Способ определения фазоамплитудной погрешности преобразования частоты Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазоизмери- тельной технике и может быть использовано при построении прецизионных измерителей фазовых погрешностей активных и пассивных четырехполюсников, в частности смесителей.

Целью изобретения является повышение точности определения фазоамплитудной погрешности преобразования частоты.

На фиг.1 представлена структурная схема примера устройства, реализующего ;пособ; на фиг.2 структурная схема четырех- частотного генератора 1.

Устройство для определения ФАП смесителей содержит четырехчастотный генератор 1, фазовращатель 2, аттенюатор 3, испытуемый и вспомогательный смесители 4 и 5, трехполюсные коммутаторы 6, 7 и 8, низкочастотный фазометр 9.

В устройстве первый выход четырехча- стотного генератора 1 соединен с первым входом первого трехполюсного коммутатора б, выход которого подключен ко входу аттенюатора 3, выход которого соединен с сигнальными входами испытуемого и вспомогательного смесителей 4 и 5. Второй выход четырехчастотного генератора 1 через переменный фазовращатель 2 соединен со вторым входом первого трехполюсного коммутатора 6. Вторые (гетеродинные) входы смесителей 4 и 5 соединены с третьим выходом четырехчастотного генератора 1. Четвертый выход четырехчастотного генератора 1 соединен с первыми входами трех- полюсных коммутаторов 7 и 8, вторые входы которых соединены с выходами испытуемого и вспомогательного смесителей 4 и 5 соответственно, а выходы со входами низкочастотного фазометра 9.

Четырехчастотный генератор 1 состоит из НЧ опорного генератора 10, смесителя 11. ВЧ опорного генератора 12, первого и второго фильтров 13 и 14, Выход НЧ опорного генератора 10 соединен с первым входом смесителя 11, а также является четвертым выходом четырехчастотного генератора. Выход ВЧ опорного генератора 12 соединен со вторым входом смесителя 11, а также является третьим выходом четырехчастотного генератора. Выход смесителя 11 соединен со входами фильтров 13 и 14, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами четырехчастотного генератора 1.

Четырехчастотный генератор 1 предназначен для формирования на каждом из четырех выходов следующих сигналов {для упрощения записи амплитудные множители у колебаний опущены):

гетеродинного сигнала (ВЫХ.З);

Ui sin (tot 4-pi),(1)

где р) - начальная фаза колебания;

опорного сигнала промежуточной частоты (В ЫХ.4)

U2- sln(Qt+02 .(2)

где pi - начальная фаза колебания;

сигнального напряжения частоты (« + О)(ВЫХ,1)

U3-sln(/w + Q)t + yv,(3)

где р+ f + + Ai 4- Дг .

Ai - фазовый сдвиг, вносимый смесителем 11;

Дг фазовый сдвиг, вносимый фильт- ром 13, настроенным на частоту (ш + Q);

сигнального напряжения частоты (to-Q) (ВЫХ.2)

Щ sln(cu-Q)t (4)

где р- - (/% + Ai + Дз :

Дз - фазовый сдвиг, вносимый фильтром 14, настроенным на частоту (ш - Q).

Трехполюсный коммутатор 6 предназначен для подачи на входы испытуемого и вспомогательного смесителей 4 и 5 сигнальных колебаний вида (3) или (4) в зависимости от состояния коммутатора.

Трехполюсный коммутатор 7 предназначен для подключения ко входу фазометра 9 либо сигнала с выхода испытуемого смесителя 4, либо опорного колебания ПЧ кида (2) с четвертого выхода четырехчастотного генератора 1.

Трехполюсный коммутатор 8 предназначен для подключения ко входу фазометра 9 либо сигнала с выхода вспомогательного смесителя 5, либо опорного колебания ПЧ вида (2) с четвертого выхода четырехчастотного генератора 1.

Заметим, что коммутаторы 6,7,8 в зависимости от назначения и условий работы измерительного комплекса, в котором предполагается использовать предложенное устройство, могут быть с электронным или ручным управлением. Предполагается, что коммутаторы 6,7,8 не вносят дополнительных фазовых сдвигов (особенно это относится к коммутатору 6, функционирование которого происходит на высокой частоте) в силу симметричности их эквивалентной схемы.

0

5

Переменный аттенюатор 3 является дискретным и его коэффициент передачи принимает п дискретных значений, при которых и производятся измерения ФАП смесителя 4.

Переменный фазовращатель 2 предназначен для обеспечения равенства электрической длины тракта формирования первого

и второго сигнальных напряжений на входах испытуемого и вспомогательного смесителей 4 и 5 на частотах (а + Q) и (ш - Q) с учетом возможной фазочастотной зависи- мости переменного аттенюатора 3. Перед измерениями электрические длины трактов прохождения первого и второго сигнальных колебаний подстраиваются таким образом. чтобы выполнялось равенство

0J. Р Ар

(5)

где fl Аз -4- Датт(-) и Д Да + Дш(-) , а (6) Латт(+), Аатт(-) фазовые сдвиги, вносимые переменным аттенюатором 3 в сигналь- ные колебания суммарной (со + Q) и разностной (ш-Q) частот соответственно. После выравнивания электрических длин трактов на сигнальные входы испытуемого и вспомогательного смесителей 4 и 5 в зависимости от положения коммутатора б поступают напряжения

U4 sin (a) + S2)t+pi+p2+Ai+ Дтр (7) Us sin (ей - Q) t + р - (pi + AI + ДтР. (8)

Рассмотрим последовательность выполняемых действий в способе.

При подаче на сигнальные входы испытуемого и вспомогательного смесителей 4 и 5 напряжения (7) на их выходах формируют- ся колебания промежуточной частоты (ПЧ), фазы которых имеют вид

рвых1 Qt +(pi +Ai +СМФ1 , (9)

рвых2 Qt + pi + Д1 + СМФ2 , (10)

где СМФ1 и СФМ2 - фазоамплитудные погрешности испытуемого и вспомогательно- то смесителей 4 и 5 при некотором фиксированном положении переменного аттенюатора 3.

При подаче на сигнальные входы испытуемого и вспомогательного смесителей 4 и 5 напряжения (8) фазы ПЧ-колебаний на их выходах имеют вид

Qt AI + С МФ1, (11)

рвых4 Qt Al -prp + СМФ2. (12)

Измерения фазоамплитудной погреш- ности испытуемого смесителя 4 производятся следующим образом.

В первом измерении измеряют разность фаз между ПЧ-напряжением с выхода смесителя 4 вида (9) и опорного колебания ПЧ вида (2), при этом коммутатор 6 находится в положении, обеспечивающем прохождение сигнального напряжения (7) нз входы обоих смесителей 4 и 5.

Результат Фч первого измерения оче- видно равен

Фт СМФ1 + AI .(13)

Затем, не изменяя положения коммутатора 6, измеряют разность фаз Ф2 между напряжениями ПЧ и выходов испытуемого и вспо- могательного смесителей, т е. разность между выражениями (9) и (10):

Ф2 СМФ1-СМФ2(14)

Наконец, переключив коммутатор 6 в положение, обеспечивающее прохождение сиг

5

Q

о

нального напряжения вида (8) на входы обоих смесителей, измеряют разность фаз ПЧ- напряжений с выхода вспомогательного смесителя 5 и опорным колебанием ПЧ (2). Результат третьего измерения очевидно равен разности выражений (12) и (2)

Фз СМФ2 - .(15)

В этом положении коммутатора 6 можно провести контрольное измерение разности фаз - определить разность выражений (11) и (12), равную (14).

Вычисляя полусумму трех измерений, определяют искомую фазоамплитудную погрешность испытуемого смесителя

СМФ1 (Фт + Ф2+ Фз)/2.(16)

Необходимые для проведения измерений положения коммутаторов 7 и 8 очевидны из указания напряжений, разность фаз между которыми измеряется. Видно, что в итоговое соотношение (16) не входит неизвестная погрешность вспомогательного смесителя СМФ2, хотя следует отметить, что из выражений (13), (14), (15) может быть также определена и величина СМФ2.

Повторяя описанную последовательность действий для следующей точки диапазона амплитуд сигнала, задаваемой переменным аттенюатором 3, получают фазоамплитудную зависимость испытуемого смесителя 4 в виде

СМФ1 f (E),

Если предельная погрешность фазометра схемы измерения составляет ± Дмакс. то можно считать, что погрешность измерения фазоамплитудной погрешности смесителя в одной точке заданного амплитудного диапазона не превышает ±1,73 Дмакс

При использовании, например, для измерения разности фаз серийного фазометра типа ФК2-29, имеющего предел основной погрешности измерения разности фаз ± 0,5° в частотном диапазоне до 1000 МГц, пределы погрешности измерения ОАП в предложенном способе равны ± 0,87°.

Следует еще раз подчеркнуть, что в предложенном способе собственно измерение разности фаз производится на промежуточной частоте, которая может сыть сделана достаточно низкой, а в этом случае, как известно, точностные характеристики фазовых измерений могут быть еще повышены.

В качестве вспомогательного смеси геля при реализации предложенного способа может использоваться практически любой смеситель, поскольку к его ФАП не предьяв- ляется никаких требований.

Формула изобретения

Способ определения фэзоамплитудной погрешности преобразования частоты, заключающийся в том, что формируют гетеро- 5 динное напряжение и первое и второе сигнальные напряжения, частота которых соответственно больше и меньше частоты гетеродинного напряжения на величину промежуточной частоты, изменяют в задан- 10 ном диапазоне амплитуду сигнальных напряжений, преобразуют первое и второе сигнальные напряжения в измерительном канале на промежуточную частоту с помощью гетеродинного напряжения, а также 15 выполняют вспомогательное преобразование частоты и измеряют разность фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно формируют первое опорное напря- 20

жение промежуточной частоты, а вспомогательное преобразование частоты производят над гетеродинным напряжением и вторым сигнальным напряжением, в результате чего формируют второе опорное напряжение промежуточной частоты, измеряют разность фаз между выходным напряжением промежуточной частоты измерительного канала и первым опорным напряжением промежуточной частоты, измеряют разность фаз между первым и вторым опорными напряжениями промежуточной частоты, а затем измеряют разность фаз между выходным напряжением промежуточной частоты измерительного канала и вторым опорным напряжением промежуточной частоты, после чего определяют фазоамплитуд- ную погрешность преобразования частоты как полусумму трех упомянутых измерений разности фаз.

Изобретение относится к фазоизмери- тельной технике и может быть использовано при построении прецизионных измерителей фазовых погрешностей активных и пас- сивных четырехполюсников. Цель изобретения - повышение точности определения фазоамплитудной погрешности преобразования частоты. Способ заключается в том, что формируют гетеродинный сигнал, опорный сигнал промежуточной частоты двух сигнальных напряжений, частота которых соответственно больше и меньше частоты гетеродинного сигнала на величину промежуточной частоты, преобразуют в анализируемом преобразователе частоты сигнальное напряжение с частотой, большей гетеродинной на величину промежуточной частоты, с помощью гетеродинного сигнала в напряжение промежуточной частоты преобразуют во вспомогательном преобразователе частоты сигнальное напряжение с частотой, большей гетеродинной на величину промежуточной частоты, с помощью гетеродинного сигнала в напряжение промежуточной частоты, измеряют разность фаз между сигналом промежуточной частоты с анализируемого преобразователя частоты и опорным колебанием промежуточной частоты, измеряют разность между напряжениями промежуточной частоты с анализируемого преобразователя частоты и вспомогательного преобразователя, преобразуют в напряжение промежуточной частоты во вспомогательном преобразователе сигнальное напряжение с частотой, меньшей гетеродинной на величину промежуточной частоты, и измеряют разность фаз между сформированным во вспомогательном преобразователе напряжением промежуточной частоты и опорным колебанием промежуточной частоты, при этом искомую фазоамплитудную погрешность определяют как полусумму трех измерений. 2 ил. Os Ю а VI VI ел

s

Вых.1(и+&) 8ых.2(ш+&) 8ых.3(&) Вых4(&)

Фм.2