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

1

(61) 1247690

(21)4324465/2А-21

(22)03.11,87

(46) 23.10.89. Бюл. № 39

(71)Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники

(72)Г.Ф.Дегтярев, Д.Н.Ким и С.Н.Попов

(53)621.317.77 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1247690, кл. G 01 R 25/00, )986.

(54)yCTPOP iCTBO ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСтаК

(57)Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических - устройств. Для повьшения точности измерения фазовых характеристик в устройство введены смеситель 8, делитель 9 частоты на два, а индикаторВыяод2

2

ный блок 7 выполнен с испол1 Я(- влинем последовательно соединенных синхронного детектора 1 9 и инд п атора 20, (лггнал (д)д генератора 1 высокой частоты, ЯВЛЯК11ЦИ11СЯ первым выходным сигналом, в формирователе 3 боковых составляющих с помощью сигнала частоты Q сдвига ия фазозадлющего блока 4 преобразуется в две боковых составл.чюп1их ) и ((0,- ). Нюкняя боковая в блоке 5 восстановления несущей вновь с помоиьк сигнала фазозадающего блока 4 преобразуется в сигнал частоты СОд , который через регулятор 2 уровня поступает на второй выход устройства, а также на вход демодулятора 6, в котором из несущих и двух боковых с помощью сумматора 16, квадратичного детектора 17 и фильтра 18 выде ляется сигнал частоты Q , минимум которого индицируется в блоке 7. 1 ил.

Вь/ход 7

(с

e

(Л

ел

О5

со

СО

гч

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических устройств как в функции изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входе, и является усоверптенствовани- ем изобретения по авт. св.№ 12А7690

Целью изобретения является повышение точности измерения фазовых характеристик исследуемых фазометрических устройств.

На чертеже представлена структурная схема 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, смеситель 8, делитель 9 частоты на два Первый вход формирователя 3 боковых составляющих подключен к выходу генератора 1 и образует первую выход нуто 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, к одному из входов смесителя 8 и к одному из входов демодулятора 6. Второй выход формирователя 3 боковых составляющих соединен с втот рым входом демодулятора 6 и вторым входом смесителя 8, выход блока 5 восстановления несущей через регулятор 2 уровня соединен с третьим входом демодулятора 6, выход которого подключен к одному из входов индикаторного блока 7, второй вход котог рого подключен к выходу делителя 9, частоты на два, вход которого соединен с выходом смесителя 8, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя 3 боковых состав- ЛЯЮ01ИХ. Выход регулятора 2 уровня образует вторую выходную клемму устройства .

Выходные параметры генератора 1 высокочастотных сигналов любого типа полностью определяются входными параметрами исследуемого фазоизмерителя,

подключаемого к выходным клеммам устройства.

Регулятор 2 уровня представляет ссзбой четырехполюсник с переменным коэффициентом передачи. В простейг щем случае в качестве регулятора 2 уровня могут быть использованы ре- зистивные аттенюаторы, калиброванные

по ослаблению.

Формирователь 3 боковых составляющих, использующий принцип однополосной модуляции, состоит из систем 10 и 11 ФАПЧ по вторичным биениям. Объединенные входы эталонного сигнала

обеих систем 10 и 11 ФАПЧ образуют первый вход формирователя 3 боковых составляющих, который подключен к выходу генератора 1 высокочастотных

сигналов. Вход системы 10 ФАЛЧ, куда подается сигнал частоты сдвига, объединен с входом установочного фазовращателя 12 и образует второй вход формирователя 3 боковых составляющих, который соединен с одним из выходом фазозадающего блока 4, Вход сигнала с частотой сдвига системы 11 ФАПЧ подключен к выходу установочного фазовращателя 12, а выход

системы 1 ФАПЧ образует второй вы-; ход 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 (не показаны), замкнутые в кольцо фазовой автоподстройки частоты по втооичным биениям. Один из

входов смесителя образует вход эталонного сигнала системы ФАПЧ, а один из входов фазового детектора - вход сигнала с честотой сдвига.

Фазозадающий блок 4 представляет

собой генератор 13 сдвига, выход которого соединен с объединенными входами двух фазовращателей - компенсирую- щего и отсчетного. Выход компенсирую-- щего фазовращателя 14 образует один

выход фазозадающего блока 4, а другой выход последнего образован выходом отсчетного фазовращателя -15.

Блок 5 восстановления несущей также выполнен с применением системы

ФАПЧ по вторичным биениям, идентичной системам 10 и 11 ФАПЧ формирователя 3 боковых составляющих. При зтом вход эталонного сигнала этой системы ФАПЧ образует пер515

вый вход блока 5 восстановления несущей, который подключен к первому выходу формирователя 3 боковых составляющих, а вход сигнала с частотой сдвига - второй вход блока 5 восстановления несущей, которьм подключен к другому выходу фазозадающего блока

Демодулятор 6 содержит трехвходо- вый сумматор 16, входы которого од- новременно являются входами демодулятора 6, квадратичный элемент 17, вход которого подключен к выходу сумматора 16, а выход соединен с входом фильтра 18. Выход фильтра 18 одно- временно является выходом демодулятора 6, который соединен с од1гим из входов индикаторного блока 7.

Индикаторный блок 7 выполнен н виде последовательно соединенньк синх- ронного детектора 19 и собственно индикатора 20, причем входы синхронного детектора образуют входы индикаторного блока,

Синхронный детектор 19 обычного . типа реализован на основе перемножителя и интегратора (ФНЧ).

В качестве индикатора 20 может быть использовано любое устройство (милливольтметр, осциллограф, вольт- метр и т.п.) пригодное для регистрации уровня низкочастот ;ьЕ сигналов и обладающее достаточно высокой чувствительностью.

Смеситель 8 построен на основе пе ремножителя и фильтра, выделяющего сигнал с частотой 252

Делитель 9 частоты на два реализован на основе триггера, работающего счетном режиме. В этом случаа на вы- ходе триггера включен фильтр (полосовой или ФНЧ), выделяющий частоту Я .

Устройство работает следующим образом .

Предлагаемое устройство относится к типу компенсационных и его точность в основном определяется разрешающей способностью, которая в знач чительной степени зависит от неравенства амплитуд сигналов на выходах блока 3 формирования боковых составляющих

) Agrees (Q,-Q)t +

Ч с-Ч.Л;

) 5б (О,+Q)t

,,.

где А и Apg

со, и

Чс

Q иЦ,

амплитуда нижиен и верхней боковых сос- тавляюпи1х соответственно ;

частота и начальная фаза сигнала на выходе генератора 1 высокочастотных сигналов частота и начальная фаза сигнала на соответствующем выходе фазозадающего блока 4. Сигнал на выходе блока 5 восстановления несущей

a(t) А cos(co,t + Cf,+ a , )

где А;, - амплитуда сигнала;

Cf, - начальная фаза сигнала на втором входе этого блока; На выходе регулятора 2 уровня имеют

a.(t) ApCOs(a),t ,,-t-Cfp-c|,, ) , (2)

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

регулятором 2.

На входы демодулятора 6 одновременно поступают сигналы ag-(t), agg(t), ap(t) и после соответствующих преобразований (переменожения и фильтрации) на его выходе получают

a,(t)

(at+Cfз2 + Cfp) +

A cosCfit -t- 2ef,,.-Чр)

где А.„ и А

А«

АВ

амплитуды компонент выходного сигнала демодулятора 6, обусловленнлениые преобразованием

сигнала, поступающего с выхода регулятора 2 уровня, с нижней и верхней боковыми составляющими соответственно . Амплитуда сигнала на выходе демо-

дулятора 6

55

(1)

4

А;И + 2Ад„Адв.со.2(.;,,-сг,+С/р)

4(Ад„ -t-ЛА Ад,) , + йА ,

где Ад„;

Чк t/iz- i. М р.

Минимальное значение амп;штуды Амин АЛ при Ч (2п+1) -где п 0, 1, 2

В области минимальных значений сигнала демодулятора

Ад л|(А5;„ + UA Ад„) UAS

где If « 1 .

Определяют разрешающую способность устройства по фазе (frcpp), если как в известном устройстве не при менять синхронный детектор, из условия Ад 2А 4,„„ при Sq S tpp . Приняв, что Л, А « Адц, получают

4

4А% S

i

+ ДА

или

, ,

Таким образом, разрешающая способность известного устройства в значительной степени определяется относительной нестабильностью (неравенством) уровней боковых колебаний и уже при SA 10(1%) составляет 0,57.

Применение синхронного детектора 19 в индикаторном блоке 7 и смесителе 8 с делителем 9 для формирования опорного сигнала повышает разрешающу способность устройства.

Рассмотрим дальнейшее прохождение сигналов.

Сигнал на выходе смесителя 8 за счет преобразования (перемножения) составляющих (1) равен

a(t) (2 2t+2Lf3,),

где А- - амплитуда сигнала.

На выходе делителя 9 частота

a(t) . )

Характер изменения выходного сигнала детектора 19

а к| a(t) . a(t )dt Aj,cos(qi,- Ч,, -t-tfp )

при такой обработке уже не зависит от неравенства (нестабильности) бо- ковьк, а изменение знака позволяет

0

5

0

5

устранить неоднозначность показаний индикатора 20 во всем диапазоне задаваемой разности фаз. (К - коэффициент передачи детектора; А, - максимальный уровень выходного сигнала) .

Можно выделить три основных режима работы устройства.

Калибровка устройства. Регулятор 2 уровня устанавливают в режим, соответствующий прямому прохождению сигнала с выхода блока 5 восстановления несущей на вторую выходную клемму устройства, отсчетный фазовращатель 15 - в положение, соответствующее О (180), компенсирующий фазовращатель 14 - в положение соответствующее О , установочный фазо- вразателем 12 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 20.

Измерение фазоамплитудных характеристик исследуемого образца-фазо метра (поверка по фазоамплитудной погрешности). Производят калибровку устройства. Отсчетным фазовращателем 15 уста}1авливают заданное значение выходной разности фаз, установочным фазовращателем 12 добиваются нулевых (минимальных показаний индикаторного блока 7. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение уровня выходного сигнала, компенсирующим фазовращателем 14 восстанавливают нулевые (минимальные) показания индикаторного блока 7, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Затем регулятором 2 уровня производят изменение амплитуды выходного (тестового) сигнала на заданную величину, компенси- рующим фазовращателем 14 восстанавливают нулевые показания индикаторного г блока 7, производят отсчет показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровня испытательного сигнала дает искомое значение ФАХ (фазоамплитудную пог решность). Последовательно задавая ряд значений уровня тестового сигнала, отрабатывая компенсирующим фазо- . вращателем 14 возникающие при зтом в регуляторе 2 уровня фазовые сдвиги (по нулевым или минимальным показание ям индикаторного блока 7), с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех значений ис0

5

0

0

5

913

комой 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 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 фах (поверка по линейности). Производят калибровку устройства. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение амплитуды тестового сигнала и компенсирующим фазовращателем 14 по нулевым (минимальным) показаниям инди- (каторного блока 7 обрабатьшают воз- |Никающие при этом фазовые сдвиги. Последовательно задавая отсчетным фазовращателем необходимые приращения выходной разности фаз и регистрируя каждый раз показания 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 I4 по нулевым (минимальным) показаниям индикаторного блока 7 отрабатьша- ют возникающие при этом фазовые сдвиги. Повторив в указанной последова6990

10

0

5

0

5

0

5

тельности операции определяют искомую характеристику для нового значения уровня испытательного сигнала и т.д.

Введение синхронной обработки выходного сигнала демодулятора с использованием опорного сигнала, полученного путем преобразования (смешивания) боковых составляющих, позволяет значительно повысить точность измерения фазовых характеристик исследуемых образцов фазометрических устройств зъ счет уменьшения влияния неравенства, в том числе и нестабильности, боковых составляющих на разрешающую способность .

Формула изобретения

Устройство для измерения фазовых характеристик по авт.св. (Р 1247690, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности измерения, в него дополнительно введены последовательно соединенные смеситель и делитель частоты на два, причем первый вход смесителя соединен с первым выходом формирователя боковых составляющих, а второй вход - с вторьм выходом формирователя боковых составляющих, а выход делителя частоты на два подключен к дополнительному входу индикаторного блока, при этом индикаторный блок устройства выполнен в виде последовательно соединенных синхронного детектора и индикатора а входы синхронного детектора являютс ся входами индикаторного блока.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических устройств. Для повышения точности измерения фазовых характеристик в устройство введены смеситель 8, делитель 9 частоты на два, а индикаторный блок 7 выполнен с использованием последовательно соединенных синхронного детектора 19 и индикатора 20. Сигнал ω₀ генератора 1 высокой частоты, являющийся первым выходным сигналом, в формирователе 3 боковых составляющих с помощью сигнала частоты λ сдвига из фазозадающего блока 4 преобразуется в две боковых составляющих (Ω₀+λ) и (Ω₀-λ). Нижняя боковая в блоке 5 восстановления несущей вновь с помощью сигнала фазозадающего блока 4 преобразуется в сигнал частоты ω₀, который через регулятор 2 уровня поступает на второй выход устройства, а также на вход демодулятора 6, в котором из несущих и двух боковых с помощью сумматора 16, квадратичного детектора 17 и фильтра 18 выделяется сигнал частоты λ, минимум которого индицируется в блоке 7. 1 ил.