Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

2

ю

00 4 Ы

гч

счетчик 6, усилитель промежуточной частоты 3, линии задержки 14 и 24, управляемый генератор 13, частотный детектор 8. суммирующий усилитель 9, амплитудный детектор 25. фазовые детекторы 17 и , 18, формирователь 21 импульсов, строб- каскад 10, блок 11 памяти частоты, фазовращатель на nil 15, вычитающий

блок 22, видеоусилитель 28, интеграторы 14 и 27, электронно-счетный частотомер 16 и осциллограф 26, дополнительно введены дисперсионная линия 23 задержки смесители 5 и 29. перестраиваемый генератор 20, полосовые фильтры 12 и 30, усилители-ограничители 19 и 31 и переключатели 32- 35. 9 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения скорости изменения частоты и линейности, модуляционных характеристик частотно-модулированных генерзто- ров. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения параметров линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов малой длительности. Цель изобретения достигается за счет расширения по длительности входного ЛЧМ сигнала с помощью дисперсионной линии задержки 23. Для этого в устройство для измерения средней скорости изменения частоты частотно- модулированных генераторов, содержащее смеситель 2. фазовращатели 1 и 7,

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения скорости измерения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генерато- ров и является усовершенствованием изобретения поавт.св. № 1499259,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения скорости изменения частоты и ее отклбнения от линейного закона линейных частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов малой длительности.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 - то же, блока памяти частоты; на фиг. 3 - то же, блока полосовых фильтров; на фиг. 4-9-эпюры, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) фазовращатель I, смеситель 2, усилитель 3 проме- жуточмой частоты, линию 4 задержки. смеситель 5, счетчик 6, фазовращатель 7, частотный детектор 8, суммирующий усилитель 9. строб-каскад 10, блока 11 памяти частоты, полосовой фильтр, 12, управляв- мый генератор 13, интегратор 14, фазовращатель на nil 15, электронно-счетный частотомер 16, фазовый детектор 17, фазовый детектор t8, усилитель-ограничитель 19, перестраиваемый генератор 20, форми- рователь 21 импульсов, вычитающий блок 22, дисперсионную линию задержки ДЛЗ, 23 линию задержки 24, амплитудный детектор 25, осциллограф 26. интегратор 27, видеоусилитель 28, смеситель 29, блок 30 полосовых фильтров, усилитель-ограничитель 31, переключатели 32-35.

При этом в устройстве соединены последовательно второй смеситель 5, первый полосовой фильтр 12, первый переключа- тель 32, первый усилитель-ограничитель 19, дисперсионная линия 23 задержки, второй переключатель 33, третий смеситель 29, блок 30 полосовых фильтров, третий переключатель 34, второй усилитель-ограничитель 31, четвертый переключатель 35, вторая линия 24 задержки, первый фазовращатель 1, первый смеситель 2, усилитель промежуточной частоты 3, строб-каскад 10, блок 11 памяти частоты, фазовращатель натг/2 15, второй фазовый детектор 18, вычитающий блок 22, видеоусилитель 28, первый интегратор 27, осциллограф 26. Вторые входы второго 5 и третьего 29 смесителей подсоединены к выходу перестраиваемого генератора 20. Первый вход второго смесителя 5 соединен с вторыми входами первого 32 и четвертого 35 переключателей и является входом устройства. Второй выход второго переключателя 33 соединен с вторым входом третьего переключателя 34. Вход линии 24 задержки соединен с входами второго фазовращателя 7 и амплитудного детектора 25. Последовательно соединены амплитудный детектор 25 и формирователь 21 импульсов, выход которого подключен к синхронизируемым входам строб-каскада 10 и осциллографа 26.

Последовательно соединены частотный детектор 8, суммирующий усилитель 9, второй интегратор 14, управляемый генератор 13, счетчик 6, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами первого 1 и второго 7 фазовращателей, выход которого соединен с вторым входом первого смесителя 2. Выход управляемого генератора 13 соединен с входом электронно-счетного частотомера 16, Вторые входы фазовых детекторов 17 и 18 ерез первую линию задержки соединены с выходом усилителя промежуточной частоты 3 и входом детектора 8. Первый вход фазового детектора 17 соединен с выходом блока 11 памяти частоты, а выход соединен с вторыми входами суммирующего усилителя 9 и вычитающего блока 22. Блок 11 памяти частоты содержит

сумматор 36, линию 37 задержки и синхронизируемый генератор 38 (фиг. 2).

В блоке 11 памяти частоты соединены последовательно синхронизируемый генератор 38, третья линия 37 задержки и сумматор 36, при этом выход сумматора 36 соединен с входом синхронизируемого генератора 38, вход сумматора 36 является входом блока памяти частоты, а выход синхронизируемого генератора 38 является выходом блока памяти частоты.

Блок 30 полосовых фильтров содержит N-полосовых фильтров 39 и переключателей 40 N-входов (фиг. 3). Входы N-полосовых фильтров соединены между собой и являются входом блока 30 полосовых фильтров, а N-выходы полосовых фильтров 39 соединен с N-входами переключателя 40, выход которого является выходом блока 30 полосовых фильтров.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от положения переключателей 32-35 устройство может функционировать в одном из трех режимов измерения. Режим измерения ЛЧМ сигналов длительностью более нескольких единиц микросекунд. Режим измерения ЛЧМ сигналов с длительностью, равной или менее нескольких единиц микросекунд, имеющих спектр частот и полосе пропускания дисперсионной линии задержки 23, при этом знак скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала совпадает с наклоном дисперсионной характеристики ДЛЗ. Режим измерения ЛЧМ сигналов с длительностью, равной или менее нескольких единиц микросекунд, имеющих спектр частот вне полосы пропускания ДЛЗ, либо знак частотной модуляции ЛЧМ сигнала, не совпадающий с наклоном дисперсионной характеристики ДЛЗ.

В режиме измерения ЛЧМ сигналов длительностью более нескольких единиц микросекунд переключатель 35 соединяет вход линии 24 задержки с входной шиной устройства. В этом режиме устройство работает следующим образом. Измеряемый ЛЧМ сигнал через переключатель 35 подается на вход линии 24 задержки. Управляемый генератор 13 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования ,5 РСдв п, где Рсдв - смещение частоты сигнала, п - количество ступеней аппроксимации пилообразной фазовой модуляции. РСдв выбирается с таким расчетом, чтобы она была значительно больше предполагаемых отклонений мгновенной частоты исследуемых ЛЧМ сигналов от линейного закона изменения частоты во времени и составляет 15-20

МГц. При использовании известных дискретных фазовых модуляторов с числом разрядов управляющего цифрового кода количество ступеней аппроксимации может 5 составить , где п - разрядный двоичный счетчик 6 тактовых импульсов, работающий со сбросом при переполнении, осуществляет подсчет тактовых импульсов управляемого генератора 13. Выходные

0 прямой и инверсный коды двоичного счетчика 6 подаются в качестве управляющих соответственно на дискретные фазовращатели 1 и 7. На высокочастотные входы дискретных фазовращателей 1 и 7 подается

5 соответственно задержанный на линии 24 задержки и незадержанный исследуемуй ЛЧМ-сигнал. В результате ступенчатой пилообразной фазовой модуляции ЛЧМ-сиг- нала на дискретных фазовращателях 1 и 7

0 происходит смещение задержанного и незадержанного исследуемых сигналов по частоте соответственно вверх и вниз на величину Рсм/2. Использование дискретных фазовращателей 1 и 7 позволяет уменьшить

5 влияние их инерционности на точность измерений за счет уменьшения в два раза частоты повторения управляющего кода.

Разнесенные по частоте на величину FCM задержанный и незадержанный ЛЧМ

0 перемножаются на смесителе 2. На выходе смесителя 2 образуются комбинационные частотные составляющие, из состава которых усилителем п роме ЖутйчТГой частоты 3 выделяются разностная частотная состав5 ляющая и через линию задержки 4 подается на входы фазового детектора 17 и фазового детектора 18. Опорное колебание для фазового детектора 18 вырабатывается синхронизируемым генератором 38 блока 11

0 памяти частоты, запоминающим частоту и начальную фазу сигнала, поступающего на его вход с выхода усилителя 3 промежуточной частоты через строб-каскад 10 и сумматор 36 во время разрешающего импульса с

5 формирователя 21 импульсов, открывающего строб-каскад 10. Длительность разрешающего импульса выбирается такой, чтобы за это время в блоке 11 памяти частоты установился стационарный режим.

0 Поддержание постоянной частоты синхронизируемого генератора 38 в течение длительности ЛЧМ радиоимпульса осуществляется с помощью петли самосинхронизации, в состав котгрой входит линия 37

5 задержки и сумматор 36. Чтобы не потерять информацию об измеряемых параметрах в начале импульса, сигнал с выхода усилителя 3 промежуточной частоты подается на второй вход фазового детектора 17 через ли- нию 4 задержки, время задержки которой

равно суммарному времени переходных процессов в смесителе 2 и синхронизируемом генераторе 38. Сигнал с блока 11 памяти частоты поступает на второй вход фазового детектора 17. Выходное напряжение фазового детектора 17 пропорционально мгновенной разности фаз колебаний синхронизируемого генератора 38 и сигнала с вывода линии 4 задержки.

Вследствие инерционности фазового детектора 17 импульсное напряжение на его выходе имеет выбросы в начале и конце импульсов (фиг. 4а). Эти переходные процессы, приводящие к потере части информации, а также искажения сигнала на выходе фазового детектора 17 компенсируются на вычитающем блоке 22. Для этого параллельно фазовому детектору 17 включен аналогичный ему фазовый детектор 18, на который опорный сигнал с блока 11 памяти частоты подается через фазовращатель 15 на л /2, рабочая точка характеристики фазовращателя 15 из положения I перемещается в положение II (фиг. 5). При этом фазовый детектор 18 становится нечувствительным к разности фаз входного и опорного сигнала, и его выходной сигнал характеризует амплитудные искажения входного сигнала и собственные переходные процессы. Этот сигнал (фиг, 46) вычитается на вычитающем блоке 22 из выходного сигнала фазового детектора 17. Разностный сигнал (фиг. 4в), характеризующий частотные искажения анализируемого ЛЧМ- сигнала, через видеоусилитель 28, интегратор 27 поступает для наблюдения и измерения на осциллограф 26. Синхронизация осциллографа 26 и строб-каскада 10 осуществляется импульсами с формирователя 21 импульсов, запускаемого передним фронтом огибающей анализируемого ЛЧМ-радиоимпульса, выделенной амплитудным детектором 25.

Так как частота синхронизируемого генератора 38 может изменяться в ограниченных пределах и в установившемся режиме принимать лишь дискретные значения, а разностная частота на выходе смесителя 2 при широком диапазоне скоростей изменения частоты анализируемых ЛЧМ сигналов изменяется в широких пределах, то возникает разница частот колебаний на различных входах фазового детектора 17. Это приводит к ошибкам в измерении как скорости измерения частоты, так и линейности модуляционных характеристик частотно- модулироаанных (ЧМ) генераторов.

Изменение разностной частоты и фазы сигнала на выходе смесителя 2 при анализе ЛЧМ сигналов с различной скоростью изменения частоты компенсируется инерционной схемой частотно-фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 13, образованной частотным детектором 8, суммирующим усилителем 9 и интегратором 14. При этом изменение частоты сигнала на выходе усилителя 3 промежуточной частоты вызывает изменение частоты следования импульсов управляемого генератора 13 fn. При этом изменится частота повторения управляющего кода на

выходе счетчика 6 , равная частоте смещения ЛЧМ сигнала на каждом из дискретных фазовращателей 1 и 7 I РСдВ11 :IFcAB2l 0,5FcAB fk, а также компенсируется изменение разностной частоты РСдв на

выходе смесителя 2, следовательно, и различие частот сигналов на различных входах фазового детектора 17, возникающее при изменении скорости изменения частоты анализируемого ЛЧМ сигнала, Приэтомточность компенсации разности частот колебаний на различных входах фазового детектора 17 повышается при сложении на суммирующем усилителе 9 сигналов с частотного детектора 8 и фазового детектора

17, чем обеспечивается частотно-фазовая автоподстройка частоты управляемого генератора 13. Частота управляемого генератора 13 пропорциональна скорости изменения частоты анализируемого ЛЧМсигнала, которую можно определить путем измерения электронно-счетным частотомером 16.

В режиме измерения ЛЧМ сигналов малой длительности, имеющих спектр частот в

полосе пропускания дисперсионной линии задержки 23 и совпадения знака скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала с наклоном дисперсионной характеристики линии 23, переключатель 32 переводится во второе положение и соединяет вход устройства со входом первого усилителя-ограничителя, переключатели 33 и 34 переводятся во второе положение и соединяют выход дисперсной линии задержки 23 со входом второго

усилителя-ограничителя 31, переключатель 35 соединяет выход второго усилителя-ограничителя 31 со входам второй линии задержки 24. В этом режиме устройство работает следующим образом.

Измеряемый ЛЧМ сигнал малой длительности через переключатель 32 поступает на вход первого усилителя-ограничителя 19 (фиг. ба). Полоса пропускания усилителя- ограничителя 19 выбирается равной поло5 се пропускания дисперсной линии 23 задержки. Усиленный и ограниченный по амплитуде с целью исключения влияния амплитудной модуляции, ЛЧМ сигнал с выхода усилителя 19 подается на вход ДЛЗ 23 (фиг.

66). Так как знак скорости частотной мо дуляции ЛЧМ сигнала и наклон дисперсионной характеристики ДЛЗ 23 совпадают (фиг, 7), на выходе ДЛЗ 23 появляется ЛЧМ сигнал с девитацией частоты, равной девитации входного ЛЧМ сигнала, но длительностью тВых больше, чем длительность тс входного ЛЧМ сигнала (фиг. 6в) и задержанный на время to определяемое конструктивными особенностями конкретной ДЛЗ и начальной частотой ЛЧМ сигнала (Фиг. 7).f

Время задержки to определяется временем to (задержка to, присущая конкретной ДЛЗ, и определяет задержку ЛЧМ отклика ДЛЗ на воздействие дельта-функции 5(t) (фиг. 8) и задержкой входного ЛЧМ сигнала за счет дисперсии ДЛЗ, которая зависит от начальной частоты fH ЛЧМ сигнала (фиг. 7):

to to+t/yi3(fn),

где to - постоянная задержка для всех час- тот, определяемая конструкцией ДЛЗ; ) - задержка на частоте fH, определяемая дисперсионной характеристикой ДЛЗ (фиг. 7).

При этом, используя фиг. 7 опреде- лить Гвых :

Afc

Твых ТС + ГДЛЗ Тс + ТДЛЗ ,

где Afc - девиация частоты входного ЛЧМ сигнала; тдлз - полоса пропускания ДЛЗ 23; тдлз длительность выходного ЛЧМ отклика ДЛЗ 23 при подаче на его входд (t) - импульса (фиг. 8). Таким образом ЛЧМ сигнал на выходе ДЛЗ 23 увеличивается по длительности на величину тдлз (Afc/A f длз ) тдлз

Далее, расширенный по длительности ЛЧМ радиоимпульс через переключатели 33 и 34 поступает на вход второго усилителя-ограничителя 31, который служит для усиления ослабленного ДЛЗ 23 ЛЧМ pa- диоимпульса и ограничения по амплитуде с целью исключения влияния паразитной амплитудной модуляции (вносимая за счет неравномерности амплитудно-частотной характеристики ДЛЗ 23) на результаты из- мерения и тем самым увеличения точности измерения. Усиленный и ограниченный по амплитуде ЛЧМ радиоимпульс (фиг. 6г) через переключатель 35 поступает на входы второй линии задержки 24, второго фазов- ращателя 7 и амплитудного детектора 25, В остальном работа в этом режиме аналогична работе устройства в режиме измерения параметров ЛЧМ сигналов длительностью более нескольких микросекунд.

Определим среднюю скорость увых изменения частоты ЛЧМ сигнала на выходе ДЛЗ 23. Средняя скорость ус изменения частоты входного ЛЧМ сигнала определяется по формуле

у - Afc

YC ТС

аналогично

Г

где удлз - крутизна дисперсионной характеристики ДЛЗ 23 (фиг. 7) пунктиром, из фиг. 7 следует Д fBWx Afc, поэтому:

f Afc

Тдлз + Тс

1

тдлз 4- тс

УДЛЗ Ус

ИЛИ

отсюда

Ус

УДЛЗ УВЫХ УДЛЗ - УВЫХ

где УВЫХ - измеренное значение s юктрон- но-счетным частотомером 16 скогрсти из менения частоты ЛЧМ сигнала (физ. 7).

Таким образом, длительность анализируемого ЛЧМ сигнала после ДЛЗ 23 становится достаточной для нормальной работы блока памяти частоты 11, снижается влияние инерционности фазовращателей 1 и 7 на точность измерения за счет снижения скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала на выходе ДЛЗ 23. Кроме того, резко снижается потеря информации за счет задержки в линии 24. Следовательно, введение ДЛЗ 23 позволяет измерять короткоимпульсные ЛЧМ сигналы с большой девиацией частоты.

В режиме измерения ЛЧМ сигналов с малой длительностью, имеющих спектр частот вне полосы пропускания ДЛЗ 23, а также в случае, если знак частотной модуляции анализируемого ЛЧМ сигнала не совпадает с наклоном дисперсионной характеристики ДЛЗ 23, переключатель 32 соединяет выход полосового фильтра 12 с входом усилителя-ограничителя 19, переключатель 33 соединяет выход ДЛЗ 23 с входом смесителя 29, переключатель

34переводится в первое положение и соединяет выход блока полосовых фильтров 30 с входом усилителя-ограничителя 31, положение переключателя

35сохраняется такое же, как и в предыдущем случае.

В этом режиме устройство работает следующим образом. Входной анализируемый ЛЧМ сигнал поступает на вход смесителя 5, на второй вход которого подается непрерывный монохроматический сигнал частоты fr от перестраиваемого генератора 20. Частота генератора 20 fr устанавливается такой, чтобы на выходе смесителя 5 разностная частота fc-fr в случае совпадения знака скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала и наклона дисперсионной характеристики ДЛЗ 23, была в пределах полосы пропускания ДЛЗ 23 (фиг. 9а). Далее, преобразованный ЛЧМ сигнал с центральной частотой fc-fr поступает на полосовый фильтр 12, полоса пропускания которого выбирается равной полосе пропускания ДЛЗ 23.

Лолосоаый фильтр 12 служит для подавления побочных продуктов преобразования на выходе смесителя 5, которые влияют на фазовую структуру ЛЧМ сигнала частотой fc-fr вследствие амплитудно-фазовой конверсии в усилителе 19, так как порождают комбинационные составляющие, входящие в спектр ЛЧМ сигнала частотой fc-fr. В случае несовпадения знака скорости частотной модуляции входного ЛЧМ сигнала и наклона дисперсионной характеристики ДЛЗ 23, частота генератора 20 устанавливается такой, чтобы на выходе полосового фильтра 12 выделялась частота fr-fc.

Таким образом, в смесителе 5 происходит инвертирование спектра, а значит смена знака скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала на противоположный (фиг. 96) и совпадающий с наклоном дисперсионной характеристики ДЛЗ 23. Преобразованный по частоте ЛЧМ сигнал через переключатель 32 и усилитель-ограничитель 19 поступает на вход ДЛЗ 23, где происходит расширение его по длительности. Расширенный по длительности ЛЧМ сигнал с центральной частотой fc-fr или fr-fc через переключатель 33 поступает на вход смесителя 29, где происходит вычитание частоты fr генератора 20. Это необходимо для исключения влияния места бил ьн остей частоты fr генератора 20 на точность измерения. С помощью блока 30 полосовых фильтров выделяется частота fc исходного ЛЧМ сигнала.

Полоса пропускания фильтров 39 выбирается равной полосе пропускания ДЛЗ 23,

а общее число таким, чтобы перекрыть диапазон рабочих частот входных ЛЧМ сигналов. Переключение фильтров 39 для выделения ЛЧМ сигнала с центральной частотой fc осуществляется переключателем 40 в блоке полосовых фильтров 30 (фиг. 3). ЛЧМ сигнал с выхода блока полосовых фильтров 30 через переключатель 34, усилитель-ограничитель 31, переключатель 35 поступает на

входы линии 24 задержки фазовращателя 7 и амплитудного детектора 25. В остальном работа устройства аналогична работе в режиме измерения параметров ЛЧМ сигналов длительностью более нескольких микросекунд.

Таким образом, поставленная цель достигается за счет расширения входного анализируемого ЛЧМ сигнала по длительности с помощью дисперсионной линии задержки

23, что расширяет функциональные возможности устройства по измерению коротко- импульсных ЛЧМ радиоимпульсов с большой девиацией частоты.

Формула изобретения

Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно- модулированных генераторов по авт.св.

№ 1499259, отличаю ид ееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения параметров линейно-чзстотно-модулированных сигналов малой длительности, в него введены последовательно соединенные второй смеситель, первый полосовой фильтр, первый переключатель, первый усилитель-ограничитель, дисперсионная линия задержки, второй переключатель, третий смеситель,

блок полосовых фильтров, третий переключатель, второй усилитель-ограничитель, четвертый переключатель, выход которого соединен с входом второй линии задержки, перестраиваемый генератор, выход которого соединен с вторыми входами второго и третьего смесителей, второй выход второго переключателя соединен с вторым входом третьего переключателя, второй вход четвертого переключателя соединен с вторым

входом первого переключателя, с первым входом второго смесителя и является входом устройства.

а

ИфВь

К

к

t/A

JT Ј

Я д

уг. 5

Й/л.41