Способ измерения частотных характеристик группового времени запаздывания Советский патент 1992 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к области ра диоизмерений и может 5ь ть использовано для измерения частотных характеоистик группового времени запаздывания (ЧХ ГВЗ) радиоустройств с территориально нераЗне- сенным входом- выходом в том числе фильтров на ПАВ и функциональных устройств на их основе

Точность измерения ЧХ ГВЗ существенно зависит от собственных амплитудной и частотной погрешностей измерителя Ос новными способами уменьшения влияния их на точность измерения Ч ГВЗ являются компенсация отклонении уровня сигнала в измерительном тракте с помощью управля емого аттенюатора дтя амплитудной по грешности и измерение и вычитание собственной ЧХ ГВЗ измерителя -для час тотнои погрешност1 Эти сгоссбы связаны с проведением достаточно большого объема дополнительны операции существенно увеличивающих общеА врем5 измерения ЧХ ГВЗ особрннно для таких обьектов как фильтры на ПАВ и функцией злыые устрой гтва на их основ которые ха зактеризуются широкой относит льнои юлосои прописка

ния - до 50% и интервалом пульсаций ЧХ ГВЗ порядка (50-100) кГц требующим выбора малого шага изменения частоты В связи с этим возникает задача оптимизации точных измерений ЧХ ГВЗ с целью минимизации общих затрат времени на их проведение

Наиболее близким к предлагаемому является способ в соответствии с которым при включенном в измерительный тракт исследуемом объекте устанавливают начальный номинальный уровень сигнала в измерительном тракте, изменяют значение частоты сигнала с соответствующим шагом в пределах заданного частотного диапазона измеряют и запоминают уровень сигнала в измерительном тракте на каждой частоте компенсируют отклонения уровнг сигнала от номинального значения, ВЫЗЫЕ емые неравномерностью АЧХ исследуемого объекта затем измеряюти запоминают значения ГВЗ устанавливают начальный номинальный уровень сигнала в измерительном тракте при отключенном исследуемом объекте измеряют значения ГВЗ на тех же чэ стотах и вычитают их из значений ГВЗ

(Л

С

xl О N) Ю vj

О

измеренных при включенном исследуемом объекте.

Недостатком известного способа являемся то, что операции по уменьшению влияния амплитудной и частотной погрешностей неточность измерения ЧХ ГВЗ осушествля-. ют раздельно во времени, в результате чего возрастаетоба ее время измерения ЧХ ГВЗ.

Целью изобретения является уменьшение времени измерения ЧХ ГВЗ.

Эта цель достигается тем, что в способе измерения ЧХ ГВЗ, заключающемся в установлении начального номинального уровня сигнала в измерительном гракте, изменении частоты -сигнала с заданным шагом в пределах заданного частотного диапазона и измерении и запоминании на каждой частоте значений ГВЗ и уровня сигнала в измери- тельном тракте при включенном исследуемом объе кте, а также измерении значений ГВЗ на тех же частотах при отключенном исследуемом объекте и вычитании их из значений ГВЗ,измеренных при включенном исследуемом объекте, измеряют значения ГВЗ и уровня сигнала при включенном исследуемом объекте одновременно, а при отключенном исследуемом объекте дополнительно устанавливают на каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям, измеренным при включенном исследуемом объекте.

Реализация способа иллюстрируется структурной схемой устройства, показанной на чертеже.

Устройство содержит последовательно соединенные дискретно перестраиваемый генератор модулированных сигналов 1 с подключенным к нему модуляционным генератором 2, первый аттенюатор 3, коммутатор А с исследуемым объектом 5, второй аттенюатор 6, усилитель 7, демодулятор 8 и измеритель разности фаз 9, соединенный вторым входом с выходом модуляционного генератора 2, а также измеритель уровня 10, подключенный ко входу демодулятора 8 и блок 11 управления и обработки, который через системную магистраль 12 соединен с сигнальным 1 и модуляционным 2 генераторами, коммутатором 4, аттенюаторами 3.6, измерителями уровня 10 и разности фаз 9.

В соответствии с предлагаемым способом измерения ЧХ ГВЗ выполняют следующим образом. К соответствующим клеммам измерителя ЧХ ГВЗ подключают исследуемый объект, например, ПАВ-фильтр. На одной из частот заданного частотного диапазона с помощью управляемого аттенюатора устанавливают начальный номинальный уровень сигнала в контролируемой

точке измерительного тракта, например, на входе или выходе демодулятора. Затем, изменяя частоту сигнала в заданном частотном диапазоне и с заданным шагом, на

каждой i-й частоте fi измеряют и запоминают одновременно значения ГВЗ и уровня сигнала в измерительном тракте. Результаты измерения ГВЗ t 3i при этом включают в себя истинные значения ГВЗ

:3ix и погрешности, зависящие от частоты сигнала At3if (собственной неравномерности ЧХ ГВЗ измерителя) и изменений уровня сигнала At3ia, вызываемых неравномерностью АЧХ исследуемого объекта, т.е.

i 3i taix + Atsif + Atsia- Далее отключают исследуемый объект, замыкая соответствующие клеммы измерителя и на тех же частотах fi одновременно с установкой частоты сигнала уста на зл ива ют такие же значения

уровня сигнала в измерительном тракте, как и при включенном исслсдупмом объекте. Необходимые для этого управляющие воздействия на управляемый аттенюатор, задающий эти уровни, могут быть определены

заранее, во время измерения значений ГВЗ и уровней сигнала при включенном исследуемом объекте. Процессы, связанные с заданием уровня сигнала в измерительном тракте будут проходить практически одновременно с процессами, связанными с установлением частоты и не приведут к увеличению общей длительности переходного процесса в измерителе при переходе с одной частоты сигнала на другую. При заданных уровнях сигнала на каждой частоте f также измеряют значения ГВЗ, которые приближенно соответствуют сумме частотной Atsif и амплитудной Ataia погрешностей: At3if + Atsia . Эти значения

ззтем вычитают из ранее измеренных значений ГВЗ t si при включенном исследуемом объекте:

45

13 t si - t3iX+ А Д ,3.

В результате получают оценки ЧХ ГВЗ, практически не содержащие частотной и амплитудной составляющей погрешности. Остаточная погрешность A Atsif .а опре- деляегся погрешностью измерительного ат- тенюатора, точностью измерения и установки уровней сигнала и временной стабильностью характеристик самого измерителя.

Устройство, иллюстрирующее реализацию способа, работает следующим образом,

При включенном в измерительный тракт исследуемом объекте 5 (коммутатор 4 з положении а-а) на выходе дискретно перестраиваемого генератора модулированных сигналов 1 устанавливают одну из частот рабочего диапазона исследуемого объекта 5 (например нижнюю или среднюю), с моду- ляционного генератора 2 подают на него необходимую частоту модуляции Fm, а первым аттенюатором 3 понижают при необходимости уровень модулированного сигнала Ur с выхода дискретно перестраиваемого генератора 1 до необходимого уровня на входе исследуемого объекта 5: UBX Kai Ur, где Kai - коэффициент передачи первого аттенюатора 3. Этот сигнал проходит через исследуемый объект 5, второй аттенюатор 6, усилитель 7 и демодулятор 8, где выделяется огибающая сигнала. Измерителем 10 измеряется уровень сигнала на входе демодулятора 8. Измеренное значение считывается в блок 11 управления и обработки, где сравнивается с номинальным значением UH. С помощью второго аттенюатора 6 устанавливается номинальное значение уровня сигнала в измерительном тракте UH.

По завершении указанных операций по настройке измерительного тракта под исследуемый объект на блок 11 управления и обработки оператором задаются нижнее fH и верхнее fe значения и шаг изменения частоты сигнала Af и начинается первый цикл измерения. При этом на каждой 1-й частоте сигнала измерителями уровня 10 и разности фаз 9 одновременно измеряются значения уровня измерительного сигнала Us и фазового сдвига ff,, которые считываются в блок 11 управления и обработки и запоминаются в его оперативной памяти. По этим значениям в процессе измерения блоком 11 управления и обработки вычисляются значения ГВЗ tsi /(360 Fm ) , а также значения коэф- фициентов передачи второго аттенюатора 6, которым при отключении исследуемого объекта 5 из измерительного тракта будут соответствовать те же значения уровня измерительного сигнала UK что и при включенном исследуемом объекте: т Ui/(UrKyK ai), где Ку - известное значение коэффициента усиления усилителя 7, a - значение коэффициента передачи первого аттенюатора 3, устанавливав- мое при отключенном исследуемом объекте 5. Для получения максимального динамического диапазона устройства можно принять равным или близким к единице. При этом вычисляемые значе- ния на всех частотах не должны превышать единицы. Если это условие выполняется и при K ai, то коэффициент передачи первого аттенюатора 3

при отключении исследуемого объекта 5 может не изменяться.

После окончания первого цикла измерения коммутатор 4 переводится в положение (b-b), отключая исследуемый объект 5 из измерительного тракта, коэффициент передачи первого аттенюатора 3 устанавливается равным его значению и начинается второй цикл измерения (цикл калибровки). При этом на каждой i-й частоте сигнала производится установка соответствующего значения и измерение фазового сдвига огибающей Ј,, по которому вычисляются корректирующие значения ГВЗ isi ( 360 Fm ). Для контроля параллельно могут измеряться и значения уровня измерительного сигнала , которые не должны существенно отличаться от значений Ui. Значения вычитаются из t 3i, в результате чего получается скорректированная ЧХ ГВЗ исследуемого объекта 5:

tsno Т si t з1.

По завершении второго (корректирующего) цикла вычисляется среднее значе Чние ГВЗ tcno 2 taino/N гДе N число

1 - 1

точек ЧХ ГВЗ исследуемого объекта, в результате чего получается ЧХ неравномерности ГВЗ: г, t3ino - tsno . Ее размах является оценкой неравномерности ЧХ ГВЗ исследуемого объекта 5.

Измеритель по заявляемому способу может практически полностью быть реализован на базе стандартизированных измерительных и вычислительных средств. В качестве дискретно перестраиваемого генератора модулированных сигналов 1 в диапазоне частот до (500-1000) МГц применимы генераторы сигналов программируемые типа Г4-164, Г4-176, в качестве модуляционного генератора 2 - генераторы низкочастотные типа ГЗ-118, ГЗ-112/1 (с ручным управлением) и ГЗ-122 (с управлением через КОП); первый аттенюатор 3 входит в состав генератора модулированных сигналов; коммутатор 4 реализуется на основе ВЧ-реле; в качестве второго аттенюатора 6 применимы программируемые аттенюаторы типа ВМ577 с дискретом 0,1 дБ и тиг а ТТ4139/В с дискретом 0,1 дБ (пр-во Вен. рии); в качестве усилителя 7 можно использовать серийные широкополосные усилители типа УЗ-40; в качестве демодулятора 8 применимы серийные детекторные головки, например, М33403, в качестве измерителя уровня 10 - цифровой вольтметр ВЗ-63 - высокочастотный, в качестве измерителя разности фаз 9 цифровой фазометр ФК2-35; функции блока 11 упоавленич t o6работки может выполнять специализиро- или универсальная микро-ЭЕМ, например, ПЭВМ типа ДВК-3, Нейрон или IBM.

Оценим быстродействие способа изме- рения ЧХ ГВЗ. Время измерения в одной точке для первого и второго циклов измерения определяется следующим образом:

.f+ TycT.f+ тах(Тизм.у, Тизм.г);

.т+ Тз.а+ max(TvoT.a,TycT.f-T3.a)+

+ Тизм.г

Здесь обозначено: Тз.а, Ts.f- время задания кода амплитуды и частоты, Туст.а, TycT.f - время установления переходных процессов, связанных с изменением амплитуды и частоты сигнала; Тизм.у, Тизм.г- время измерения уровня и ГВЗ сигнала. Для программно управляемых генераторов и аттенюаторов Ts.f « TycT.f и Тз.а Тз.т, время Туст.а реально меньше времени TycT.f, a время Дизм.у соизмеримо с временем Тизм.г. С учетом этого суммарное время измерения будет равно:

Т + Т Тз.а+ 2Ts.f+ TycT.f- Тз.а+ + 2Тизм. (Ta.f+ TycT.f+ Тизм.т).

В известном способе на каждой частоте при включенном исследуемом объекте, т.е. в первом цикле измеряют уровень сигнала в измерительном тракте, затем компенсиру- :т е-д отклонения от номинального значения с помощью измерительного аттенюатора и далее измеряют значения ГВЗ при неизменном уровне сигнала в измерительном тракте; результаты измерения лри этом практически не содержат амплитудной погрешности измерителя:

t s.i тз.1х+ Ats.if+ Ats.ia.45

Для коррекции частотной погрешности во втором цикле на тех же частотах измеряют собственную ЧХ ГВЗ измерителя при отключенном исследуемом обьекте и номи- 50 нальном уровне сигнала в измерительном тракте: .i Atsif. После вычитания также получают

t3..lx+ AAts.if, a.55

Времена Т , Т при этом складываются из следующих составляющих:

0

5

0

5

0

5

0

5

5

0

.f+ TycT.f+ Тизм.у+ Твыч.а+ Тз.а+

+ Туст.а+ Тизм.г

Т Ts.f+ TycT.f+ Тизм.г

ТЈ Т + Т 2(T3.f+ TycT.f+ Тизм,г)+

+ Тизм.у+ Твыч. Тз.а+ Туст.а,

где Твыч.а - время вычисления кода аттенюатора.

Время измерения ЧХ ГВЗ в одной точке з данном случае оказывается больше времени Т заявляемого способа на время А ,+ Твыч.а+ Тз.а+ Туст.а. С учетом указанных выше временных соотношений время AT (примерно равно времени заявляемого способа. Поэтому время измерения ЧХ ГВЗ известь.ь,м способом оказывается в 1,5 раза больше, чем заявляемым.

Для фильтров на ПАВ, где число измеряемых точек ЧХ ГВЗ может быть до нескольких сотен, получаемый в результате использования заявляемого способа выигрыш может быть весьма существенным и составлять до (20-30) мин для каждого исследуемого ПАВ-фильтра. Одновременно уменьшается и влияние дестабилизирующих факторов, что повышает точность измерения.

Таким образом, благодаря изменению порядка выполнения операций и введению новых операций общее время измерения ЧХ ГВЗ уменьшено примерно в 1,5 раза, что и является целью изобретения.

Формула изобретения Способ измерения частотных характеристик группового времени запаздывания, заключающийся в установлении начального номинального уровня сигнала в измерительном тракте, изменении частоты сигнала с заданным шагом в пределах заданного частотного диапазона и измерении на каждой частоте значений группового времени запаздывания и уровня сигнала в измерительном тракте при включенном исследуемом обьекте, а также измерении значений группового времени запаздывания на тех же частотах при отключенном исследуемом обьекте и вычитании их из значений группового времени запаздывания, измеренных при включенном исследуемом обьекте, о т- личающийся тем, что, с целью уменьшения времени измерений, при включенном исследуемом обьекте измеряют значения группового времени запаздывания и уровня сигнала одновременно, а при отключенном исследуемом объекте дополнительно устанавливают на каждой частоте

уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям, измеренным при включенном исследуемом объекте.

Использова ние изобретение относится Y области радиоизмерений Существо изо бретения с целью уменьшения времени измерения частотных характеристик группового времени запаздывания при включенном исследуемом объекте измеряют значения группового времени запаздывания и уровня сигнала одновременно, а при отключенном - дополнительно устанав ливают на каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям, измеренным при включенном исследуемом объекте 1 ил