанавливается регулятором 2 уровня. Момент компенсации определяется на выходе демодулятора (Д) 6 по минимуму сигнала, который измеряется индикаторным блоком 7. С целью повышения точности измерения применена синхронная обработка сигнала Д с использованием опорного сигнала, полученного путем преобразования боковых составляющих. Это достигается введением последовательно соединенных фильтра 8 и делителя 9 частоты на два, причем вход фильтра 8, выделяющего частоту 2Λ, соединен с дополнительным выходом Д 6, а выход делителя 9 подключен к дополнительному входу индикаторного блока 7. Последний выполнен в виде последовательно соединенных синхронного детектора 19 и индикатора 20. 1 ил.

SA.

Таким образом, если добиваться минимального уровня на выходе фильтра 18, разрешающая способность устройства в значительной степени оп- ределяется относительной нестабильностью (неравенством) уровней боковых колебаний и уже при (1%) составляет 0,57°. При этом также возникает неоднозначность показаний ин- дикатора. В диапазоне фазовых сдвигов 0-360° имеется два минимума.

Если выделить из сигнала демодулятора сигнал разностной частоты боковых составляющих, то влияние нера- венства и нестабильности их уровней на разрешающую способность устройства значительно уменьшится. I

Действительно, сигнал на выходе

фильтра 8 за счет преобразования (перемножения) боковых составляющих (1) равен

ат (t) Af-cos(252+2lf3l),

где Аф- амплитуда сигнала.

Так как на выходе делителя 9 частоты

a+(t) A4 cos(Qt+(f3l),

фазовращатель отве тс твукицее

14 - в положение, со- 0 , установочным фазоо

5 0

5

0

5

вращателем 12 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 20. Изменение фазоамплитудных характеристик исследуемого образца - фазометра (поверка по фазоамплитудной погрешности). Производят калибровку устройства. Отсчетным фазовращателем 15 устанавливают заданное значение выходной разности фаз, установочным фазовращателем 12 добиваются нулевых (минимальных) показаний блока 7. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение уровня выходного сигнала, компенсирующим фазовращателем 14 восстанавливают нулевые (минимальные) показания индикатора блока 7, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Затем регулятором 2 уровня производят изменение амплитуды выходного (тестового) сигнала на заданную величину, компенсирующим фазовращателем 14 восстанавливают нулевые показания индикатора блока 7, производят отсчет показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровня испытательного сигнала дает искомое значение ФАХ (фазоамплитудную погреш-

ность). Последовательно задавая ряд значений уровня тестового сигнала, отрабатывая компенсирующим фазовращателем 14 возникающие при этом в регуляторе 2 уровня фазовые сдвиги (по нулевым или минимальным показаниям индикатора блока 7), с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех значений искомой ФАХ для заданного значения выходной разности фаз тестового сигнала. Произведя калибровку устройства с последующей установкой отсчетным фазовращателем 15 заданной разности фаз сигналов на выходных клеммах устройства и повторив в указанной последовательности приведенные операции по измерению фазо амплитудной характеристики, находят ФАХ исследуемого образца для нового значения разности фаз испытательного сигнала.

Измерение фазовой характеристики исследуемого образца в функции изменения входной разности фаз (поверка по линейности). Производят калибровку устройства. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение амплитуды тестового сигнала и компенсирующим фазовращателем 14 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора блока 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые сдвиги. Последовательно задавая отсчетным фаз вращателем необходимые приращения выходной разности фаз и регистрируя каждое показание индикатора испытуемого образца, производят определение искомой характеристики для заданного значения амплитуды испытательного сигнала. Регулятором 2 уровня устанавливают новое значение амплитуды тестового сигнала и с помощью компенсирующего фазовращателя

798888

14 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора бпока 7 отрабатывают возникающие при этом фазоиые сдвиги. Повторив в указанной последовательности описанные операции, определяют искомую характеристику для нового значения уровня испытательного сигнала и т.д.

Таким образом, синхронная обработка выходного сигнала демодулятора с использованием опорного сигнала, полученного путем преобразования (смешивания) боковых составляющих, позволяет значительно повысить точность измерения фазовых характеристик исследуемых фаэометрических устройств за счет уменьшения влияния неравенства, в том числе и нестабильности, бо10

15

20

ковых на разрешающую способность устройства .

Формула изобретения

Устройство для измерения фазовых характеристик по авт. св. № 1247690, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения влияния неравенства амплитуд боковых составляющих на показания индикатора компенсации, в него дополнительно введены последовательно соединенные фильтр и делитель частоты на два, причем вход дополнительного фильтра подключен к дополнительному выходу демодулятора, а выход делителя частоты на два соединен с дополнительным входом индикаторного блока, причем индикаторный блок выполнен в виде последовательно соединенных синхронного детектора и индикатора, а входы синхронного детектора образуют входы индикаторного блока.