Устройство для измерения фазовых характеристик Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических устройств как в функции изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входе.

Целью изобретения является повышение точности определения фазовых характеристик измерителей (преобразователей) разности фаз.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство для измерения фазовых характеристик содержит первый и второй регуляторы 1 и 2 уровня, формирователь 3 боковых составляющих, фазозадающий блок 4, первый и второй блоки 5 и 6 восстановления несущей, первый и второй демодуляторы 7 и 8, первый и второй индикаторы 9 и 10. Первый выход фазозадающего блока 4 соединен с первым входом второго блока (р восстановления несущей и входом формирователя 3 боковых составляющих, первый выход которого подключен к первому входу второго демодулятора 8, второму входу первого демодулятора 7 и второму входу второго блока б восстановления несущей, выход блока 6 восстановления несущей через второй регулятор 2 уровня соединен с третьим входом второго демодулятора 8, выход которого подключен к второму индикатору 10. Второй выход фазозадающего блока 4 подключен к первому входу первого блока 5 восстановления несущей, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя 3 боковых составляющих, первым входом первого демодулятора 7 и вторым входом второго демодулятора 8, выход первого блока 5 восстановления несущей через первый регулятора 1 уровня подключен к третьему входу первого демодулятора 7, выход которого соединен с первым индикатором 9. Выходы первого и второго регуляторов 1 и 2 уровня образуют соответственно первую и вторую выходные клеммы устройства.

Формирователь 3 боковых составляющих, реализованный на основе использования способа однополюсной модуляции, состоит из генератора 11, удвоителя 12 частоты и системы 13 ФАПЧ, выход которой и является первым выходом формирователя 3 боковых составляющих, второй выход которого - выход генератора 11.

Вход формирователя 3 боковых составляющих через удвоитель 12 частоты соединен с вторым входом системы 13 ФАПЧ. В свою очередь сиатема 13 ФАПЧ содержит подстраиваемый генератор, смеситель, фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляющий элемент, замкнутые в кольцо фазовой автоподстройки частоты по вторичным биениям. Один из входов смесителя

образует вход эталонного сигнала системы ФАПЧ (другой при этом подключен к выходу подстраиваемого генератора), а один из входов фазового детектора - вход сигнала с частотой сдвига (другой вход фазового детектора подключен к выходу смесителя).

Фазозадающий блок 4 содержит генератор 14 сдвига, выход которого соединен с входом установочного фазовращателя 15 и образует один из выходов фазозадающего

блока 4, второй выход блока 4 образован выходом установочного фазовращателя 15. Блоки 5 и 6 восстановления несущей выполнены с использованием методов однополосной модуляции на основе применения систем ФАПЧ по вторичным биениям, идентичных системе 13 ФАПЧ формирователя 3 боковых составляющих. Первыми входами блоков 5 и 6 восстановления несущей являются входы компенсирующих фазовращателей 16 и 17. Вторые входы блоков 5 и 6 восстановления несущей образованы входами эталонного сигнала систем 18 и 19 ФАПЧ, выходы которых образуют соответственно выходы блоков 5 и 6 восстановления несущей.

Демодуляторы 7 и 8 идентичны демодулятору прототипа, содержат соединенные последовательно трехвходовый сумматор 20 (21), квадратичный элемент 22 (23),

фильтр 24 (25). Входы сумматоров 20 и 21 образуют соответственно входы демодуляторов 7 и 8, выходы которых образованы выходами соответствующих фильтров 24 и 25.

Устройство работает следующим образом.

На выходах формирователя боковых составляющих формируются сигналы аен(т.) Aecos( Шс - Q)t + фън ,

aee(t) Aecos( (ik + Q )t + ръв I

где Аб - амплитуда боковых составляющих;

( toc - Q), + (рън -соответственно

частота и начальная фаза сигнала на втором

выходе формирователя боковых составляющих;

( ok + Ј2), рбв - соответственно частота и начальная фаза сигнала на первом выходе формирователя боковых составляющих;

Q- частота сигналов на выходах фазозадающего блока.

Сигналы на выходах первого и второго блоков восстановления несущей имеют вид соответственно

aHi(t) - AHicos( + /%H + psi + PH) ),

3H2(t) - AH2COS( ftfct + ръв + 331 + ),

где AH1, Ан2 - амплитуды сигналов на выходах первого и второго блоков восстановления несущей;

дел. pQ2 - начальные фазы сигналов на первом и втором выходах фазозадающе- го блока соответственно;

р, рн2 - фазовые сдвиги, вносимые соответственно первым и вторым блоками восстановления несущей.

На выходе первого и второго регуляторов уровня формируются api(t) Apicos (ctfct + рън + р32 + рн + 1 ).

ap2(t)-Ap2COS(Ofct+ рьв+ 031 + рн2 + р1 ),

где 1, рр2 - фазовые сдвиги, вносимые соответственно первым и вторым регуляторами уровня;

Api, Ар2 - амплитуды сигналов на выходах первого и второго регуляторов уровня соответственно.

На входы первого демодулятора поступают одновременно сигналы абн(т.), аев(т), 3pi(t), и после соответствующих преобразований (перемножения и фильтрации) на его выходе имеем

aAi(t)AAicos(H + Р32 - )

cos (Qt+ )

j,

где АД1 - амплитуда сигнала на выходе первого демодулятора.

На входы второго демодулятора поступают одновременно сигналы абн(т.), абв{т), ар2, и после аналогичных преобразований имеем

ад2М Ад2С08(рн2 + + Р31 )

COS( ).

где Ад2 - амплитуда сигнала на выходе второго демодулятора.

Условием нулевых (минимальных) показаний индикаторов являются

Рн1 - Рн2 + - + -#31 -фЬв +(рбн КЯ,

К 0. 1,2,3

Разность фаз между выходными сигналами на первой и второй клеммах устройства рав- на

Ау 1 - рн2 + рр1 - + fQ2 - - фЪв + Рбн

Таким образом, равенство нулю (или л) выходной разности фаз и условие нулевых (минимальных) показаний обоих индикаторов совпадают.

Следовательно, установив на выходе фазозадающего блока (f%2 - ДО1 ) Ои добившись изменениями м и нулеI

5

Ю

15

5

20

30

CQ

55 35

40

45

вых (минимальных) показаний обоих индикаторов, получим разность фаз сигналов на выходных клеммах устройства, равную 0° для любых заданных значений уровней выходных сигналов.

Можно выделить два основных режима работы устройства.

Измерение фазовой характеристики исследуемого образца в функдии изменения входной разности фаз (проверка по линейности). Установочный фазовращатель 15 устанавливаютвположение, соответствующее 0° (180°), регуляторами 1 и 2 уровня устанавливают заданные значения амплитуды сигналов соответственно на первой и второй выходных клеммах устройства. Компенсирующими фазовращателями 16и 17блоков5и6 восстановления несущей добиваются нулевых (минимальных) показаний соответственно индикаторов 9 и 10. Последовательно задавая установочным фазовращателям 15 необходимые значения выходной разности фаз и регистрируя каждый раз показания индикатора испытуемого образца, производят определение искомой характеристики для заданных значений амплитуд сигналов на выходных клеммах устройства. Установочный фазовращатель 15 возвращают в положение, соответствующее 0°(180°). Регуляторами 1 и 2 уровня устанавливают новые значения амплитуд испытательных сигналов на соответствующих выходных клеммах устройства и с помощью компенсирующих фазовращателей 16 и 17 отрабатывают возникающие при этом фазовые сдвиги соответственно по индикаторам

9и 10. Повторив в указанной последовательности описанные операции, определяют искомую характеристику для новых значений уровней выходных сигналов и т.д.

Измерение фазоамплитудных характеристик исследуемого образца-фазометра (поверка по фазоамплитудной погрешности).

Установочный фазовращатель 15 устанавливают в положение, соответствующее 0°(180°), регуляторами 1 и 2 устанавливают заданные значения амплитуд сигналов на соответствующих выходных клеммах устройства. Компенсирующими фазовращателями 16 и 17 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикаторов 9 и

10соответственно, затем установочным фазовращателем 15 устагавливают заданное значение разности фаз, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Установочный фазовращатель 15 возвращают в положение, соответствующее 0° (180°). Регуляторами 1 и 2 уровня производят изменение амплитуд

сигналов на соответствующих выходных клеммах устройства, компенсирующими фазовращателями 16 и 17 восстанавливают нулевые (минимальные) показания индикаторов 9 и 10. Установочным фазовращателем 15 вновь устанавливают заданное значение выходной разности фаз, производят отсчет-показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя, Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровней выходных сигналов дает искомое значение ФАХ (фазоамплитудная погрешность).

Предварительно устанавливая установочный фазовращатель 15 в положение, соответствующее 0° (180°), перед каждым изменением уровней сигналов по любому из выходов устройства, затем последовательно задавая ряд з-чачений амплитуд выходных сигналов, отрабатывая при этом компенсирующими фазовращателями 16 и 17 возникающие фазовые сдвиги в регуляторах 1 и 2 уровня (по нулевым или минимальным показаниям индикаторов 9 и 10), а также восстанавливая после этого устано-- вочным фазовращателем 15 заданное значение выходной разности фаз с помощью индикатора исследуемого образца, производят определение всех значений искомой ФАХ для заданного значения выходной разности фаз испытательного сигнала. Повторив в указанной последовательности операции по измерению фазоамплитудной характеристики, находят ФАХ исследуемого образца для нового значения выходной разности фаз испытательного сигнала, задаваемого каждый раз установочным фазовращателем 15.

Изменения начальной фазы сигналов на выходах формирователя боковых составляющих, обусловленные изменением внешних условий, режимов работы элементов формирователя частоты, могут достигать единиц и даже десятков градусов, что приводит к погрешности установки (воспроизводства) заданного значения разности фаз сигналов на выходе известного устройства того же порядка, В предлагаемом устройстве погрешность установки (вопроизводства) заданной разности фаз выходных сигналов определяется только разрешающей способностью, которая в заданном режиме калиброаки составляет сотые и даже тысячные доли градуса.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет на один-два порядка повысить точность измерения фазовых

характеристик исследуемых образцов (фа- зометрических устройств).

Формула изобретения

Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее фазозадающий блок, подключенный через первый блок восстановления несущей к входу первого регулятора уровня, выход которого является

первым выходом всего устройства и соединен с одним из входов первого демодулятора, выход которого подключен к первому индикатору, а Другой вход демодулятора соединен с первым выходом формирователя

боковых составляющих, второй выход которого соединен с третьим входом первого демодулятора и с другим входом первого блока восстановления несущей, а второй выход фазозадающего блоке соединен с

входом формирователя боковых составляющих, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены второй демодулятор, второй индикатор, второй блок восстановления несущей

и второй регулятор уровня, при этом второй выход фазозадающего блока соединен с первым входом второго блока восстановления несущей, второй вход, которого соединен с первым выходом формирователя

боковых составляющих и с одним из входов второго демодулятора, а выход через второй регулятор уровня - с другим входом второго демодулятора и с вторым выходом всего устройства, третий вход второго демодулятора соединен с вторым выходом формирователя боковых составляющих, а выход - с вторым индикатором.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических устройств как в функции изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входах. С целью повышения точности измерения на выходных клеммах устройства вырабатываются два сигнала одной и той же частоты с переменными амплитудами и постоянной разностью фаз, однозначно определяемой состоянием установочного фазовращателя 15 фазозадающего блока 4. Достигается это путем компенсации фазовых сдвигов в регуляторах 1 и 2 уровня, возникающих в процессе изменения амплитуд выходных сигналов блоков 5 и 6 восстановления несущей, выполненных на основе систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) по вторичным биениям. Компенсация производится по нулевым (минимальным) показаниям индикаторов 9 и 10 с помощью компенсирующих фазовращателей 16 и 17. Формирователь 3 боковых составляющих содержит генератор 11 высокочастотных сигналов и систему 13 ФАПЧ по вторичным биениям, в цепь сигнала с частотой сдвига которой включен удвоитель 12 частоты. Демодулятор 7 (8) содержит последовательно соединенные трехвходовый сумматор 20 (21), квадратичный элемент 22 (23) и фильтр 24 (25). 1 ил. Я со С о 4 ч 4 4 Ч