Способ определения фазоамплитудной погрешности Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазоизмери- тельной технике и может быть использовано для определения фазоамплитудной погрешности аттенюаторов, преимущественно для определения погрешностей аттенюаторов, используемых в электронных фазометрах и калибраторах фазы.

Целью изобретения является повышение точности измерения фазоамплитудной погрешности.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения фазоамплитудной погрешности.

Устройство для измерения фазоамплитудной погрешности содержит высокочастотные генераторы 1 и 2 регулируемой

частоты, балансный смеситель 3, согласующие усилители 4,5, переключатели 6 и 7, входной коаксиальный кабель 8, поверяемый аттенюатор 9, выходной коаксиальный кабель 10, опорный коаксиальный кабель 11, детектор 12, включающий высокочастотный диод 13 и нагрузочный резистор 14, низкочастотный избирательный усилитель 15, фильтр 16 нижних частот, установочные фазовращатели 17 и 18, фазометр 19, частотомер 20, сумматор 21 (например, тройник, включающий согласующие резисторы 22-24)

Выходы генераторов 1 и 2 соединены с входами смесителя 3 и через усилители 4,5 - с противоположными входами переключач

00 -N О О

телей 6 и 7. К выходу переключателя 6 через кабель 8 подключен аттенюатор 9, выход которого через кабель 10 соединен с одним входом сумматора 21, выход которого соединено детектором 12. Выход переключате- ля 7 через кабель 11 соединен с другим входом сумматора 21. Нагрузочный резистор 14 детектора 12 через усилитель 15 и фазовращатель 18 соединен с одним входом фазометра 19, другой вход которого со- единен с входом частотомера 20 и выходом фазовращателя 17, вход которого соединен с выходом фильтра 16, вход которого соединен с выходом смесителя 3.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Устанавливают на выходе генератора 1 рабочую частоту f 1, в аттенюаторе 9 устанавливают начальное значение ослабления. На выходе генератора 2 устанавливают близ- кую частоту f2, которую выбирают меньше частоты fi на фиксированное значение низкой частоты

F - f 1 - f2.

Высокочастотные испытательные сигналы близких частот:

Ui Umi cos (2 я fn + pi);(1)

U2 Um2cos(27rf2t ),(2)

где t - текущее время;

Umi , Um2 амплитуды испытательных сигналов близких частот;

fi, f2 - частоты испытательных сигналов близких частот;

р , (pi - начальные фазы испытательных сигналов близких частот, через согласу- ющие усилители 4 и 5 поступают на входы переключателей 6 и 7, При положении переключателей, указанном на чертеже, усиленный усилителем 4 сигнал (1) ослабляется аттенюатором 9 и далее поступает на пер- вый вход тройника 21, сигнал (2) после усиления усилителем 5 непосредственно воздействует на второй вход тройника 21, входные сопротивления которого равны волновым сопротивлениям кабелей 10 и 11. В результате суммирования ослабленного и неослабленного сигналов близких частот на диод 13 воздействует двухчастотный сигнал

Us «1 Umi COS 27rfl (t -Г|) +(p- + + + AipL + Um2 COS 2 Л f2 (t T2)+ 0z+Aflz,(3)

где a - коэффициент передачи аттенюатора при начальном ослаблении;

и ДуЈ-фазовые сдвиги, вносимые усилителями 4 и 5 и их соединительными кабелями;

т- и Г2 - задержки сигналов соответственно в кабелях 8,10 и 11;

фазовый сдвиг аттенюатора 9 на частоте fi.

Поскольку расстройка F f 1 - f2 сигналов (1), (2) мала по сравнению с частотой (f 1 + f2)/2, то сигнал (3) можно считать узкополосным. Огибающая такого сигнала может быть представлена в форме

A(

1 + К2 + 2 К cos 2 JT(fl - fa) t -И/Л -1/2

(4)

где Ai - амплитуда большего сигнала;

К А2/А-| - отношение амплитуд суммируемых сигналов;

и - начальные фазы суммированных сигналов.

В рассматриваемом случае К а и fi - f2 F, поэтому огибающая сигнала (3)

Ai (t) Umi 1 + с + 2 a cos 2 л F t - - 2 я (f i n - f2T2 + (p + p2 + A p- (5)

Огибающую (5) сигнала (3) выделяют детектором 12. Для этого диод 13 выбирают с квадратичной вольт-амперной характеристикой. Низкочастотное напряжение огибающей (5) усиливается избирательным усилителем 15, настроенным на разностную частоту F генераторов 1 и 2. Напряжение на выходе избирательного усилителя 15 с учетом дополнительных фазовых сдвигов

НА 2 Si« Umi Um2 cos 2 л Ft - 2 л (fi n - f2 га) -tyi - (pi +

+ - + Д + Дум, (6)

где Si - результирующая крутизна преобразования детектора 12 с учетом усиления избирательного усилителя 15;

Дуз фазовый сдвиг, вносимый детектором 12;

А(рА фазовый сдвиг, вносимый усилителем 15.

Одновременно с помощью смесителя 3 и фильтра 16 нижних частот формируется

вспомогательное низкочастотное напряже-где д фазовый сдвиг аттенюатора 9 на

ние разностной частотычастоте h

Вторично выделяют низкочастотное наU5 - S2 Um1 Um2 cos (2 n Ft +пряжение огибающей

О

+ ), (7)U9 2SiaUm1Um2cos 2jrFt +

где S2 - результирующая крутизна преобра-+ 2 n (f2n - f 1 r2) + p - fb +

зования канала формирования вспомогательного напряжения; 10+ д д д и + д + д j

- фазовый сдвиг, вносимый в этом

канале преобразования.

Напряжения 1)4 и Us через фазовраща-,,

тели 17 и 18 поступают на входы фазомет-™e Л$ - фазовый сдвиг, вносимый детекра 19. 15тором 12.

Фазовращателем 17 компенсируютНапряжение Ug, прошедшее фазовраразность фаз по нулевому показанию фазо-щатель 18, сравнивают по фазе с напряжеметра 19, изменяя таким образом началь-нием U5- прошедшим фазовращатель 17.

ную фазу вспомогательного сигнала (7).Компенсируют разность фаз по нулевому

В момент компенсации, определяемый 20показанию фазометра 19, изменяя начально нулевому значению индикатора фазомет-НУЮ ФазУ напряжения огибающей (10) фара 19, выполняется условиезовращателем 18.

В момент компенсации, определяемый

2л Р{ - 2 ;7r(fiTi -fata) +по нулевому показанию на индикаторе фа25зометра 19, выполняется условие

W-V + bW+bd+4b-b9 (f2r1-f1r2)+ 1Д 2яРг+ - +Д +Д.(8) +

л I л I30

где Ay и фазовые сдвиги, вносимые+ д + д + д 2 ЛРХ + фазовращателями 18 и 17 соответственно.

Условие (8) компенсации выполняется, +Ду 2+Ду5з +2л:(Т2г2 - f т + если фазовращателем 17 вносится фазовый

сдвиг 35+ДРТ +ДгД +Дур4-Д 2 +Д +

(f2r2-firi). (12)

-f + + - +Условие (12) компенсации выполняется,

4 если фазовращателем 18 вносится фазовый

+ + Д(Д - , (9)сдвиг

где начальная установка фазовраща-Д / 2 (f2r2 - firi - f2ri + fiT2) + теля 18. 45

Переключателями 6 и 7 меняют мес-+ + + Ду - + Avb . (13) тами по отношению к аттенюатору 9 испытательные сигналы (1) и (2) рабочей иПовторно меняют местами по отноше- близкой частот. Суммируют ослабленныйнию к аттенюатору 9 испытательные сиг- испытательный сигнал близкой частоты, $оналы близких частот, переключая прошедший через аттенюатор 9 с неослаб-переключатели 6 и 7 в исходное положение, ленным испытательным сигналом рабочейуказанное на чертеже, частотыПовторно суммируют ослабленный испытательный сигнал рабочей частоты,

Us -a. Um2 cos 2 jrf2 (t - т- + 55прошедший аттенюатор, с неослабленным сигналом близкой частоты (см. выра+ + Дрг +жение (3)).

Третий раз выделяют низкочастотное

+ Umi cos 2 JTfi (t - п) + (10)напряжение огибающей (см. выражение (6)).

Напряжения Щ и Us через фазовращатели 17 и 18 поступают на входы фазометра 19. Измеряют фазометром фазовый сдвиг между напряжением огибающей и опорным напряжением. С учетом фазовых сдвигов фазовращателей 17 (см. выражение (9) и 18 (см, выражение (13)) по фазометру определяется цифровой код фазового сдвига

N +2лг(т2Г2 -fiTi) +

+ р2 + - Дра - +А +

+ +2 тс (т2Г2 - fiTi)

2 Я (f2Ti - fiT2) + + +

+ -ДузЛ + -2 л Ft +

+ Ј2 - Д р5 - 2 Я (f2T2 - f 1Г1 - - - + - -Д + Дрб 2 (Г2 - Ti) -f (Ti - Т2) + Д Д + Д +

+ Д -Дуз{|.(14)

При выборе суммы электрических длин кабелей 8 и 10, равной электрической длине кабеля 11, задержка, вносимая ими в оба сигнала, будет одинаковой, поэтому TI Т2. Кроме того, поскольку частоты генераторов 1 и 2 близки между собой и «

---, то фазовые сдвиги и близки между собой, поэтому в выражении (14)

сумму и можно заменить удвоенным значением, т.е.

2 Д)а.

Поскольку переключение переключателей 6 и 7 не приводит к изменению рабочей точки на вольт-амперной характеристике диода 13, то фазовый сдвиг, вносимый де- тектором 12 на частоте F, также не изменяется, поэтому - Ду . Из этого следует, что показание фазометра согласно выражению (14) соответствует удвоенному значению фазоамплитудной погрешности поверяемого аттенюатора 9.

N 2 Д /Эа .

(15)

5

0

5

0

0

5

0

5

0 5

Поскольку результат (N) определения фазоамплитудной погрешности (Дуъ) аттенюатора не зависит от ослабления (а) поверяемого аттенюатора, а также уровней (Umi , Um2) испытательных сигналов, фазо- амплитудных искажений в детекторе (Д рз), фазочастотных искажений в усилителях ( , Дда , ) и фильтре (), то выражение (15) справедливо для любого шага ослабления.

При необходимости определения фазоамплитудной погрешности аттенюатора на другой рабочей частоте генераторы 1 и 2 перестраивают так, чтобы разностная частота оставалась постоянной. Контроль разностной частоты осуществляется по частотомеру 20.

Формула изобретения

Способ определения фазоамплитудной погрешности, заключающийся в том, что устанавливают аттенюатором начальное значение ослабления, пропускают через аттенюатор высокочастотный сигнал, частоту которого устанавливают равной рабочей частоте аттенюатора, измеряют фазометром фазовый сдвиг ослабленного аттенюатором сигнала при изменении ослабления аттенюатором с заданным шагом от начального значения до максимального, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, суммируют ослабленный испытательный сигнал рабочей частоты, прошедший через аттенюатор с неослабленным испытательным сигналом близкой частоты, которую выбирают меньше рабочей на фиксированное значение низкой частоты, выделяют низкочастотное напряжение огибающей разностной частоты испытательных сигналов, которое сравнивают по фазе со сформированным вспомогательным напряжением разностной частоты испытательных сигналов, компенсируют фазовращателем разность фаз сравниваемых напряжений, изменяя начальную фазу вспомогательного напряжения, меняют местами по отношению к аттенюатору испытательные сигналы рабочей и близкой частот, суммируют ослабленный испытательный сигнал близкой частоты, прошедший через аттенюатор, с неослабленным испытательным сигналом рабочей частоты, вторично выделяют низкочастотное напряжение огибающей, которое сравнивают по фазе с тем же вспомогательным напряжением, компенсируют фазовращателем разность фаз сравниваемых напряжений, изменяя начальную фазу низкочастотного напряжения огибающей, повторно меняют местами по отношению к аттенюатору испытательные сигналы рабочей и близкой частот, повторно суммируют ослабленный испытательный сигнал рабочей частоты, прошедший через аттенюатор, с неослабленным испытательным сигналом близкой частоты, третий раз выделяют низкочастотное напряжение огибающей, измеряют фазометром фазовый сдвиг между низкочастотным напряжением огибающей и вспомогательным напряжением, при этом показание фазометра соответствует удвоенному значению фазоамплитудной погрешности аттенюатора.

Изобретение относится к фазоизме- рительной технике. Цель изобретения - повышение точности определения фазоам- плитудной погрешности. Способ определения фазоамплитудной погрешности заключается в том, что аттенюатором устанавливают начальное значение ослабления, пропускают через аттенюатор высокочастотный сигнал, частота которого равна частоте аттенюатора, суммируют сигнал рабочей частоты, прошедший через аттенюатор, с неослабленным испытательным сигналом близкой частоты; выделяют низкочастотное напряжение огибающей разностной частоты испытательных сигналов; сравнивают по фазе напряжение огибающей с вспомогательным напряжением разностной частоты испытательных сигналов; компенсируют фазовращателем разность фаз сравниваемых напряжений, меняют местами испытательные сигналы рабочей и близкой частот, суммируют ослабленный испытательный сигнал близкой частоты с неослабленным испытательным сигналом рабочей частоты. Последующие операции, предусмотренные способом, приводятся в описании изобретения. 1 ил. (Л

13 20