Измеритель флуктуаций источников высокочастотных колебаний Советский патент 1989 года по МПК G01R23/16 

U1

Vj

:л

Изобретение относится к технике намерений и может применяться для определения уровней флуктуации амплитуды, частоты (фазы) и величины комплекс- ного коэффициента корреляции этих флуктуации у источников высокочастотных колебаний любого типа: автогенераторов, усилителей, преобразователей частоты и прочих,

Цель изобретения - повьппение чувствительности измерения„

На чертеже представлена схема измерителя флуктуации источников высокочастотных колебаний.

Измеритель флуктуации источников высокочастотных колебаний содержит калибратор 1, первый 2 и второй 3 делители, резонансный контур 4, компенсатор 5 уровня несущей, переключатель 6, ключ 7, фазовый дискриминатор 8, первый 9 и второй 10 двухканальные приемники, первый 11 и второй 12 суммарно-разностные каскады, вычитающее устройство 13, фазовращатель , ком- мутатор 15, индикатор 16,

При этом первый и второй выходы первого двухканального приемника подключены соответственно к первому и второму входам первого суммарно-разностного каскада, выход калибратора соединен с входом первого делителя, первый и второй вьтходы которого подключены соответственно к первому через резонансный корпус и второму непосредственно входам компенсатора уровня несущей, третий выход первого делителя соединен с первым входом переключателя, выход которого подключен к первому входу фазового дискриминатора, второй вход которого через ключ соединен с четвертым выходом первого делителя, вход второго делителя, соединен с выходом компенсатора уровня несущей, а первый, второй и третий выходы соединены соответственно с первым, вторым входами первого двухканального приемника, с вторым входом переключателя, выход первого суммарно-разностного каскада соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого через фазовращатель соединен с выходом вычитающего устройст-- ва, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам второго двухканального приемника, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами фазового дне

криминатора, первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первыми и вторыми входами второго суммарно-разностного каскада, выход которого соединен с индикатором.

Предлагаемый измеритель флуктуации источников высокочастотных колебаний работает следующим образом.

Сигнал исследуемого источника высокочастотных колебаний

U(t)(t) ft +

27f(t ) dt . о

0 5

0

5

0

5

5

0

где V o6(t) и f,f(t) -средние во времени и флуктуаци- онные составляющие амплитуды и частоты,

через калибратор 1 и делитель 2 подается на резонансный контур 4, настроенный на частоту f, на второй вход компенсатора 5 уровня несуп1ей, на первый вход переключателя 6 и через ключ 7 на второй вход фазового дискриминатора 8,

Колебание на вьгходе резонансного контура 4 составляет

U,(t)V, l + oiXt) sin 27ft + t

-t- I 27f (t) dt +tf,4),(t),

0

где V, ,oi, (t) и Cf, , (t) - средние во

времени и флуктуационные составляющие амплитуды и фазы,

причем oi, (t)Aoi(t) , ер, (t) Sf(t),

где А и S - коэффициенты, учитывающие преобразование флуктуации амплитуды и частоты (фазы) в резонансном контуре А. Колебание U,(t) далее поступает на первый вход компенсатора 5 уровня несущей, сфазированного на вычитание колебаний U|(t) и ,lj (t), средние значения амплитуд которых ра нятся на велич21Ну

liVl

IV, /,v I « V,. ,

где i, , jj , PIIJ. P IV коэффициенты передачи делителя 2 по перпому-четвер- тому выходам.

Колебание на выходе компенсатора 5 уровня несущей составляет

&U(t)- AV l+p,f,(trj . i- t -I- J 2 iT f (t ) dt fTp -t-pSrCt) .

л-

- Е

. 2

Sf

(t)

«i

(t),

где K, , Kjtj и V,(t), Vj/4(t) - коэффициенты передачи (средние значения) и собственные входные шумы первого и второго каналов двухканального приемника 11 (второй двухкана;и ный прием - ник). Подбирая значения tii так, чтобы выполнялось условие , устраняют из напряжения на выходе вычитающего устройства 13 составляющие, связанные с амплитудными флуктуациями.

, Тогда получают

Vjj (t) (KV)2pSf (t)+K,V, (t)(t) т,е, напряжение на выходе вычитающего устройства 13 соответствует только исследуемым флуктуациям частоты (фазы) и собственным шумам двухканального приемника 10, Для учета последних переключатель 6 следует перевес- ти в положение I и выставить прежние режимы работы фазового дискриминатора 8 и двухканального приемника 10, При этом напряжение Vj(t) на выходе

вычитающего устройства 13 определяется только собственными шумами двухканального приемника 11, т,е.

Vi(t)

Kei,Vo(,(t) K.,V

.

(t).

Исследуемые флуктуации частоты (фазы) cooTBeTCTByioT разности показаний индикатора 16 в положениях 11 и I переключателя 6

vJ(t)Vj2i(t)-V(t)-(KV),jpSf(t) ,

Величина флуктуации частоты (фазы) f(t) отсчитывается с помощью калибратора 1, задающего в этом режиме стандартный уровень частотной (фазовой) модуляции исследуемому высокочастотному колебанию на входе делителя 2,

Измерение комплексного коэффициента корреляции флуктуации частоты (фазы), с флуктуациями амплитуды г осуществляется в предлагаемом измерп теле путем последовательного определения его вещественного и мнимого компонентов Re 1 4(6

При измерении вещественного компонента коэффициента корреляции флуктуации частоты (фазы) с флуктуациями амплитуды переключатель 6 ставится в положение II , суммарно-разностный кас

кад 11 Б режим сложения входных сигналов, фазовращатель 14 в положение нулевого фазового сдвига, ког мутатор 15 подключает к первому входу суммарно- разностного каскада 12 сигнал V(t) с выхода суммарно-разностного каскада 11,.а к второму входу - сигйал . (t) с выхода фазовращателя 14,

При этом сигнал на выходе суммарно-разностного каскада 12 равен

Vo(t) 2(KV),p,o6(t)+K,,V,, (t) + +K,,jV,(t)(KV)jpSf(t)+K,,(t) -н K,V(t) или

Vo.(t)2(KV),p,nt(t)Kj, V,, (t)-i- +K,iV,(t)(KV2)pSfo(t)K,V,(t).til

Из разности обсчетов индикатора 16 при переключении суммарно-разностного каскада 12 из режима суммирования в режим вычитания вещественный компонент коэффициента корреляции флуктуации частоты (фазы) с флуктуациями амплитуды равен

4.V

,v

- ,. -

Ал|у|(й) V2(t)

Соответственно мнимый компонент коэффициента корреляции флуктуации частоты (фазы) с флуктуациями амплитуды составляет

40

45

2

где V,v (t) - отсчеты по индикатору 16,

4-4... 2 , V

v5 (t)

аналогичные Vp(t) и Vj,(t), но получаемые при

50

задании сигналу Vjj (t) квадратурного фазового сдвит-а с помощью фазовращателя 14, I Оптимальные условия измерения ве- Личин Re rj-e и IfT, т i реализуются при v|(t)V(t) , т.е. при

(KV),,pSf (t) ot(KV), r,ci(t).

. Комплекс}шй коэффициент корреляции флуктуации частоты (фазы) с флуктуациями амплитудь окончательно равен

Ч Чо J m -fC где p 1-«-pCA-l ), p V|/uV, Lf - средииГ) фааовыЛ сдвиг колебаний ul (t) относительно U(t), т.е. в компенсаторе 5 уровня несутцей происходит попчеркива- ние в р рая флуктуации фазы Sf(t:) и п PI рпз флуктуации амплитуды od(t);

|Р,1 . |Р| I .

В режиме измерения флуктуации амплитуды высокочастотного колебания lJ(t) коммутатор 15 соединяет выход суммарно-разностного каскада 11 с входом 1 суммарно-разностного каскада 12 и отключает фазовращатель 14 с вычитающим устройством 13 от входа 11 сум- марно-разностного каскада 12, При э i ом на первом и втором выходах двухканаль- ного приемника 9 (первого двухкаиа.-и,- ного приемника) имеют

V,, (t)K,, V

и MI

Р,с(О+К„ V,, (t). V,j (t)K, V,, p,oL(t)+K, V,2 (t),

где К

К

(г

и

1|

(t), V,,, (t) - КО-.Ффициенты передачи (средние значения) и собственные входные шумы первого и второго каналов двухканального прием- средние значения

ника 9, V ,, и V,2 амплитуд входных сигналов,

(Сигналы с первого и второго выходов двухканал1 ного приемника 9 далее поступают на соответств тощио суммарно-разностного каскада 11, на выходах которог О при с.уммировании входных сигналов получают

V(t)K,, V,, p,(v(t)+K,, V, +K,2V,,pX(t)+K,2V,,, (t).

(t) +

При вычитании входных сигналов имеют

V(t)K,, V, р (t)4K,, V,, (t) K,,, p,Ci6 (t)K,2V,2 (t:).

Подбирая значения К,, так, чтобы выполнялось условие К V, К,2. V ,2 (KV), , устранят из напряжения V(t) cocтaвля эщиe, связанные с амплитудными флуктуациями.

Тогда получают

V(t)2(KV), p,6(t)H-l,, V, (t)4 iiV,a (t),

V(t)K,, V,, (t)-K,iV,2 (t),

т.е. напряжение V(t) определяется теперь только собственными шумами двухканального приемника 9, Исследуемые флуктуации амплитуды соответствуют разност: показаний индикатора 6, например квадратичного, при суммировании и вычитании сиг-налов в суммарно- раэност}юм каскаде 10

Q 5

20

25

30

35

0

V(t) - V(t) vf(t) 2(KV),py(t)

Величина флуктуации амплитудной (t) отсчитывается с помощью калибратора ,1, задаюп1его в этом режиме стандартный уровень амплитудной модуляции исследуемому высокочастотному колебанию на входе делителя 2,

И режиме измерения флуктуации частоты (фазы) высокочастотного колебания коммутатор 15 через фазовращатель 1Д соединяет выход вычитающего устройства 13 с вторым входом суммарно-разностного каскада 12 и отключает первый выход суммарно-разностного каскада 11 от цервого входа суммарно-разностного каскада 12, Сигнал с выхода компенсатора 5 уровня несу-, щей через делитель 3 в положении II переключателя 6 подается на второй вход фазового дискриминатора 8, сфази- рованного }1л квадратурное сложение колеба1П Й iTf&l Ct) nf TrrlKt), где

:ni&|-(t) ир„1

Jj, J jj , J in коэф(})ипиенты передачи делителя 5 но первому-третьему выходам ,

В фазовом дискриминаторе 8, настроенном на квадратурное сложение входных колебаний, флуктуации фазы pSf(t) преобразуются в противофазные и равные но величине флуктуации амплитуд выходных колебаний. Флуктуация амплитуд входных колебаний проходит на оба выхода фазового дискриминатора 8 симметрично.

Далее колебания первого и второго выходов фазового дискриминатора 8, ам- нлитуды которых равны

сС(

U 2- o(t)4 Е Sf(t);

(t) V2,

) 2

поступают на первый и второй выходы двухканального приемника 10, а с его первого и второго выходов на первый и второй входы вычитающего устройства 13, на выходе которого развивается напряжение Vj|(t), равное

Vir(t)K,V«, l4 6(t)+| Sf(t)4

D

t- к

oi:i

Vo(,(t) - К

)

Калибратор I в данном случао используется только для настройки измерителя, С его помотыо исследуемому высокочастотному колебанию на входе двигателя 2 задают когерентные модуляций частоты (фазы) и амплитуды, уровни -кот-орых злнышены, но пропорциональны -)f(t) и (t), и осутествляет ся подстройка фачоврап1ателя 14 на максимум отсчета по индикатору 16 величины о (t)Vp (t) (соответствует нулевому сдвигу фазы) сигналов на выходах каналов выделения флуктуапии частоты и амплитуды или на MHHHWi M этой величины (соответствует квадратному сдвигу сигналов на выходлх ка- иалов выделения флуктуации частоты и амплитуды) в соответствии с последовательностью выполнения измерений величин ветественного и мнимого компонентов коэффигшента корреляции туапий,

Минимально измеряемые величин. ве- DiecTBeHHoro i мнимого компонентов коэффи 1иента корреляци ф: уктуа 1ий частот) (фазы) с флуктулц 1ями амплитуды в т ре;и агаемом измерителе зависят от

на

входе ИНД 1КЛТОра 16 и 11ОГрСЧ11 ОСТИ |6

единич ого отсчета )я тума по дикатору 16

р I/ 4

АК

случая

Re г.,1 .

id. №.г

1меют

.

На частоте анализа кГ при 3 кГц и 6 0,1 с получают

11 г . . К fi. in V 45

/Re г

ioL rnir

m4ot

....6-1015

Чувствительность предлагаемого измерителя растет с ростом мо1цности ко75

р иг увеличением усредне иг индигтлторе 16,

Формула изобретении

Измеритель флуктуации источников высокочастотных колебани, сопоржа- тий индикатор, двухканальнь й приом20

25

30

5

0

5

10 ник, первый и второй выходы которог-о подк.1пг1чены соответственно к первому и второму входам суммарно-разностного каскада, и калибратор, выход которого соеди 1ен с входом де; ителя, первый

15 и второй пыход, которого подк ючены соответственно к первому и второму входам KOM e icaTopa уровня , первь Й - через резонансный контур, второй - непосредственно, а третий въкоц делителя соединен с первым входом перек; ючателя, выход которого подключен к первому входу фазового дискриминатора, второй вход которого через ключ соединен с четвертым выходом делителя, о т л и ч а ю т. и и с я тем, что, с пе;ц,ю повь Г1ения чувствительности измерений, в него введены второй дел 1тел1,, последовательно сое- динецнь е второй двухканальнь приемник, вь Читающее устройство, фазоврЗ- гчатель, коммутатор и второй суммарно- разностньп каскад, причем вход второго делителя подключен к выходу компенсатора уровня несущей, а первьп и второй соединень соответственно с первым и вторь м входами первого двухканальног о приемника, при этом выход первого суммарно-разностного каскада подключен к первому входу коммутатора, первый и второй входы второго двухканального приемника соеди- нень соответственно с первым и вторым выходами фазового дискриминатора, а первый и второй коммутатора подключены соответственно к первому и второму входам второго суммарно-разностного каскада, выход которого соединен с индикатором.

Изобретение относится к технике измерений и может использоваться для определения уровней флуктуаций амплитуды, частоты (фазы) и величины комплексного коэффициента корреляции этих флуктуаций у источников высокочастотных колебаний типа автогенераторов, усилителей, преобразователей частоты. Устройство содержит калибратор 1, делители 2,3, резонансный контур 4, компенсатор 5 уровня несущей, переключатель 6, ключ 7, фазовый дискриминатор 8, двухканальные приемники 9, 10, суммарно-разностные каскады 11, 12, индикатор 16, вычитающее устройство 13, фазовращатель 14, коммутатор 15. Устройство имеет повышенную чувствительность измерений. 1 ил.