Устройство для измерения фазового времени задержки четырехполюсников Советский патент 1990 года по МПК G04F10/06 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения с высокой разрешающей способностью фазового времени задержки и фазовой постоянной четырехполюсников с большим затуханием.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности измерения фазового времени задержки четырехполюсников с большим затуханием.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения фазового времени задержки; на фиг, 2 - спектральные диаграммы напряжений в наиболее характерных узловых точках

Устройство содержит первый перестраиваемый генератор } высокой частоты, балансный модулятор 2,входами подключенный к выходу первого перестраиваемого генератора 1 высокой частоты и к выходу низкочастотного перестраиваемого генератора 3, к которому также подключен вход цифрового частотомера 4а выход балансного модулятора 2 через усилитель 5 с автоматической регулировкой усиления подключен одновременно на вход исследуемого четырехполюсника 6 и первый вход второго балансного смесителя 7, выход исследуемого четырехполюсника 6 подключен к первому входу первого балансного смесителя 8, вторые входы балансных смесителей 7 и 8 подключе- ны к выходам второго перестраиваемого генератора 9 высокой частоты, управляемый вход которого подключен одновременно к управляемому входу перестраиваемого генератора 3 низкой час- тоты и к выходу элемента 10 перестройки частоты, вход которого соединен с выходом второго однополосного переключателя 11, выход первого балансного смесителя 8 через первый фильтр 12 нижних частот подключен одновременно к входу калиброванной линии 13 задержки и к первому входу первого однополосного переключателя 14 на два

ПОЛОЖеНИЯ, ВТОРОЙ ВХОД КОТОРОГО ПОД-

ключей к выходу калиброванной линии S3 задержки, выход первого однополосного переключателя 14 на два положения через последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель 15 и второй фильтр 16 нижних частот подключен к первому входу перемножителя 17, выход второго балансного сме- , сителя 7 через последовательно соединенные третий фильтр 18 нижних частот второй усилитель-ограничитель 19 и четвертый, фильтр 20 нижних частот подключен к второму входу перемножителя 17, выход которого через интегратор 21 подключен одновременно к входу второго однополосного переключателя 11 и входу индикатора 22.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотный сигнал

Uf(t) D cosCCOt + Cf, ),

поступающий с выхода высокочастотного перестраиваемого генератора 1, подвергается балансной модуляции в балансном модуляторе 2 сигналом низкой частоты

V Vt) UmLcosfot +tptt),

поступающим с выхода низкочастотного перестраиваемого генератора 3, В результате балансной модуляции на выходе балансного модулятора 2 формируется испытательный сигнал, представленный на фиг, 2, а , который описывается выражением

Ц(0 . MHbfcoe gOt +

+ Ц, cos(Q + C2)t + Cfyflpj f О)

где Ц,и срс - начальные фазовые сдвиги сигналов U (t) и Uj(t) Испытательный сигнал {)) проходит через усилитель 5 с автоматической регулировкой усиления, на выходе которого амплитуда напряжения поддерживается постоянной, и подается на вход исследуемого четырехполюсника 6. Выходной ослабленный сигнал исследуемого четырехполюсника б описывается выражением

u4(t) ЈШа (cos (u)-Q)(t-Ј,)+

+ tfj-1- cos (Я) (t-C4 ) + (f, + , (2)

где К - коэффициент передачи исследуемого четырехполюсника 6; 6«1С2 фазовое время задержки исследуемого четырехполюсника 6 на частотах СО-92 и СО + С2 соответственно.

Сигнал (2) поступает на первый вход первого балансного смесителя 8, на второй вход которого подается сигнал от второго высокочастотного перестраиваемого генератора 9,5155

Вначале второй высокочастотный перестраиваемый генератор 9 настраивается вручную на верхнюю боковую частоту СО + 52 сигнала (2) при отключенном втором однополюсном переключателе 11.. При этом выходной сигнал второго высокочастотного перестраиваемого генератора 9 (фиг. 2,6) описыва- . ется выражением

Ug(t) U№5Cos(Q-K3), (3)

где - начальный фазовый сдвиг

сигнала,

В результате смешивания сигналов (2) и (3) в первом балансном смесителе 8 сигнал на его выходе описывается выражением

Одновременно сигнал (О, прошедший через усилитель 5 с автоматической регулировкой усиления, подается на первый вход второго балансного смесителя 7, где также смешивается с сиг- 1Q налом (3), Выходной сигнал второго балансного смесителя 7 выражается формулой

J5

u9(t) - jk fcoettftt-if,-(fP+cos(2COt+Cfl + Cfz-h)+cGs(() + (a+B.)t+(/l + (fc+(.(7)

U6(t) ---- - jcos Qt+CCO-Q)- 20 С помощью третьего фильтра 18 нижних частот из сигнала (7) выделяется составляющая с частотой 2Q, т.е.

-q, +if7+q J+cos 2u t- (60-я) Ј, +Ц +cos ip, - (u3+Q)Ј2 +qy-q 5 +cos 2 (u+Ј) t- - «0+Q)tt +if ( +(г+ q(j .(4 )

С помощью первого фильтра 12 нижних частот из сигнала (4) выделяется составляющая с частотой 2Q, т.е.

u(t) 1Ь Уснсоз 201; + )fc,-tf,(pt+44.

где tj, - фазовый сдвиг, вносимый первым фильтром 12 нижних частот;

К, - коэффициент передачи первого фильтра J2 нижних частот.

$ положении дервогх однополосного переключателя )4 на два положения, показанном на фиг. 1, сигнал (5) поступает через первый усилитель-ограни- читель 15 и второй фильтр 16 нижних частот на первый вход перемножителя 17. Этот сигнал описывается выражением

К - коэффициент передачи

второго фильтра 16 нижних частот.

Одновременно сигнал (О, прошедший через усилитель 5 с автоматической регулировкой усиления, подается на первый вход второго балансного смесителя 7, где также смешивается с сиг- налом (3), Выходной сигнал второго балансного смесителя 7 выражается формулой

J5

С помощью третьего фильтра 18 ниж

них частот из сигнала (7) выделяется составляющая с частотой 2Q, т.е.

Uw(t) (2Qt-Cf,+

,).

(8)

где - фазовый сдвиг, вносимый третьим 18 фильтром нижних частот;

К, - коэффициент передачи третьего 18 фильтра нижних частот. Сигнал (8) после прохождения через второй усилитель-ограничитель 19 и четвертый фильтр 20 нижних частот с учетом вносимых или фазовых сдвигов и cpg описывается выражением

И„ (t) -1-1- i- cos(2Slt-Q,+

„i

(

(9)

+Я г+Ч г+ +%+)

где К4 - коэффициент передачи четвертого фильтра 20 нижних частот.

Сигнал (9) поступает на второй вход перемножителя )7 где перемножается с сигналом (6). 3 результате пе

Изобретение может быть использовано для измерения фазового времени задержки четырехполюсников с большим затуханием. Целью изобретения является повышение разрешающей способности измерения фазового времени задержки четырехполюсников с большим затуханием. Устройство содержит перестраиваемые генераторы 1 и 9 высокой частоты, балансный модулятор 2, перестраиваемый генератор 3 низкой частоты, частотомер 4, усилитель 5 с АРУ, исследуемый четырехполюсник 6, балансные смесители 7 и 8, элемент 10 перестройки частоты, переключатель 11, ФНЧ 12, калиброванную линию 13 задержки, переключатель 14 на два положения, усилители-ограничители 15, 19, ФНЧ 16, 18, 20, перемножитель 17, интегратор 21 и индикатор 22. Поставленная цель достигается введением калиброванной задержки на низкой частоте, а также синхронной перестройкой частоты генераторов 3 и 9 по сигналу с интегратора 21 до установки на интеграторе нулевого значения. 2 ил.

UgCt)

КК К2 .

cosfzat +

+ (ЈJ-fc)Ј, -СА + г..

где и cps - фазовые сдвиги, вносимые первым усилителем- ограничителем 15 и вторым фильтром 16 нижних частот;

50 ремножения этих сигналов с учетом, N qЈ, , с последующим интегрированием их произведения интегратором 21 получим

55

u(1 J u8(t) (t)dt

cos(w-a);

I

(10)

где Km KK,K2K3K..

Выделенное на выходе интегратора 21 постоянное напряжение фиксируется индикатором 22«

При замыкании второго однополое- ного переключателя 11 напряжение (10) подается на вход элемента 10 перестройки частоты, с помощью которого осуществляется синхронное изменение (уменьшение) частоты модуляции низкочастотного и второго высокочастотного перестраиваемых генераторов 3 и 9 на величину $2,(фиг. 2,в,г), при которой достигается нулевое значение проинтегрированного напряжения, т.е.

cos (СО-О;,)Ј, О,

откуда

W-S,)Ј, 2im + Ј,

(П)

где п - целое число фазовых циклов.

Величина частоты Q, измеряется цифровым частотомером 4,

Затем первый однополосный переключатель 14 на два положения переключают во второе положение. При этом в сигнал (5) вводится калиброванная задержка ut0, значение которой выбирается таким, чтобы дополнительный фазовый сдвиг превышал в 5-10 раз порог чувствительности по фазе индикатора нулевого значения проинтегрированного сигнала. При этом выходной сигнал перемножителя увеличится на величину

и„ (О

ЬУ иг«Н«4со8(()г,- 35

-20,.(12)

Напряжение (12) подается через второй однополосный переключатель 11 на вход элемента 10 перестройки частоты и вновь изменяет частоту модуляции ( низкочастотного и частоту второго высокочастотного перестраиваемых генераторов 3 и 9 на величину С22 (фиг. 2,д), при которой достигается нулевое значение сигнала на выходе перемножителя 17, т.е.

cos Г(ссК2г)Ј, -2QzuVj О,

откуда

(a-Q7)Ј, -23гЛц 2Йп + |. (13)

Значение частоты Q также измеряется цифровым частотомером 4.55

Приравняв выражения (11) и (13),

получим

fo-aje.-to-n -zQatf;. О) 2tn +1. (18)

Q 5

0

5 о

35

$0 45

Решая уравнение (14) относительно Ј( , получаем

л 2 Ј2Л о 2Рг .А. °« °

Затем первый однополосный переключатель на два положения переводят в первое положение, а второй одйополос- ный переключатель отключают и настраивают второй высокочастотный перестраиваемый генератор 9 на нижнюю боковую частотуО)-ф сигнала (2). При этом выходной сигнал второго высокочастотного генератора 9 описывается выражением

(t) e Um,)t+(ri, (15)

где If э начальный фазовый сдвиг сигнала.

Аналогично можно показать, что в результате смешивания сигналов (1) и (2) с сигналом (15) во втором 7 и первом 8 балансных смесителях, их фильтрации и ограничения по амплитуде выходное напряжение интегратора будет равно

uw(t) (а-о)0а. (16)

При замыкании второго однополос- но го переключателя напряжение (16) подается на вход элемента перестройки частоты и изменяет частоту модуляции И низкочастотного 3 и частоту второго высокочастотного 9 перестраиваемых генераторов на величину П, при которой также достигается нулевое значение проинтегрированного напряжения, т. е.

соз(й)-фЈ.« О,

откуда

ЙЖГ,)Са- 2ffn + -.

(17)

Величина частоты О. измеряется цифровым частотомером 4.

После введения калиброванной задержки uЈj путем перевода однополосного переключателя на два положения во второе положение выходное напряжение интегратора 21 увеличивается и изменяет частоту Q f перестраиваемых генераторов 3 и 9 на величину Q , при которой достигается равенство

cos JM+Qi)Ј,-2S4/tf6 О,

откуда

Измерение частоты . осуществляется цифровым частотомером 4.

Приравняв выражения (17) и (18), получим

«з+а). (19)

Решая, уравнение (19) относительно

г

получаем

л 2ПгАч 2Рг . 4. Qj- oT кГ-тТ &со

Oi

Ч г г

Фазовую постоянную исследуемого четырехполюсника 6 можно определить исходя из выражений

. fil;

Л.

О

fc-O-VHH Г1 &

где

Т -

переменная частота высокочастотного сигнала перестраваемого генератора 1. Для обеспечения однозначности измерения фазового времени задержки по разности частот F,, -F и F,-Fg-необходимо соблюдать следующее условие:

10 ± ut0 Ј |; 10 6 (V% tfwf; I-ofyeCal-a

Ј /макс 2

где

&,.Л

(/маке

гйакс

порог чувствительности по - фазе индикатора нулевого значения проинтегрированног сигнала;

максимальное значение фазового времени задержки исследуемого четырехполюсника на частотах О) - Я и СР +$1. Введение в предложенное решение дополнительных узлов обеспечивает разрешающую способность ± 0,25 икс (прототип имеет разрешающую способность +1,0 икс). Следовательно, разрешающая способность измерения фазового времени задержки увеличивается в четыре раза,

Формула изобретения

Устройство для измерения фазового времени задержки четырехполюсников, содержащее перестраиваемый генератор низкой частоты, к выходу которого подключен цифровой частотомер, усилив тель с автоматической регулировкой

5

0

5

0

усиления, выходом подключенный к входной клемме для подключения исследуемого четырехполюсника, а выходная клемма подключена к первому входу первого балансного смесителя, к выходу которого подключен первый фильтр нижних частот, первый усилитель- ограничитель, выходом подключенный

Ю через второй фильтр нижних частот к первому входу перемножителя, первый вход второго балансного смесителя подключен к выходу усилителя с автоматической регулировкой усиления, выход второго балансного смесителя через последовательно соединенные третий фильтр нижних частот, второй усилитель-органичитель и четвертый фильтр нижних частот подключен к второму входу перемножителя, выход которого через интегратор подключен к индикатору, и первый генератор высокой частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности измерения фазового времени задержки четырехполюсников с большим затуханием, в него дополнительно введены балансный модулятор, второй высокочастотный перестраиваемый генератор, элемент перестройки частоты, однополюсный переключатель на одно положение, однополосный переключатель на два положения и калиброванная линия задержки, причем вый высокочастотный генератор выполнен перестраиваемым, балансный модулятор входами подключен к выходу первого высокочастотного перестраиваемого генератора и к выходу перестраивае0 мого генератора низкой частоты, выход балансного модулятора подключен к входу усилителя с автоматической регулировкой усиления, элемент перестройки частоты входом подключен к выхо5 ДУ второго однополосного переключателя, выход элемента перестройки частоты подключен одновременно к управляемым входам перестраиваемого генератора низкой частоты и второго высоко0 частотного перестраиваемого генерато,- ра, первый и второй выходы которого подключены .соответственно к вторым входам первого и второго балансных смесителей, первый однополосный пере5 ключатель входом подключен к выходу интегратора, калиброванная линия задержки входом подключена одновременно к выходу первого фильтра нижних час- .тот и к первому входу второго однопо-

И155754312

лосного переключателя на два положе- нополосного переключателя на два положения, выходом подключенного к вхония, А выход калиброванной линии задержки подключен к второму входу одi

co-Slia)-Slz(i)+Sli C)+St.i фиг. 2

Составитель М.Катанова Редактор Л.Веселовская Техред М.ДидыкКорректор Э.Лончакова

Заказ 717

Тираж 351

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

ду первого усилителя-ограничителя.

Подписное