Способ определения параметров модели радиотехнического устройства в виде типового радиотехнического звена Советский патент 1992 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам измерения параметров устройств, представляемых в виде четырехполюсников.

В радиотехнике широко используется модель четырехполюсника в виде типового радиотехнического звена (ТРЗ). Последнее представляет собой последовательное соединение линейного входного фильтра, нелинейного элемента (НЭ) и линейного выходного фильтра. Такая модель позволяет учесть при анализе как нелинейность устройства, так и его частотные свойства (см. например, Радиотехника и электроника, 1975, № 10, с. 2101-2112; 1978, № 3. с. 525- 534; Радиотехника, 1981, № 8, с. 24-28).

Однако характеристики составляющих ТРЗ элементов не всегда могут быть измерены непосредственно, так как сбвбкуп- ность последних есть эквивалентное представление единого физическогб устройства (СВЧ транзисторного усилителя мощности, многорезонаторногб клистрбна, ЛБВ и др.).

Известен способ определения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) входного и выходного фильтров ТРЗ, состоящий в подаче на вход четырехполюсника двухча- стотного испытательного сигнала с изменяющимися в пределах исследуемого частотного диапазона частотами ft и h и подборе для текущих значений этих частот такого соотношения амплитуд основных компонент этого сигнала, при котором изменение общего уровня такого сигнала на входе ТРЗ не приводит к изменению

х| о XJ сл

hO

соотношения амплитуд компонент с частотами fi и fa на выходе ТРЗ (авт. св. № 1420549, кл. G 01 Р 27/28). По найденным значениям амплитуд определяется отношение модулей коэффициентов передачи на частотах fi и fa и повторяют эксперимент для других частот f1 в предполагаемом диапазоне рабочих ч астот четырехпо люсника.

Способ требует построения сложной измерительной схемы и проведения боль- шого количества измерительных операций, связанных с подбором необходимых соотношений амплитуд испытательного сигнала в каждой точке частотного диапазона. Способ не предусматривает определение пара- метров НЭ.

Более близким по существу предлагаемого решения и предлагаемому способу является способ, рассмбтренный в журнале Радиотехника, 1981, № 8, с. 24-28. Он при- нят за прототип. Способ состоит в определении реакции ТРЗ на различных частотах на изменяющийся по амплитуде входной измерительный одночастотный сигнал и сводится к вычислению относительных значений модулей коэффициентов передачи входного и выходного фильтров ТРЗ по координатам точек насыщения амплитудных характеристик (АХ), снятых на различных частотах. В качестве характеристики НЭ берется АХ, снятая на центральной частоте диапазона частот устройства.

Данный способ обладает двумя недостатками, существенно ограничивающими область его применения. В нем принципи- ально необходимо получение точек насыще- ния АХ. На практике далеко не все нелинейные четырехполюсники допускают работу в режимах, где достигается максимум АХ. Способ не применим, когда техни- ческие условия не допускают работы в режиме насыщения и близок к нему. Сказанное свойственно большинству приборов, используемых в радиопередающей технике, например мощным биполярным и полевым транзисторам, многорезонатор- ным клистронам. Фактически требуется проведение измерений на уровнях входного сигнала, превышающих тот, который дает максимум выходного. Только в этом случае находят с допустимой погрешностью уровень входного сигнала, который используют для определения модулей коэффициентов передачи входного и выходного фильтров ТРЗ.

Рабочие режимы нелинейных четырехполюсников обычно выбирают существенно ниже уровня насыщения и именно в этих условиях важно корректно определить свойства всех элементов ТРЗ.

В обоих способах в качество НЭ рассматривается четырехполюсник, обладающий лишь амплитудной нелинейностью. Однако в большинстве реальных усилительных приборов (клистроны, ЛЕВ, транзисторы и т.д.) имеет место зависимость не только коэффициента усиления, но и фазы сигнала от уровня использования АХ - амплитудно- фазовая конверсия.

Целью изобретения является расширение области применения способа определения параметров ТРЗ на устройства, в которых по техническим условиям получение точек насыщения АХ недопустимо, уменьшение погрешности определения параметров модели устройства в виде ТРЗ и уточнение модели за счет учета комплексного характера нелинейного звена ТРЗ.

Цель достигается тем, что по способу, основанному на определении реакции исследуемого радиотехнического устройства на подаваемые на его вход одночастотные испытательные сигналы и фиксировании их амплитуд на входе и выходе устройства, регистрацию выходного сигнала на выбранной (основной) частоте диапазона производят при уровне входного сигнала, равном рабочему, а регистрацию уровней входного и выходного сигналов на других частотах производят при уровне входного сигнала, обеспечивающего такое же изменение коэффициента усиления, как и при регистрации на выбранной частоте диапазона. В целях представления в модели комплексного характера нелинейности устройства на выбранной частоте диапазона дополнительно снимают фазоамплитуд- ную характеристиику (ФАХ).

В качестве выбранной (основной) частоты для снятия ФАХ и определения рабочей величины изменения усиления выбирают среднюю частоту полосы пропускания устройства или основную (несущую) частоту ис- пользуемого при работе устройства радиосигнала.

Представленный способ существенно отличается от прототипа тем, что в нем для определения частотных характеристик входного и выходного фильтров ТРЗ вместо точек насыщения АХ, снятых на семействе АХ, используют частотные характеристики, снятые при рабочих уровнях сигнала, лежащих в пределах рабочего динамического диапазона исследуемого устройства.

Уменьшение погрешности измерения параметров ТРЗ достигнуто строгим определением и фиксацией измерительного уровня сигнала при определении частотных характеристик входного и выходного фильтров.

Уточнение модели в части ее нелинейных свойств сочленяется уменьшением погрешности измерения нелинейности АХ за счет использования в качестве меры нелинейности компрессии усиления, которая соответствует первой производной АХ, а измерение ФАХ дает информацию о мнимой части комплексного коэффициента передачи нелинейного элемента ТРЗ, пренебое- гать которой при замещении реальных устройств их моделями недопустимо.

Использование рабочих значений величин сигналов, соответствующих одинаковому изменению коэффициентов усиления на разных частотах для определения АЧХ входного и выходного фильтров ТРЗ, в технической и патентной литературе не известно.

Пример устройства, реализующего предложенный способ, приведен на чертеже.

Устройство содержит генератор 1 (например, типа Г4-76А), два направленных ответвителя 2 и 5, исследуемый четырехполюсник 3, фазометр 4, имеющий измерители уровней сигнала в каждом из каналов (например, ФК2-12) поглощающую нагрузку 6. От генератора 1 подают на исследуемое радиотехническое устройство малый сигнал с изменяющейся в заданных пределах частотой и при помощи измерителей уровней сигнала снимают сквозную АЧХ коэффициента передачи устройства. Затем на выбранной частоте диапазона (например, на несущей сложного радиосигнала) устанавливают на генераторе 1 уровень сигнала, равный рабочему, измеряют уровень выходного сигнала, определяют коэффициент передачи и его изменение Ку по сравнению с измеренным при снятии АЧХ на малом сигнале. Затем изменяют частоту генератора и снимают АЧХ входного и выходного напряжения (мощности). При этом на каждой из частот исследуемого диапазона подбирают такой уровень входного сигнала, для которого изменение коэффициента усиления составляет величину Ку. Полученная таким образом АЧХ выходного напряжения (мощности) есть АЧХ коэффициента передачи выходного фильтра модели устройства в виде ТРЗ, а АЧХ, обратная АЧХ входного напряжения (мощности), есть АЧХ входного фильтра модели устройства в виде ТРЗ. Для идентификации НЭ ТРЗ на частоте с помощью фазометра 4 снимают амплитудную (зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения) и фазо-амплитудную (зависимость фазы выходного напряжения от амплитуды входного напряжения) характеристики устройства, которые принимают за характеристики НЭ модели в виде ТРЗ.

Поскольку определение рабочей величины изменения усиления Ку может производиться для любого рабочего уровня сигнала (имеются лишь физические ограничения, определяемые конкретным устройством), способ позволяет определять параметры ТРЗ в режимах, наиболее б/ мз- ких к рабочим, снижая тем самым погрешность определения параметров модели в виде ТРЗ.

Введение в НЭ комплексной нелинейности, представленной ФАХ, дополнительно расширяет функциональные возможности идеальной модели ТРЗ для устройств, обладающих комплексной нелинейностью.

Способ позволяет идентифицировать характеристики всех звеньев ТРЗ, а не только входного и выходного фильтров (как в способе по авт. СБ. № 1420549). Число операций способа при этом существенно сокращается.

Способ имеет расширенную по сравнению с прототипом область применения, поскольку позволяет получить характеристики модели в виде ТРЗ устройств, содержащих

усилительные приборы, не достигающие насыщения, и обладающих комплексной нелинейностью.

Формула изобретения

1.Способ определения параметров мо- дели радиотехнического устройства в виде

типового радиотехнического звена, основанный на подаче на вход радиотехнического устройства одночастотных испытательных сигналов и фиксирования их амплитуд на входе и выходе устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет определения параметров в режиме рабочих сигналов, фиксируют уровень выходного сигнала на выбранной частоте диапазона при уровне входного сигнала, равном рабочему, а фиксирование уровней входного и выходного сигналов на других частотах производят при уровне входного сигнала, который обеспечиваеттакое же изменение коэффициента усиления, как и при регистрации на выбранной частоте диапазона.

2.Способ поп, 1,отличающийся тем, что, с целью идентификации в модели

комплексной нелинейности радиотехнического устройства, на выбранной частоте диапазона дополнительно снимают фазо- амплитудную характеристику.

Использование: в радиотехнике, в частности способах измерения параметров устройств, представляемых в виде четырехполюсников. Сущность изобретения состоит в подаче на исследуемый четырехполюсник сигнала с изменяющейся в заданных пределах частотой, снятии АЧХ коэффициента передачи устройства на малом уровне сигнала, определении коэффициента передачи устройства и его изменении для рабочего уровня сигнала, снятии АЧХ входного и выходного напряжений устройства при уровнях сигнала, обеспечивающих на каждой частоте исследуемого диатгазона найденное изменение коэффициента передачи для рабочего уровня сигнала, определении по полученным АЧХ характеристик входного и выходного фильтров модели в виде типового радиотехнического звена (ТРЗ), снятии амплитудной и фазоамплитуд- ной характеристик устройства на основной (рабочей) частоте и идентификации характеристик нелинейного элемента модели в виде ТРЗ Особенностью изобретения является проведение измерения при сигналах, соответствующих рабочим, что повышает точность измерения 1 з.п. ф-лы, 1 ил сл С