Устройство для калибровки уровней высокочастотных сигналов Советский патент 1989 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для градуировки и поверки вольтметров, осциллографов, анализаторов спектра и т.д., тестирования радио- и телеприемных устройст систем АСЧ в широком диапазоне частот и напряжений с высокой точностью

Цель изобретения - повышение точ- ности установки уровня напряжения выходного сигнала устройства в широком диапазоне рабочих частот при плавной или любой дискретной перестройке частоты выходного сигнала.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый опорный генератор (ОГ) 1, регулируемый делитель 2 напряжения, развязывающий аттенюатор 3, первый строб-преобразователь (СП) 4, элемент 5 памяти, буферный каскад 6, вольтметр 7 постоянного тока, делитель 8 частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), электронно-управляемый фазовращатель (ЭУФ) 9, формирователь 10 строб-импульсов (ФСИ), второй строб- преобразователь (СП) 11, смеситель

12,перестраиваемый генератор (ПГ)

13,усилитель-ограничитель 14, второ фильтр 15 промежуточной частоты (ФПЧ первый фазовый детектор (ФД) 16, первый фильтр 17 промежуточной частоты (ФПЧ), фазовращатель 18 на 90°, пер- вый интегратор 19, второй фазовый детектор (ФД) 20, второй опорный генератор (ОГ) 21 и второй интегратор 22.

Первый ОГ 1 своим первым выходом через регулируемый делитель 2 напряжения соединен с выходной клеммой и входом развязывающего аттенюатора 3, выход которого подключен к первому входу первого СП 4, второй вход которого соединен с выходом ФСИ 10, а выход через последовательно соединенные элемент 5 памяти и буферный каскад 6 подключен к входу вольтметра 7 постоянного тока, выход второго СП 11 через первый ФПЧ 17 подключен к входу фазовращателя 18 на 90°. Второй выход первого ОГ 1 через последовательно соединенные ДПКД 8 и ЭУФ 9 подключен к входу ФСИ 10, управляющий вход ЭУФ 9 через первый интегратор 19 поключен к выходу пер вого ФД 16, первый вход которого соединен с выходом фазовращателя 18

на 90°, а второй вход соединен через второй ФПЧ 15 с выходом усилителя- ограничителя 14, вход которого соединен с выходом смесителя 12, первы вход которого соединен с входом развязывающего аттенюатора 3, а второй вход - с выходом электронно-подстраиваемого ПГ 13 и с первым входом второго СП 11, второй вход которого соединен с выходом ФСИ 10, а выход второго ФПЧ 15 подключен к первому вход второго ФД 20, второй вход которого соединен с выходом второго ОГ 21, а выход через второй интегратор 22 подключен к управляющему входу электронно-подстраиваемого ПГ 13.

Устройство работает следующим образом.

В диапазоне частот 1 МГц - 1,5 ГГ напряжение первого ОГ1 представляет собой сигнал диапазонного перестраиваемого генератора с нестабильностью частоты 10 и через делитель 2 напряжения, служащий для установки уровня выходного сигнала устройства, поступает на выход устройства и на выход первого СП 4 через развязывающий аттенюатор 3, который обеспечивает работу СП 4 на линейном участке амплитудной характеристики. Малое паразитное прохождение строб-импульсов на выход устройства несущественно, так как их длительность очень мала. Сигнал на выходе первого СП 4 представляет собой постоянное напряжение, равное амплитудному напряжению на выходе устройства, так как стробирование осуществляется в моменты, отстоящие на 90 от момента перехода сигнала через ноль, причем перехода от отрицательного значения к положительному за счет соответствующего включения ЭУФ 9. Это выходное напряжение первого СП 4 через буферный каскад 6, служащий для лучшего согласования с входным сопротивлением вольтметра 7 постоянного тока, измеряется этим вольтметром, что дает информацию об амплитудном значении напряжения на выходе устройства.

Автоматическая подстройка фазы (АПФ) на 90° между моментами перехода через ноль сигнала на выходе устройства и строб-импульсом с выхода ФСИ 10 осуществляется следующим образом. Частота следования строб- импульсов определяется коэффициентом деления ДПКД 8, на вход которого поступает сигнал с первого ОГ 1, ас выхода ДПКД 8 сигнал поступает через ЭУФ 9 на ФСИ 10, выходными импульсами которого осуществляется стробирование сигнала на выходе устройства. Информация от разности фаз между выходным сигналом и строб- импульсами переносится на промежуточную частоту (ПЧ) путем подачи сигнала с выхода устройства на смеситель 12, ас выхода ФСИ 10 - на второй СП 11, на другие входы смесителя 12 и второго СП 11 поступает сигнал от ПГ 13. Сигнал промежуточной частоты с выхода смесителя 12 поступает на усилитель-ограничитель 14, обеспечивающий динамический диапазон устройства до 100 дБ, и далее через второй ФПЧ 15 - на вход первого ФД 16. Сигнал с выхода второго СП 11 через первый ФПЧ 17 и фазовращатель 18 на 90 , имеющий возможность ручной регулировки фазового сдвига, поступает на другой вход первого ФД 16 выход которого через первый интегратор 19 подключен на вход управления ЭУФ 9. Изменение вносимого фазового сдвига осуществляется следующим образом. Когда на выходе первого ФД 16 отрицательное напряжение, то происходит уменьшение разности фаз, а при положительном напряжении происходит увеличение разности фаз между сигналом на выходе устройства и строб-импульсами. Так будет поддерживаться разность фаз, равная 90 , определяемая фазовращателем 18 на 90°. Для более четкого захвата фазы можно подстройкой фазовращателя 18 выставить наибольший уровень на вольтметре 7, т.е. система АПФ будет введена в режим поддержания 90 -го фазового сдвига.

ДПКД 8 понижает частоту следования строб-импульсов, что упрощает реализацию как ЭУФ 9, так и ФСИ 10.

0

5

0

5

0

5

0

5

ДПКД 8 позволяет также привести частоту стробировання к одному номиналу при работе первого ОГ 1 в его диапазоне частот. Сигнал с выхода второго ФПЧ 15 подается на второй ФД 20, где фаза его сигнала сравнивается с фазой сигнала с выхода второго ОГ 21. Напряжение ошибки, усиленное вторым интегратором 22, подается на управляющий вход ПГ 13, изменяя его частоту так, что при работе устройства в его диапазоне частот, величина промежуточной частоты всегда постоянна и равна частоте кварцевого второго ОГ 21.

Систематическая погрешность установки уровня выходного сигнала устройства не превышает 0,7% при доверительной вероятности 0,99 и выше, чем у прототипа (1-1,5%). При этом точность установки уровня выходного сигнала сохраняется в любой точке частотного диапазона устройства (а у устройства-прототипа лишь в дискретных, застабилизированных по частоте точках).

Формула изобретения

Устройство для калибровки уровней высокочастотных сигналов по авт.св. № 1048435, отличающееся тем, что, с целью повышения точности установки уровня напряжения выходного сигнала устройства, в него дополнительно введены второй фазовый детектор, второй интегратор и второй опорный генератор, причем первый вход второго фазового детектора соединен с выходом второго фильтра промежуточной частоты, второй вход этого фазового детектора подключен к выходу второго опорного генератора, а выход этого фазового детектора через интегратор подключен к управляющему входу перестраиваемого генератора.

Изобретение может быть использовано для градуировки вольтметров, осциллографов, анализаторов спектра, а также при тестировании радио- и телеприемных устройств. Цель изобретения - повышение точности установки уровня выходного сигнала - достигается тем, что значение промежуточной частоты сигнала с выхода фильтра 15 промежуточной частоты поддерживается фиксированным и равным частоте кварцевого генератора 21, а фазовая информация, заключенная в этих сигналах, сохраняется, так как одновременно изменяется частота управляющего сигнала на входах смесителя 12 и строб-преобразователя 11, тем самым исключая временную нестабильность точки считывания амплитуды выходного сигнала устройства в первом строб-преобразователе 4. Устройство также содержит опорный генератор 1, регулируемый делитель 2 напряжения, развязывающий аттенюатор 3, элемент 5 памяти, буферный каскад 6, вольтметр 7 постоянного тока, делитель 8 частоты, электронно-управляемый фазовращатель 9, формирователь 10 строб-импульсов, перестраиваемый генератор 13, усилитель-ограничитель 14, фазовые детекторы 16 и 20, фильтр 17 промежуточной частоты, интеграторы 19 и 22, фазовращатель 18 на 90°. 1 ил.