Устройство для измерения группового времени запаздывания генератора качающейся частоты Советский патент 1990 года по МПК G04F10/06 

СП

00 00

О 4ь

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения группового времени запаздывания (ГВЗ) частотной характеристики (ЧХ) генераторов качающейся частоты (ГКЧ).

Целью изобретения является повышение точности измерения неравномерности ГВЗ частотных характеристик ГКЧ и расширение области применения. - На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения группового времени запаздывания ГКЧ.

Устройство для измерения ГВЗ ГКЧ содержит ГКЧ 1, состоящий из перестраиваемого генератора 2, модулируемого генератора 3 и блока А перестройки частоты, выход которого соединен с управляющим входом перестраива емого генератора 2 и с первой выходной клеммой ГКЧ 1, выход перестраиваемого генератора 2 соединен с второй выходной клеммой ГКЧ 1, модулирующий вход перестраиваемого генератора 2 подключен к выходу модулирукщего генератора 3 и соединен с третьей выходной клеммой генератора, а также плавно перестраиваемый гетеродин 5, преобразователь 6 частоты, линию 7 задержки, первый и второй фазовые детекторы 8 и 9, панорамный индикатор ID, плавно регулируемый фазовращатель 11 и фазоиндикатор 12. При этом к первой выходной клемме ГКЧ 1 подключен управляющий вход перестраиваемого гетеродина 5 и синхронизирующий вход индикатора 10, измерительный вход которого соединен с выходом первого фазового детектора 8 к второй выходной клемме ГКЧ 1 подключен измерительный вход преобразователя 6 частоты, гетеродинный вход которого соединен с выходом перестраиваемого гетеродина 5, а выход преобразователя 6 частоты непосредственно соединен с измерительным входом второго фазового детектора 9, а через линию 7 задержки - с опорным его входом. Выход фазового детектора 9 соединен с объединенными измерительным входом первого фазового детектора 8 и первым входом фазовращателя 12, второй вход которого объединен с опорным входом первого фазового детектора 8 и подключен к выходу регулируемого фазовращателя 11, вход которого соединен с третьей выходной клеммой ГКЧ 1 .

0

5

5

Q

0

5

0

5

0

Устройство для измерения ГВЗ ЧХ ГКЧ работает следующим образом.

Модулирующий генератор 3, входящий в состав ГКЧ 1, вырабатывает модулирующий сигнал

и,д Uamsin(at ).

Этот сигнал модулирует по частоте генератор 2, перестраиваемый напряжением Un(t), поступающим от блока 4 перестройки частоты. Выходной сигнал (t) на второй выходной клемме ЧМ ГКЧ 1 и может быть записан в виде

U2(t) Umsin{w(t)t+ jbsin Cftt + + )п(-О) +M((t..., (2)

где 02ц (t) значение средней частоты перестраиваемого генератора 2 в момент времени t;

t (CJh(t)) - первая производная фа- зочастотной характеристики исследуемого ГКЧ, т.е„

f ( ftU - S(M) dd(t) )} - (при линейном законе перестройки часdti(t). v

тоты --7Г-- const) at

и тогда

fc,(tfR(t)) c -частотная характеристика ГВЗ ГКЧ;

п-ti CL/ т р О индекс частотной модуляции ЧМ сигнала ГКЧ 1; . А 2JiFi4 - круговая модулирующая

частота;

4((0n(t)) - фазовые шумы ГКЧ. Перестраиваемый гетеродин 5 вырабатывает немодулированный сигнал U5(t) частоты ОЭГ t), отстоящий на некоторую постоянную величину 03„ц от частоты coc(t) во всем диапазоне его перестройки

U5(t) Urm (t)t +

MV(t),

(3)

где (t) 03c(t) i СОпц

(далее для упрощения записи фазовые

51538164

шумы f(jn(t)) будем представлять в

видеЧ(Юп)

Сигналы ) и Us(t) подаются на входы преобразователя 6 частоты, сигнал на выходе которого может быть записан в вице

U6(t) Кпч Um. sin ju)n4t + + (Ь sin Jit + Я МоЭг,) + JitcN(cJn)J + + (tfn) - iJV(t) + (OW) , (4)

ПЧе К пч - коэффициент передачи преобразователя 6 частоты на частоте «пи ;

CCN (wn) - производная фазочувстви- тельной характеристики преобразователя 6 частоты;

с/ч(пч) - фазовый сдвиг, вносимый преобразователем 6 частоты на промежуточной частоте бЭпч.

Далее сигнал Ufc(t) поступает на вход линии 7 задержки и на вход фазового детектора 9. На выходе линии 7 задержки сигнал ll-j(t) может быть записан в виде

u7(t) KAyU«(t + Ј}) кдукпч«

ит sinfu3mt(t +t ) + .u(t + + ) +JIt() + (оОл) ) +

+ M rCt) + М смС пч ),

Гармоническая составляющая выходного сигнала фазового детектора 9 прямо пропорциональна разности мгновенных фаз колебаний U6(t) и U-i(t)

UB(t) K Umorpf tt) - - %(t),

(8)

где Кфд, - коэффициент передачи фазового детектора 9; Um orp - ограниченная амплитуда ограничителем детекто1- ра 9.

Подставляя в выражение (8) значения (б) и (7), получим

Ug(t) Ktp(4iUmorpftOnM + 20 +psin u(t + t ) +ЛЈ(сдЭп) +

+ JUc4(cJn) (u)n) + + )} .(9)

25 Первый член Кфд, Umorp-cJn4r4Bbipa- жения (9) определяет постоянную составляющую напряжения на выходе фазового детектора 9 и она может быть отфильтрована посредством разделиЗо тельного конденсатора.

Тогда гармонические составляющие частоты 51 сигнала (9) могут быть представлены в виде

Ug(t) K i-UmorpU-uKX - sin у), 35(10)

Изобретение может быть использовано для измерения группового времени запаздывания (ГВЗ) генераторов качающейся частоты. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения. Устройство содержит исследуемый генератор 1 качающейся частоты, состоящий из перестраиваемого 2 и модулирующего 3 генераторов и блока 4 перестройки частоты, а также плавно перестраиваемый гетеродин 5, преобразователь 6 частоты, линию 7 задержки, первый 8 и второй 9 фазовые детекторы, панорамный индикатор 10, плавно регулируемый фазовращатель 11 и фазоиндикатор 12. Поставленная цель достигается за счет исключения влияния неравномерности ГВЗ частотной характеристики преобразователя путем использования компенсационного метода измерения и фазового детектора, выделяющего задержку на модулирующей частоте Ω. 1 ил.

где Кл, - коэффициент передачи линии задержки; Ј$ - время задержки.

.Мгновенные фазовые сдвиги сигналов ПЧ UgCt) и U7(t) соответственно равны

V6(t) (bsinUt +Д(0И) + + AtCM(b3n) +(n) - vPr(t) + + Ч смСипц);(6)

(t) (Jn4(t + t ) +jbsinU(t + + ) +Л(ы„) + ЛЫоЭ„) +(иЭ„) - Vr(t) + 4cN(nu)(7)

Сигнал Ufe(t) поступает на вход амплитудного ограничителя, входящего в состав фазового детектора 9, а сигнал U-j(t) - непосредственно на опорный вход фазового детектора 9.

где Jl(t +tj) + ) +Лесч(«п); a(cOn) (и9п).

(И)

40

Согласно известным тригонометрическим соотношениям выражение (11) 45 может быть представлено в виде

Ug(t) 2КЕ Umorp

cos

tf+fl -2

(12)

К

Производя преобразование членов

ot-

ч- и и учитьшая выраже2

ния (1 1), получим

-at,

(13)

«.+Ј jlt -f JlMdn) + + ) . (14)

При соответствующем выборе вели- rS

чины Јi может быть выполнено условие

SJL -

LCH

(tfn)ll

(15)

,, , -ь-- -TIM wax J) JQ тогда выражение (14) принимает вид

i+iUjit + at() +Ц (16)

2

15

Принимая во внимание выражение (13) и (16), выражение (12) может быть представлено в виде

Ug(t) 2Кг-итогр sin |tcos(At +

+ Л«к(бЭ„) +Ј|).

(17)

(18)

В фазе гармонического сигнала (17 содержится полезная информация ЛЈ.(соп). Детектируя фазовым детектором 8 сигнал Ug(t), получим напряжение

U ц КЈ Um огр х

У sin 4|а (йЭгО + S& + чн(д) + + ч«(л)1,

где Kq, - коэффициент передачи фазового детектора 8| ЧЧ& (Si) - фазовый сдвиг, вносимый регулируемым фазовращателем 1 11 40 м(&«) - фазовый сдвиг, вносимый модулятором перестраиваемого генератора 2. Из выражения (18) следует что для обеспечения максимальной чувстви- 45 тельности фазового детектора должны выполняться условия

Sf (Л) + 4W(Jl) 0. (19)

Тогда при величинах ЛЈк(оОп) 7

b

сигнал на выходе фазового детектора 8 прямо пропорционален ГВЗ частотной характеристики ГКЧ:55

иэ 2кФД7 КЈ ит огра((оя)

XsinUV2)

(20)

JQ

15

20

30

5

0 5

0

5

При выборе параметра flfcj/2

получим максимальную чувствительность, а также и разрешающую способность предлагаемого измерителя, при

этом

U9 2КФД7-КЕ -итогр Л-Ск (сОп). (21)

Условие (19) обеспечивается посредством регулируемого фазовращателя 1 1 .

Нулевой фазовый сдвиг (условие (19)) индицируется фазовым индикатором 1 2.

Из выражения (21) следует, что напряженле Ug, поступающее на информационный вход панорамного индикатора 10, прямо пропорционально (при Si const) только величине ГВЗ frv(oDn) ГКЧ и не зависит от неравномерности ГВЗ ЧХ преобразователя частоты, что позволяет повысить примерно в 5 раз точность измеряемых малых значений неравномерностей ГВЗ ГКЧ с одновременным снижением требований к метрологическим характеристикам преобразователя частоты.

Экспериментальные исследования устройства показали, что по сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности измерения примерно в 6 раз. Кроме того, расширяется область применения за счет снижения требований к метрологическим ЧХ ГВЗ преобразователя частоты и расширения номенклатуры ГКЧ, так как предлагаемое устройство позволяет исследовать частотные характеристики ГВЗ всех в практике существующих структурных схем ГКЧ.

Формула изобретения

Устройство для измерения группового времени запаздьюания генератора качающейся частоты, содержащее преобразователь частоты, перестраиваемый гетеродин, фазовый детектор, индикатор, измерительный вход которого соединен с выходом фазового детектора, и три входных клеммы для подключения генератора качающейся частоты, причем первая входная клемма для подключения генератора качающейся частоты соединена с объемными управляющим входом перестраиваемого гетеродина и синхронизирующим

входом интегратора, а гетеродинный вход преобразователя частоты соединен с выходом перестраиваемого гетеродина, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, в него введены второй фазовый детектор, линия задержки, регулируемый фазовращатель и фазоиндикатор, первый вход которого объединен с измерительным входом первого фазового детектора и подключен к выходу второго фазового детектора, второй вход фазоиндикатора объединен с опорным

входом первого фазового детектора и подключен к выходу регулируемого фазовращателя, вторая входная клемма для подключения генератора качающейся частоты соединена с измерительным входом преобразователя частоты, выход которого соединен с измерительным входом второго фазового

детектора, а через линию задержки - с опорным входом фазового детектора, вход регулируемого фазовращателя соединен с третьей входной клеммой для подключения генератора качающейся

частоты.