Устройство для измерения фазового времени задержки Советский патент 1991 года по МПК G04F10/06 G01R27/28 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти широкое практическоеiприменение для измерения фазового времени задержки и его неидентичности четырехполюсников, имеющих большую неравномерность амплитудно-частотной характеристики.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей с сохранением требуемой точности измерения.

Структурная схема устройства для измерения фазового времени задержки и его неидентнчностн приведены на чертеже.

Устройство содержит первый генератор 1 высокой частоты, выходом под-

ключенный через первый блок 2 сдвига частоты и усилитель 3 с автоматической регулировкой усиления к входу исследуемого четырехполюсника 4 и к входу образцового четырехполюсника 5, выходы которых подключены к первому и второму входам первого переключателя 6 на два положения, выход которого через второй блок 7 сдвига частоты подключен к первому входу первого смесителя 8, вторым входом подключенного к выходу второго генератора 9 высокой частоты, выход первого смесителя 8 через последовательно соединенные первый фильтр 10 нижних частот, первый усилитель-ограничитель II, второй фильтр 2 нижних частот и от05«ND О С© 00

сл

счетный фазовращатель 13 подключен к первому входу перемножителя 14, второй переключатель 15, второй вход второго смесителя 16 подключен к выходу второго генератора 9 высокой частоты, а его первый вход - к выходу первого генератора 1 высокой частоты через первое положение второго переключателя 15 на два положения, выход вто рого смесителя 16 через последовательно соединенные третий фильтр 17 нижних частот, второй усилитель-ограничитель 18, четвертый фильтр 19 нижних частот и установочный фазовраща- тель 20 подключен к второму входу перемножителя 14, выхрд которого через интегратор 21 подключен к выходному прибору 22, выход образцового четырехполюсника 5 через третий блок 23 сдвига частоты подключен к второму входу второго переключателя 15 на два положенияр противоположные входы цепей управления первого 2, второго 7 и противоположные входы цепи уп- равления третьего 23 блоков сдвига частоты соединены с первым и вторым входами фазорасщепителя 24, вход которого через ключ 25 подключен к выходу генератора 26 низкой частоты,

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерения фазового времени задержки высокочастотное напряжейие

и«(-)ит cos«a|t+,),

(1)

5 о 5 0 5 0

5

где Umj- амплитуда напряжения;

vf - начальная фаза,

поступает с выхода генератора 1 высокой частоты через первый блок 2 сдвига частоты и усилитель 3 с автоматической регулировкой усиления на вход исследуемого четырехполюсника 4 и образцового четырехполюсника 5,

Выходные напряжения исследуемого 4 и образцового 5 четырехполюсников описываются выражениями

Uft(t)Um ) ,( 2) ui(t)uJrm cos(0,(t-fcft)-Hf/. (3)

В положении первого переключателя 6, указанном на чертеже, напряжение, описываемое выражением (2), подается через второй блок 7 сдвига частоты на первый вход первого смесителя 8, в качестве гетеродинного напряжения которого служит напряжение, поступающее на его второй вход с выхода второго высокочастотного генератора 9:

U 3(t) 3(),14)

где начальная фаза напряжения высокочастотного генератора 9.

При выполнении условия выходное напряжение первого смесителя 8 можно представить в виде

Изобретение может быть использовано для измерения фазового времени задержки и его неидентичности четырехполюсников, имеющих большую неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей с сохранением требуемой точности измерения. Устройство содержит первый генератор 1 высокой частоты, первый блок 2 сдвига частоты, усилитель с АРУ 3, исследуемый четырехполюсник 4, образцовый четырехполюсник 5, первый переключатель 6, второй блок 7 сдвига частоты, первый смеситель 8, второй генератор 9 высокой частоты, фильтры 10 и 12, усилители- ограничители 11 и 18, счетный фазовращатель 13, перемножитель 14, второй переключатель 15, второй смеситель 16, третий и четвертый фильтры 17, 19 нижних частот, установочный фазовращатель 20, интегратор 21, выходной прибор 22, блок 23 сдвига частоты, фазорасщепнтель 24, ключ 25 и генератор 26 низкой частоты. 1 ил. С S С

I.

u4U)um4 (со8(бЗ(- 0еН-й7,й+Y,- +cos (, (5)

где ,2 Umj/2 - результирующая амплитуда напряжения.

Напряжение, описываемое выражением (5), поступает на вход первого фильт- ра 10 нижних частот, на выходе кото- рого выделяется напряжение с разностной частотой J6 . С целью нормирования амплитуды, это напряжение подается на вход первого усилителя-ограничителя 11 и далее проходит через второй фильтр 12 нижних частот, с помощью которого восстанавливается гармоническая форма напряжения и устраняются высшие гармоники и последовательно подключенный к нему отсчетный фазовращатель 13 на первый вход перемножителя 14, Это напряжение описывается выражением

U5(t)Um5cos(ut-6J +lf,-i 2-«f I - ),(6)

где , U .j , - фазовые сдвиги, вносимые первым фильтром 10 нижних частот, первым усилителем-ограничителем И и вторым фильтром 13 нижних

частот,

1

Формирование опорного напряжения с разностной частотой «5с осуществляется в положении второго переключателя 15, указанном на чертеже, путем подачи напряжений, описываемых выражениями (1) и (4), на входы второго смесителя 16, Выделенное на выходе второго смесителя 16 с помощью третьего фильтра 17 нижних„частот напряжение с разнос (ной частотой Jc. посограничитель 18, четвертый фильтр 19 нижних частот и установочный фазовраиби)итбсоз(й -%-Ч ;- -Ч 3), (7)

где 5 , Ч ,з Фазовые сдвиги, вносимые третьим фильтром 17 нижних частот вторым усилителем-ограничителем 18 и четвертым фильтром 19 нижних частот.

В перемножителе 14 осуществляется перемножение напряжений, описываемых выражениями (6) и (7) с последующим интегрированием их произведения интегратором 21, выходное напряжение которого подается на вход выходного прибора 22,

С помощью установочного фазовраща- 20 тоты в противоположную сторону и ностеля 20 сдвигают фазу напряжения, описываемого выражением (7), до получения нулевого значения проинтегрированного напряжения

U7(t)Um7cos(Јt+)a (8)

Затем замыкают ключ 25, и напряжение частоты SI с выхода низкочастотного генератора 26 подается на вход фазорасщепителя 24 , выходные напряже- ния которого подаются на управляющие цепи первого 2 и второго 7 блоков сдвига частоты, В зависимости от нап

Ug(t)Umcos(i2t+52/V -/lM7/)0 (9)

Из выражения (9) следует, что регистрируемый фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника 4 связан со сдвигом частоты и временем задержки выражением

/

йЧ,ад.

Таким образом, искомое фазовое время задержки определяется по формуле

о, Д«4

-тгЕсли первый переключатель 6 находится в положении, противоположном указанному на чертеже, то на вход второго блока 7 сдвига частот подается напряжение с выхода образцового четырехполюсника 5, описываемое выражением (3). С помощью операций аналогичных описанным, можно показать, что регистрируемый фазовый сдвиг образцового четырехполюсника 5 связан

ремножителя 14. Это напряжение описывается выражершем

равления чередования фаз управляющих напряжений на входах блоков 2 и 7 сдвига частоты формируются напряжения с частотой, рлвной сумме (, или разности Л/ частот высокочастотного и низкочастотного напряжений.

Так как управляющие цепи блоков сдвига частоты 2 и 7 включены встречно, то при сдвиге частоты оЭ( устройством 2 в сторону увеличения на величину ji 4 в блоке 7 происходит сдвиг час

становление первоначального значения частоты лЭ , При этом фазовый сдвиг, вносимый исследуемым четырехполюсником 4, увеличивается на величину ДЧ Jt/Јj и с помощью описанных выше операций переносится на разностную частоту 51 .

С помощью отсчетного фазовращателя 13 осуществляется восстановление первоначального нулевого значения проинтегрированного напряжения путем сдвига напряжения промежуточной частоты на регистрируемый угол

со сдвигом частоты и временем задержки выражением

Sl$p

Тогда искомое фазовое время задержки будет определяться по формуле

с- 0 Ч- -у- .

Для обеспечения однозначности из- мерения фазового времени задержки исследуемого 4 и образцового 5 четырехполюсников по фазовым сдвигам ДЧ и Дч$ необходимо значение частоты Ji/ выбирать из соотношения

50

JU ff/W,

где Цщкс - максимальное значение измеряемого фазового времени задержки.

В режиме измерения неидентичности фазового времени задержки исследуемого 4 и образцового 5 четырехполюсников первый переключатель 6 должен находиться в положении, указанном на чертеже, второй переключатель 15 - в

положении, противоположном указанному на чертеже, а ключ 25 - в разомкнутом положении.

При работе устройства в указанном режиме на первый вход перемножителя 14 поступает напряжение, описываемое

(tO-um,0cos(JH-6J,VM -V4 ; i (ю}

После перемножения напряжений, описываемых выражениями (6) и (10), осуществляется их интегрирование интегратором 21, выходное напряжение которого измеряется выходным прибором 22.

С помощью установочного фазовращателя 20 сдвигают фазу напряжения, описываемого выражением (10), до получения нулевого значения проинтегрированного напряжения

и4( (t)umwcos(2.t+4 (1)o. n)

Затем замыкают ключ 25 и напряжение частоты Jl с выхода низкочастотного генератора 26 подается на вход фазорасщепителя 24, выходные напряжения которого подаются на управляв- г мые цепи первого 2, второго и третьего 23 блоков сдвига частоты. Ч

2

2

u,2U)umi2cos jh+ Vt2) (12;

Выражение (12) показывает, что регистрируемый фазовый сдвиг ДЦ, й связан со сдвигом частоты и неидентичность фазового времени задержки исследуемого 4 и образцового 5 четырехполюсников выражением

&Ч,Й,(Ъ-Ј«) # Д(13)

(13)

Из выражения

следует, что искомое значение неидентичности фазового времени задержки определяется по формуле

дЈ

с- л 4

(,(-{/Ј -,

л

В качестве блоков сдвига частоты могут быть использованы однополосные модуляторы на основе балансных смесителей, питаемых по высокой и низкой частотам квадратурным напряжением, а также индукционные и емкостные фазовращатели с непрерывно вра дающимися роторами, причем направле ние вращения магнитных или электрических полей должно быть противоположным.

-

985 .8

выражением (6), а в качестве опорного служит напряжение разностной частоты, полученное в результате смешиваний напряжений (3) и (4) во втором смесителе 16. Это напряжение описывается выражением

При этом блоком 2 сдвиг частоты CjOi

осуществляется

в сторону увеличе

ния, а блоками 7 и 23 - в сторону уменьшения, что приводит к восстанов-1 лению первоначального значения час- joTbi С$ .

В результате сдвига частоты фазовые сдвиги, вносимые исследуемым 4 и образцовым 5 четырехполюсниками, возрастают на величину ЙЧ Ju Ч и Дм которые переносятся на разностную частоту ji ,

С помощью отсчетного фазовращателя 13 осуществляется восстановление первоначального нулевого значения проинтегрированного напряжения путем сдвига напряжения промежуточной.частоты на регистрируемый угол :

35

40

45

50

55

Формула изобретения

Устройство для измерения фазового времени задержки, содержащее первый генератор высокой частоты, выходом подключенный через последовательно соединенные первый блок сдвига частоты и усилитель с автоматической регулировкой усиления к входной клемме для подключения исследуемого четырехполюсника, генератор низкой частоты через ключ соединен с входом фазорасщепителя, фазы которого соединены с противоположными входами цепей управления первого и второго блоков сдвига частоты, второй генератор высокой частоты выходом подключен к вторым входам первого и второго смесителей, первый вход первого смесителя подключен к выходу второго блока сдвига частоты, выходную клемму для подключения исследуемого четырехполюсника, выход первого смесителя через последовательно соединенные первый фильтр нижних частот, первый усилитель-ограничитель, второй фильтлэ нижу1620985

них частот и отсчетный фазовращатель подключен к первому входу перемножителя, второй вход которого подключен к выходу второго смесителя через по- ( следовательно соединенные третий фильтр нижних частот, второй усилитель-ограничитель, четвертый фильтр нижних частот и установочный фазовращатель, а выход перемножителя через

интегратор подключен к выходному прибору, отлич ающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей с сохранением требуемой точности измерений, в него допол- нительно введены образцовый четырехполюсник, третий блок сдвига частоты и два переключателя, причем образцовый четырехполюсник входом подключен

10

(

0

j

к выходу усилителя с автоматической регулировкой усиления, а выход - к входу третьего блока сдвига частоты, противоположные входы цепи управления которого соединены с выходом фа- зорасщепителя, выход третьего блока сдвига частоты подключен к второму входу второго переключателя, первый вход которого подключен к выходу первого генератора высокой частоты, а выход - к первому входу второго смесителя, первый переключатель первым входом подключен к выходной клемме для подключения исследуемого четырехполюсника, а вторым входом - к выходу образцового четырехполюсника, выход первого переключателя подключен к входу второго блока сдвига частоты.