Измеритель фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания Советский патент 1991 года по МПК G01R27/28 

а ьэ

СЭ N3

О

ю

Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания радиоустройств и их элементов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Цель достигается путем исключения фазоимпульсной погрешности, возникающей на входе и выходе смесителей, включая погрешность низкочастотной части измерителя. Для этого в измеритель введены развязывающие четырехполюсники 4,6,9,11,24,16, 18, коммутаторы 3,13,15.программируемые синтезаторы 1,8 частот.Информация , полученная в измерительных циклах режимов калибровки и измерений, во время которых переключаются сигналы и их частоты на входах смесителей 10,17, обрабатывается в микроЭВМ 21. Введением цифровых фазометров 19,20 обеспечивается регулировка Р широких пределах числа усреднений п и исключается промежуточное преобразование фаза - напряжение. 1 ил. 9 (Л

-О

Изобретение относится к радноиз-1- мерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания радиоустройств и их элементов. Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения фаэоамплитудной погрешности, возникающей на входе и выходе смесителей включая погрешность низкочастотных каналов.

На чертеже представлена структурная схема измерителя.

Измеритель содержит первый программируемый синтезатор 1 частот,первый согласующий блок 2, первый коммутатор 3, первым развязывающий четырехполюсник 4, первый смеситель 5, второй развязывающий четырехполюсник 6, второй 7 и третий 8 программируемые синтезаторы частот,третий развязывающий четырехполюсник 9,второй смеситель 10, четвертый развязы ваюший четырехполюсник 11, второй согласующий блок 12, второй коммутатор 13, пятый развязывающий четырехполюсник 14, третий коммутатор 15, шестой развязывающий четырехполюсник 16, третий смеситель 17, седьмой развязывающий четырехполюсник 18, первый 19 и второй 20 цифровые фазометры и микроЭВМ 21. На схеме обозначен исследуемый объект 22.

Выход перв го программируемого синтезатора 1 частот соединен с входом первого согласующего блока 2, первый выход которого подключен к входу первого коммутатора 3, а второй выход соединен через первый развязывающий четырехполюсник А с сигнальным входом первого смесителя 5, гетеродинный- вход которого подключен через второй развязывающий че тырехполюсник 6 т- выходу второго программируемого синтезатора 7 частот, выход третьего программируемого синтезатора 8 частот соединен через третий развязывающий четырехполюсник 9 с гетеродинным входом второго смесителя 10, сигнальный вход которого подключен через чеч- вертый развязывающий четырехпоаюсник 11 к второму выходу второго сокпя

сующего блока 12, вход которого соединен с выходом второго коммутатора 13, к первому входу которого подключается выход игсгн:;1Л рмлп, объекта.

5

0

5

5

0

5

0

0

5

Второй вход второго коммутатора I3 соединен с вторым выходом первого коммутатора 3, к первому выходу которого подключается вход исследуемого объекта. Первый выход второго согласующего блока 12 соединен через пятый развязывающий четырехполюсник i с первым входом третьего коммутатора 15, второй вход которого подключен через шестой развязывающий четырехполюсник 16 к сигнальному входу второго смесителя 10. Выход третьего коммутатора 15 соединен с сигнальным входом третьего смесителя 17, гетеродинный вход которого подключен через седьмой развязывающий четырехполюсник 18 к выходу второго программируемого синтезатора 7 частот, вход синхронизации которого соединен с входом синхронизации треть е- го программируемого синтезатора 8 частот и с выходом синхронизации первого программируемого синтезатора 1 частот. Выход первого смесителя 5 подключен к первым входам первого цифрового 19 и второго 20 цисЬровых фазометров. Выход второго смесителя 10 соединен с вторым входом первого цифрового фазометра 19. Выход третьего смесителя 17 подключен к второму входу второго цифрового фазометра 20. Информационная шина микроЭЗМ 21 соединена с информационными входами первого 1, второго 7 и третьего 8 программируемых синтезаторов частот и с информационными выходами первого 19 и второго 20 цифровых фазометров.Управляющая шина микроЭВМ 2I подключена к управляющим входам-выходам программируемых синтезаторов 1, 7 и 8 частот, коммутаторов 3, 13 и 15 и цифровых фазометров 19 и 20.

Измеритель работает следующим образом.

По команде Пуск производится начальная установка микроЭЗМ 21,после которой микроЭЗМ 21 переходит к подпрограмме ус/ановки режима работы. С пульта управления микроЭВ / 21 задаются: начальная СОц и конечная СО к частоты диапазона перестройки частоты, шаг перестройки частоты (количество точек) и число усреднений результатов измерений п.1.

Работа измерителя осуществляется в двух режимах: калибровки и измерений. 3 обоих режимах производится m измерительных циклов, причем m опре51626202

количеством частотных точек

еляется

(шагом перестройки частоты) в заданном диапазоне частот.Каждый цикл состоит из двух тактов.

Для проведения калибровки микро- ЭВМ 21 выставляет на управляющую шину сигнал, поступающий на управляющие входы коммутаторов 3 и 13. В результате этого коммутаторы 3 и 13 устанавливаются в положение, в котором первый выход согласующего блока 2 соединяется непосредственно с входом согласующего блока 12. Необходимый режим усреднения результатов измерений в цифровых фазометрах 19 и 20 микроЭЗМ 21 устанавливает, выставив на управляющей шине сигналы, перевоящие цифровые фазометры 19 и 20 в режим работы с заданным числом усреднений результатов измерений.

В первом такте измерительного цика режима калибровки микроЭВМ 21 переводит коммутатор 15 а положение, в отором сигнальный вход смесителя 17 подключается к выходу развязывающего четырехполюсника 14, и устанавливает частоты выходных сигналов программируемых синтезаторов 1, 7 и 8 частот (например, типа 46 - 72).Для установки частоты (О; сигнала на выхое программируемого синтезатора 1 астот микроЭВМ 21 выставляет на упавляющую шину разрешающий сигнал, который поступает на управляющий вход программируемого синтезатора 1 частот, подготавливая его к приему информации. Затем микроЭВМ 21 выставляет на информационную шину код частоты (Д; , который записывается в программируемый синтезатор 1 частот. Аналогично устанавливается частота СО1 - SI (Q промежуточная частота на выходах смесителей 5, 10 и 17) сигналов на выходах программируемых синтезаторов 7 и 8 частот.

Сигнал частоты СО; с выхода прогаммируемого синтезатора 1 частот оступает через согласующий блок 2 развязывающий четырехполюсник 4 а сигнальный вход смесителя 5, на гетеродинный вход которого через развязывающий четырехполюсник 6 подается сигнал частоты 6J; - Ј2 с выхода программируемого синтезатора 7 частот. В результате преобразования частот на выходе смесителя 5 образуется сигнал

10

15

20

25

45

50

55

30

35

40

5

5

um|sin(at

,

п

+ Ч, -(рГ1

где (Р( - фазовый сдвиг, возникающий в сигнальных цепях смесителя 5;

фазовый сдвиг, возникающий в гетеродинных цепях смесителя 5.

Полученный сигнал (I) подается на первые входы цифровых фазометров 19 и 20 (например, типа ФК2-35). Одно-временно сигнал частоты СО, поступает на сигнальный вход смеситг ля 10 через согласующий блок 2, коммутаторы 3 и 13, согласующий блок 12 и развязывающий четырехполюсник 11, а на сигнальный вход смесителя 17 - через согласующий блок 2, коммутаторы 3 и 13, согласующий блок 12, развязывающий четырехполюсник 14 и коммутатор 15. На гетеродинные входы смесителей 10 и 17 подаются сигналы частоты СО; - 7. соответственно с выходов программируемых синтезаторов 7 и 8 частот. На выходах смесителей образуются сигналы

5

0

U

«L ит,зЈп( )

0

и.

}ъ

где

и,

т,

sin(Qt ),

(2) (3)

5

0

и (0, - фазовые сдвиги,возникающие в сигнальных цепях соответственно смесителей 10 и 17; СРГ2 и Ср - фазовые сдвиги, возникающие в гетеродинных цепях соответственно смесителей 10 и 17. Сигналы (2) и (3) поступают на вторые входы соответственно цифровых фазометров 19 и 20. МикроЭВМ 21 выдает разрешающий сигнал и сигнал запуска, которые по управляющей шине поступают на управляющие входы цифровых фазометров 19 и 20, и переходит к подпрограмме ожидания сигнала готовности данных от цифровых фазометров 19 и 20. После завершения измерения на информационных выходах цифровых фазометров формируются коды, соответствующие фазовым сдвигам

,в + (f2Q - (Ч, ) 55

.

(4)

Ьз1- - (q, + ч,п - - О гз-срг, ).(5)

гдеЦ1 2 Ч аоиЧЧ Фазовые сдвиги, возникающие в цепях промежуточной частоты соответственносмесителей 5, 10 и 17, в то числе в каналах цифровых фазометров 19 и 20.

Одновременно на управляющих выходах цифровых фазометров 19 и 20 формируются сигналы готовности данных. При поступлении этих сигналов микро- ЭВМ 21 поочередно подключает информационные выходы цифровых фазометров 19 и 20 к информационной шине и считывает полученные данные, которые запоминаются.

Во втором такте измерительного цикла режима калибровки микроЭВМ 21 переводит коммутатор 15 в положение, в котором сигнальный вход смесителя 17 подключается через развязывающий четырехполюсник 16 к сигнальному входу смесителя 10. Частоты сигналов

на выходах программируемых синтезато- зо ветствуют первому такту измерительров 1 и 7 частот не изменяются, а на выходе программируемого синтезатора 3 частот устанавливается сигнал частоты (0; + О. , смещенной вверх относительно частоты сигнала на сигнальном входе смесителя 10 на промежуточную частоту. На первые входы

цифровых фазометров 19 и 20 подается сигнал (1). На второй вход цифрового фазометра 19 поступает сигнал

U

и. sin(Qt ). (6)

1 «ц,г

Знак фазового сдвига ср, изменился, поскольку частота сигнала на гетеродинном входе смесителя 10 выше,чем на сигнальном входе. Во втором такте сигнал частоты COj с выхода программируемого синтезатора 1 частот пос- тупает на сигнальный вход смесителя 17 через согласующий блок 2, коммутаторы 3 и 13, согласующий блок 12, развязывающие четырехполюсники 11 и 16 и коммутатор 15, поэтому на вто- рой вход цифрового фазометра 20 поступает сигнал

и

ь

U sintot +Cf ,-Cfr3). (7)

После завершения измерений на информационных выходах цифровых фазо- метроа 19 и 20 формируются коды,соответствующие фазовым сдвигам

fka,- () - Cf, +

+ (СРгг-Чп).

--J

(8)

5

Ч«,- - ,а - 4V,),(9)

которые записываются в микроЭВМ 2. Аналогично производится калибровка измерителя на других частотах в заданном диапазоне частот.

Для проведения измерения фазочас- тотной характеристики исследуемого объекта 22 микроЭВМ 21 переключает коммутаторы 3 и 13 в положение, в котором первый выход согласующего блока 2 соединяется с входом согласующего блока 12 через исследуемый объект 22.

В первом такте измерительного цикла режима измерений положение коммутатора 15 и частоты сигналов на выходах программируемых синтезаторов 1, 7 и 8 частот полностью соот0

5

ного цикла режима калибровки. Следовательно, на первые входы цифровых фазометров 19 и 20 поступает сигнал (1). На второй вход цифрового Фазометра 19 подается сигнал

U

пг

Um2sin Јt +й; +

+ Ь

(10)

где С| - Фазовый сдвиг, вносимый

исследуемым объектом 22 на частоте СО1,;

Д„ - фазовый сдвиг (Фазоамплитуд- ная погрешность), возникающий на входе смесителя 10 при отличии амплитуды сигнала (10) от амплитуды сигнала (2), при которой производилась калибровка измерителя.

На второй вход цифрового фазометра 20 поступает сигнал

U

U

иг + ЧЧ -(ft,),

„e sin($t

где &з фазовый сдвиг (фазоамплитуд- ная погрешность), возникающий на входе смесителя 17

ю

15

при отличии амплитуды сигнала (11) от амплитуды сигнала (3).

После завершения измерений микро- ЭВМ 21 запоминает коды, соответствующие фазовым сдвигам

%, ( + z + (fZtt - Ч, (12)

сриг, (cf, + АЗ+АЗ ) + омочп - (Cf, +(f,e) - (, ), (13)

где &Ј и Д Фазовые сдвиги (фазо- амплитудные погрешности) , возникающие в трактах промежуточной частоты смесителей 10 20 и 17, включая цифровые фазометры 19 и 20. Второй такт измерительного цикла режима измерения полностью соответствует второму такту измерительного 25 цикла режима калибровки, поэтому на первые входы цифровых фазометров 19 и 20 поступает сигнал (1) а на вторые входы - сигналы

иИ2 um2sin(S2t -tfx-AL- +tf rz): 3°

I(1A)

иИ5 UrMsin(Qt + Cf + А э + + Д г + 1Рз-Сргэ).(15)

и (4), (13) и (5), (16) и (8), ( и (9):

V, ,-U k2f-4 + Д 2

,-Cfx + А з + А ,; Vs-flurV™0 + ;

-.y.-tfx + A1 А; + С

а затем определяет фазовый сдвиг, вносимый исследуемым объектом i a тоте СО; t по алгоритму

Cfx (tf, -Ц)/2 - (V4- фе ).

Аналогично осуществляется изме ние фазовых сдвигов, вносимых исс дуемым объектом 22 на других част тах чаданного диапазона частот.Из ренная гЬазочастотная характерист ка исследуемого объекта 22 индици руетгя в виде цифровых данных ил графического изображения,

Для определения частотной хара теристики группового времени запа дывания исследуемого объекта 22 в числяется приращение фазового сдв га ДЦ при малом приращении часто ты UCO в пределах которого групп вое время запаздывания остается п тоянным, т.е. Л

гз/. v- vw,-+1

На информационных выходах цифровых 35 (C0;)j/CO;+( W; ,

фазометров образуются коды, соответ-гдеСрЛСОО и (О (Q. ) - фазовые

ствующие фазовым сдвигамлх +

ч ™- (-M x-uk +AJ + ( +дгзд)- - (Ч, ) + Q t2-Cfr, ), (16) 40

сдвиги, меренны в сосед измерит ных цикл соответ венно н частота

э,- Ч+А , + А, +& ,) + ( cf, +ciia) - ()

которые считываются и запоминаются мик- роЭВМ 21.

После окончания второго такта измерительного цикла режима измерений микроЭВИ 21 обрабатывает информацию, полученную в соответствующих циклах режимов калибровки и измерения, с целью коррекции фазоамгшитудной погрешности и погрешности, обусловленной неидентичностью каналов измерителя. Для этого микроЭЗМ 21 вычисляет разности фазовых сдвигов (12)

г-ю162620210

и (4), (13) и (5), (16) и (9):

V, ,-U k2f-4 + Д 2

0 5

°

,-Cfx + А з + А ,; Vs-flurV™0 + ;

-.y.-tfx + A1 А; + С

а затем определяет фазовый сдвиг, вносимый исследуемым объектом i a частоте СО; t по алгоритму

Cfx (tf, -Ц)/2 - (V4- фе ).

Аналогично осуществляется измерение фазовых сдвигов, вносимых исследуемым объектом 22 на других частотах чаданного диапазона частот.Измеренная гЬазочастотная характеристика исследуемого объекта 22 индици- руетгя в виде цифровых данных или графического изображения,

Для определения частотной характеристики группового времени запаздывания исследуемого объекта 22 вычисляется приращение фазового сдвига ДЦ при малом приращении частоты UCO в пределах которого групповое время запаздывания остается постоянным, т.е. Л

vw,-+1

лх +

40

45

50

55

сдвиги,измеренныев соседних измерительных циклах соответственно на частотах

СО; исо:+г

В результате проведения вычислений определяется частотная характеристика группового времени запаздывания в заданном диапазоне частот.

Предлагаемый измеритель позволяет также измерять прир.шение фазо- частотных характеристик и группового времени запаздывания и проводить сравнение характеристик различных объектов. Для измеоения поиращений характеристик микроЭВ -4 21 вычисляет разности фазовых сдвигов,полученных в соответствующих частотных точках

заданного диапазона частот, относительно фазового сдвига на исходной частоте

Д( ЧЧоСравнение характеристик объектов производится в два этапа. Сначала измеряется и запоминается характеристика эталонного объекта, а затем измеряется характеристика исследуемого объекта и определяются ее отклонения относительно эталонной.

Формула изобретения

Измеритель фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания, содержащий программируемый синтезатор частот, два согласующих блока, три смесителя и микроЭВМ,о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два дополнительных программируемых синтезатора частот, три коммутатора, семь развязывающих четырехполюсников и два цифровых фазометра, причем выход первого программируемого синтезатора частот соединен с входом первого согласующего блока, первый выход которого подключен к входу первого коммутатора, а второй выход соединен через первый развязывающий четырехполюсник с сигнальным входом первого смесителя, гетеродинный вход которого подключен через второй развязывающий четырехполюсник к выходу второго программируемого синтезатора частот,выход третьего программируемого синтезатора частот соединен через третий развязывающий четырехполюсник с гетеродинным входом второго смесителя, сигнальный вход которого подключен через четвертый развязывающий четы

5

0

5

0

5

0

рехполюсник к второму выходу второго согласующего блока, вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый вход которого подключен к выходной клемме для подключения исследуемого объекта, а второй вход соединен с вторым выходом первого коммутатора, первый выход которого подключен к входной клемме для подключения исследуемого объекта, первый выход второго согласующего блока соединен через пятый развязывающий четырехполюсник с первым входом третьего коммутатора, второй вход которого подключен через шестой развязывающий четырехполюсник к сигнальному входу второго смесителя, а выход соединен с сигнальным входом третьего смесителя, гетеродинный вход которого подключен через седьмой развязывающий четырехполюсник к вы- ходу второго программируемого синтезатора частот, вход синхронизации которого соединен с входом синхронизации третьего программируемого синтезатора частот и с выходом синхронизации первого программируемого синтезатора частот, выход первого смесителя подключен к первым входам первого и второго цифровых фазометров, выход второго смесителя соединен с вторым входом первого цифрового фазометра, выход третьего смесителя подключен к второму входу второго цифрового фазометра, информационная шина микроЭВМ соединена с информационными входами первого, второго и третьего программируемых синтезаторов частот и с информационными выходами первого и второго цифровых фазометров, а управляющая шина подключена к управляющим входам-выходам программируемых синтезаторов частот, коммутаторов и цифровых фазометров.