Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик приемных трактов Советский патент 1989 года по МПК G01R27/28 

iNd

4;s.

31522124

Изобретение относится к измеритель-- ной технике и.может быть использовано ля измерений амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и фазочастотных характеристик (ФЧХ) приемных устройств.

Цедь изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерений АЧХ и ФЧХ трактов с несколькими преобразованиями частоты.

На фиг. 1 представлена блок-схема стройства для измерения АЧХ н ФЧХ приемных трактов; на фиг. 2 - блок- схема блока управления; на фиг. .3 - блок-схема сумматора 10; на фиг. 4 - алгоритм функционирования микроэвм.

Устройство для измерения АЧХ и ФЧХ приемных трактов содержит (фиг.1) управляемые СВЧ-генераторы 1 и 2., приемный тракт 3, смеситель 4, блок 5

10

15

v-.i iij.uij j. i j СД.ЛХ л J. i v. Л. JHJ T Ji)

азовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) последовательно соединенные управляемый генератор 6 низкой частотб (НЧ) и фазовый детектор 7, индикатор 8,

,щ

соединенный с выходом блока 9 управления, сумматор 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, управляемый дискретный фазовращатель 12 на п/2, подключенный к смесителю, управляемый коммутатор 13, соединенный с согласованной нагрузкой 14, АЦП 15 и генератор 16 синхроимпульсов.

Блок 9 управления включает (фиг.2), например, буферные накопители 17 .и 18, блок 19,сопряжения с микроЭВМ, микро- ЭВМ 20, цифроаНалоговые преобразователи 21 и 22 и программно управляемьге ключи 23 и 24.

Сумматор 10 образуют (фиг.З) вентили 25 и 26 типа 9ВК-101 и СВЧ-тройник 27.

Управляемый дискретный фазовращатель 13 на п/2 и управляемый коммутатор выполнены на р - i - п-диодах. Выход генератора 1 соединен с первым входом сумматора 10 и первым входом смесителя 4, выход генератора 2 соединен с входом.коммутатора 13 и входом фазовращателя 12, соединенного с входом смесителя 4, первый выход коммутатора 13 соединен с вторым входом Сумматора 10, выход сумматора 10 со- ещинен с входом исследуемого TpadKTa 3, вход АЦП 11 соединен с выходом гене- ратора 6 НЧ, с опорным входом блока 5 ФАПЧ и опорным входом фазового детектора 7, выход исследуемого тракта 3 соединен с входом АВД 15, выходы АЦП 11 и 15 соединены с цифровыми входами

блока 9 управления, выход генератора 16 синхроимпульсов соединен с входами синхронизации АЦП 11 и 15 и входом с синхронизации блока 9 управления, сиг

0

5

f

5

0

35

40

45

0

5

нальные входы блока 5 ФАПЧ и фазового детектора 7 соединены с выходом смесителя 4, выходы блока 5 ФАПЧ и фазового детектора 7 соединены с первым и вторым входами генератора 1, первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы блока 9 управления соединены с управляющими входами СВЧ-генератора 1, генератора 6, коммутатора 13 и фазовращателя 12 соответственно, выход блока 9 управления соединен с входом цифрового индикатора 8.

Блок 9 управления предназначен для управления и для регистрации вычислений.

Устройство для измерения АЧХ и ФЧХ приемных трактов работает следующим образом.

На генераторе 2 устанавливается постоянная частота в пределах полосы пропускания исследуемого тракта 3. В блоке 9 управления вырабатываются управляющие напряжения, устанавливаю ,щие частоту сигнала генератора 1 на границу полосы анализируемых частот, а частоту генератора 6 низкой частоты равной разности частот генераторов 1 и 2. При этом начинает функционировать схема ФАЦЧ, состоящая из смесителя 4, .блока 5 ФАЛЧ и фазового детектора 7, поддерживающая разность частот генераторов 1 и 2 с точностью до фазы, равной частоте генератора 6 НЧ. Сигналы генератрров 1 и 2 через сумматор 10 поступают на вход исследуемого тракта 3. Сигнал с выхода генератора 6 НЧ оцифровывается АЦП 11 . одновременно с оцифровкой выходного сигнала тракта 3 в АЦП 15. Цифровые сигналы с выходов АЦП 11 и 15 поступают на цифровые входы блока 9 управления, где происходит их считывание и накопление в буферных накопителях 17 и 18 (фиг; 2). Одновременность работы АЦП 11 и 15 и блока 9 управления обеспечивается подачей синхроимпульсов от генератора 16 на их входы синхронизации.

Измерение в каждой частотной точке генератора 1 амплитудной и фазовой характеристики тракта 3 производится в два. этапа.

На первом этапе измеряется амплитудная характеристика тракта. Для

этого по сигналу блока 9 управления коммутатор переводится в положение, при котором сигнал с выхода генерато ра 2 подается через коммутатор 13 в согласованную нагрузку 14, а на вход сумматора не подается. Подключение согласованной нагрузки 14 обеспечивает постоянство нагрузочного режима генератора 2 и режима схемы ФАПЧ, а сле довательно, постоянство частоты генератора 1, Сигнал на первом цифровом входе блока 9 управления является оцифрованным выходным сигналом трак-, та 3, на вход которого подается толь- ко сигнал генератора 1. В накопите- ле 17 блока 9 управления Накапливается массив чисел. После накопления всех чисел они, например, через блок 19 1 сопряжения поступают в ОЗУ микро- ЭВМ 20. Производится обработка массива в микроэвм 20 блока 9 управленя. Амплитуда выходного сигнала вьмисля- ется по формуле

и.

и

2 Т al

f

tW, Tj N

коэффициент передачи амплитуде:

k(f,)

и

eiix.

где и

вх.

UBX,

- известная амплитуда входного сигнала генератора 1.

На втором этапе определяется фазо- вый сдвиг, вносимый исследуемым трактом 3 на частоте генератора 1. Для этого по сигналу блока 9 управления, по команде микроЭВМ 20 через .блок 19 сопряжения и посредством ключа 24, коммутатор 13 переключается в положение, при котором выход генератора 2 подключен к входу сумматора. Фазовый сдвиг определяется как разность фаз между разностной частотой сигналов первого и второго генераторов на выходе тракта 3 и сигналом генератора 6 низкой частоты через вычисление его квадратур. Квадратура, пропорциональная косинусу фазового сдвига, вычисляется при выключенном фазовращателе 12, а квадратура, пропорциональная синусу, вычисляется при включенном фазовращателе 12, вносящем дополни-; тельный фазовый сдвиг сигнала генератора 2 на п/2. Управление фазовращателем 12 производится по сигналам блока 9 управления, по командам мик- роЭВМ 20 через устройство 19 сопряже

2124

20

кия и посредством ключа 23. Вычисле лие квадратур производят по формуле

г1 .

-)ь

с, S

-г

ч

где а

.-а

i«;/Ni

Ь - k-й элемент массива чисел

оцифрованных значений сигнала генератора 6 с выхода АЦП 11.

Фазовый сдвиг определяется по формуле

при Cj,0;

«fXf,)

arctg -- с

Cs -1804arctg при ,,

leO +arctg - при ,

:.

С с

где

t.s квадратуры, пропорциональ

ные косинусу и синусу фазового сдвига соответственно.

Полученные значения k(f ,) и q(f,) поступают на цифровой индикатор 8, где отображаются. Блок 9 управления устанавливает управляющие напряжения |на генераторах 1 и 6, соответствующие следующей точке. Измерение заканчивается по достижении границы анализируемых частот.

Порядок определения фазового сдвига следующий. Сигналы на выходе исследуемого тракта 3 при включенном фазовращателе имеют значения

,x,s-in 2lifg,,,kf+iKf,)+, +Ug,,x,sin 2Tffeb,,,,- где

4,2и

йш,

Bifx

начальные фазы первого и второго генераторов;

амплитуды выходных

налов первого 1 и второго 2 генераторов на выходе тракта 3;

частоты сигналов генераторов 1 и 2 на выходе тракта 3;

число оцифрованных значений выходных сигналов; С - период следования синхроимпульсов генератора 16;

cf(f ) - дополнительный фазовый

вносимый трактом 3 генератора 1.

- бых, « екхг

N сдвиг,

на частоте

Сигнал генератора 6 НЧ имеет -ч ас- тоту, с точностью до фазы равную разности частот генераторов 1 и 2, по-

71522124

этому оцифрованные сигналы на выходе АЦП 11 имеют вид

b U3sini:2lf(f,-f,) (,

где Uj - амплитуда сигнала генератора 6.

8

мя измерений в число раз, равное количеству преобразований частоты в исследуемом тракте.

Учитывая, что f вы , вкх,

квадрат оцифрованного значения выход- ного сигнала тракта 3 имеет вид a2 Uc+UpCos 2 ir fkr+4 (fi) + tf,-M jJH- +U, (2fO+U(2f,), где DC постоянная составляющая; Up 2U еь(х i UetiAi

U, (2f ,) cosCW e,,,, ki:+2cXf, ) +

+2ifJ;

U,(2f,)U,, cos1.4llf,,,,kC-b24 ,3.

Квадратура, пропорциональная косинусу фазового сдвига, определяется как

N

15

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик приемных трактов, содержащее

Q последовательно соединенные первый управляемый генератор, смеситель и блок фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные блок управления и индикатор, второй управляе мый генератор, третий управляемый генератор низкой частоты, фазовьй детектор, первый выход блока управления соединен с первым входом первого управляемого генератора, второй выход

2Q блока управления через третий управляемый генератор низкой частоты соединен с вторым входом блока фазовой автопорстройки частоты, выход фазового детектора подключен к второму входу первого управляемого генератора, к третьему входу которого подключен вы ход блока фазовой автоподстройки частоты, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных

25

Cc l- UpCOS 2 irflfk C + 4(fi)+4 ,-4 .) «UзCos(21fafk -Lfг) , Ui(2f,) +U.j(2fj)U3Cos(2li4fkl +Ч - V))

Считая, что второе слагаемое и сос- с частотой 2л, получаемая в первом слагаемом, дают достаточн о

малую погрешность за счет выбора cor 30 возможностей путем измерения амплитуд- ответствующих величин f и N, квадратура имеет величину

C Mleos f,).

Аналогично можно показать, что при-35 внесении дополнительного фазового сдвига п/2 в сигнал генератора 2 пу- тем включения фазовращателя 12 получаемая квадратура имеет вид

C,p-3in c(f,),

откуда вычисляется фазовый сдвиг по приведенной формуле.

Измерение АЧХ.и ФЧХ приемных трактов реализуется по программе в блоке 9 управления в микроЭВМ 20 по алгоритму, представленному на фиг. 4. .

40

но-частотных и фазочастотных характеристик трактов с несколькими преобразованиями частоты, в него введены последовательно соединенные генератор синхроимпульсов и первый аналого-цифровой преобразователь, сумматор, управляемый фазовращатель на п/2, управляемый коммутатор, согласованная нагрузка и второй аналого-цифровой преобразователь, выход первого генератора через сумматор подключен к клеммам для подключения испытуемого объекта, выходные клеммы которого соединены с вторьм входом первого аналого-циф- дс рового преобразователя, первый вход которого соединен с первым входом второго аналого-цифрового преобразовате- ля, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления и первым входом управляемого фазовращателя на п/2, второй вход которого подключен к выходу второго генератора и первому в:1оду управляемого коммутатора, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока управления,

Устройство для измерения АЧХ и ФЧХ приемных трактов позволяет измерять АЧХ и ФЧХ приемных трактов с несколькими преобразованиями частоты в собранном состоянии (сквозные частотные характеристики трактов), за счет чего расширяются функциональные возможности устройства, а также повышается точность измерений и достоверность контроля, кроме того, сокращается вредс

55

8

мя измерений в число раз, равное количеству преобразований частоты в исследуемом тракте.

5

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик приемных трактов, содержащее

Q последовательно соединенные первый управляемый генератор, смеситель и блок фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные блок управления и индикатор, второй управляе мый генератор, третий управляемый генератор низкой частоты, фазовьй детектор, первый выход блока управления соединен с первым входом первого управляемого генератора, второй выход

Q блока управления через третий управляемый генератор низкой частоты соединен с вторым входом блока фазовой автопорстройки частоты, выход фазового детектора подключен к второму входу первого управляемого генератора, к третьему входу которого подключен вы ход блока фазовой автоподстройки частоты, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных

5

0 возможностей путем измерения амплитуд-

5

0

но-частотных и фазочастотных характеристик трактов с несколькими преобразованиями частоты, в него введены последовательно соединенные генератор синхроимпульсов и первый аналого-цифровой преобразователь, сумматор, управляемый фазовращатель на п/2, управляемый коммутатор, согласованная нагрузка и второй аналого-цифровой преобразователь, выход первого генератора через сумматор подключен к клеммам для подключения испытуемого объекта, выходные клеммы которого соединены с вторьм входом первого аналого-циф- с рового преобразователя, первый вход которого соединен с первым входом второго аналого-цифрового преобразовате- ля, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления и первым входом управляемого фазовращателя на п/2, второй вход которого подключен к выходу второго генератора и первому в:1оду управляемого коммутатора, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока управления,

первый вьпсод управляемого коммутй- тора подключен к согласованной нагрузке, второй выход управляемого коммутатора соединен с вторым вхо-

5

дом сумматора, выход управляемого фазовращателя на п/2 подключен к второму входу смесителя, выход которого соединён с вторым входом фазового детектора и с выходом третьего управляемого генератора низкой частоты.

152

124 ,.10

выходы первого аналого-цифрового преобразователя, генератора синхроимпульсов и второго аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока управления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-частотных характеристик (АХЧ) и фазочастотных характеристик (ФЧХ) приемных устройств. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для измерения АЧХ и ФЧХ приемных трактов содержит управляемые СВЧ-генераторы 1 и 2, приемный тракт 3, смеситель 4, блок 5 фазовой автоподстройки частоты, управляемый генератор 6 низкой частоты, фазовый детектор 7, индикатор 8, блок 9 управления, сумматор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, управляемый дискретный фазовращатель 12, управляемый коммутатор 13, нагрузку 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и генератор 16 синхроимпульсов. Устройство позволяет измерять АЧХ и ФЧХ приемных трактов с несколькими преобразованиями частоты, что расширяет его функциональные возможности, повышает точность измерений и достоверность контроля. При этом сокращается время измерений в число раз, равное количеству преобразований частоты в исследуемом тракте. 4 ил.

gjue.2

сриа.З

Переслать at. l}LL rn503y Включит кощ Отлючитфаз.

Еьтстт

i(

l i/тать S буфер

П

Состаноб