Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов Советский патент 1993 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоиэмере- тельной технике.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений устройства. На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока памяти частоты; на фиг.З - эпюры, поясняющие работу устройства.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит линию 1 задержки, m управляемых фазовращателей 2, m счетчиков 3, смеситель 4, усилитель 5 промежуточных частот 5, т-1 фазовращателей 6 на 2 я/m, т управляемых . фазовращателей 7, управляемый генератор 8, интегратор 9, суммирующий усилитель 10, частотный детектор 11, электронно-счетный частотомер 12, блок 13 памяти частоты, строб-каскад 14, амплитудный детектор 15, фазовый детектор 16, формирователь 17 импульсов, видеоусилитель 18, вычитающий

блок 19, линию 20 задержки, интегратор 21, фазовый детектор 22, фазовращатель 23 на я/2, осциллограф 24.

Блок 13 памяти частоты (фиг.2) содержит сумматор 25, линию 26 задержки, и синхронизируемый генератор 27.

При этом устройство (фиг.1) содержит соединенные последовательно смеситель 4, усилитель 5 промежуточных частот/первую линию 20 задержки, первый фазовый детектор 16 и, вычитающий блок 19, последовательно соединенные строб-каскад 14, подключенный к выходу усилителя 5 промежуточных частот, и блок 13 памяти частоты, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора 16 и через фазовращатель 23 на яг/2 к второму фазовому детектору 22. Второй вход последнего подключен к выходу первой линии 20 задержки, а выход - к вычитающему блоку 19. последо00

О 1

JSb

ЬО Ю

вательно с которым соединены видеоусилитель 18, первый интегратор 21 и осциллограф 24. Второй вход осциллографа, также как и второй вход строб-каскада 14, подключен к последовательно соединенным амплитудному детектору 15 и формирователю 17 импульсов. Устройство имеет также последовательно соединенные частотный детектор 11, подключенный к выходу усилителя 5 промежуточных частот, суммирующий усилитель 10, второй вход которого подключен к выходу первого фазового детектора 16, второй интегратор 9, управляемый генератор 8 и подключенные к его выходу электронно-счетный частотомер 12, первый из m одинаковых счетчиков 3 и первый из гл-1 одинаковых фазовращателей 6 на 2 яг/т, остальные сп-2 фазовращатели соединены последовательно с первым. Кроме того, к выходу каждого из них подключено по одному из т-1 одинаковых счетчиков 3, прямые выходы каждого из m счетчиков 3 подключены к соединенным последовательно одинаковым управляемым фазовращателям 2, а инверсные - аналогично к цепочке управляемых фазовращателей 7. Второй вход первого из m фазовращателей 7 является входом устройства, а второй вход первого из m фазовращателей 2 подключен к входу устройства через линию 1 задержки. Выходы последних из m фазовращателей 2 и m фазовращателей 7 подключены к входу смв-, сителя 4.

В блоке памяти частоты 13 (фиг.2) соединены последовательно синхронизируемый генератор27, третья линия 26 задержки и сумматор 25, при этом выход сумматора соединен с входом синхронизируемого генератора, вход сумматора является входом блока памяти частоты, а выход синхронизируемого генератора является выходом этого блока.

В качестве фазовращателей 2 и 7 могут рыть использованы дискретные многоразрядные диапазонные фазовращатели с переключаемыми каналами разной длины.

Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и нелинейности модуляционных характеристик частотно- модулированных генераторов работает следующим образом.

Управляемый генератор 8 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования fn 0,5 Рсде п, где Рсдв - смещение частоты сигнала на одном фазовращателе; п - количество ступеней аппроксимации пилообразной фазовой модуляции на одном фазовращателе. При использовании известных в настоящее время дискретных фазовых модуляторов с числом разрядов

управляющего цифрового кода N 6 количество ступеней аппроксимации может составить п 2N 64. Первый из п-разрядных двоичных счетчиков 3, работающий со сбросом при переполнении, осуществляет под- счет тактовых импульсов управляемого генератора 8. Выходные прямой и инверсный коды первого двоичного счетчика 3 подаются в качестве управляющих соответственно на первые дискретные фазовращатели 2 и 7. На высокочастотные входы дискретных фазовращателей 2 и 7 подается соответственно задержанный на линии 1 задержки и незадержанный исследуемый

ЛЧМ-сигнал. В результате ступенчатой пилообразной фазовой модуляции ЛЧМ-сиг- нала на дискретных фазовращателях 2 и 7 происходит смещение задержанного и незадержанного исследуемых сигналов по частоте соответственно вверх и вниз на величину Рсдв/2.

Однако, как показано выше, величина Рсдв существенно ограничена быстродействием цифровых схем и реально является недостаточной при больших значениях отклонения частоты исследуемых ЛЧМ-сиг- налов от линейного закона модуляции. Применение двух дискретных фазовращателей

2 и 7 позволяет уменьшить влияние их инерционности на точность измерений за счет уменьшения в два раза частоты повторения управляющего кода. Работа последующих звеньев, состоящих из счетчика тактовых

импульсов и двух дискретных фазовращателей, отличается лишь тем, что на вход счетчика 3 поступают тактовые импульсы, задержанные с помощью фазовращателя 6 на 2 ttlm. При этом каждое последующее

звено обеспечивает фазовый сдвиг на одну ступень с задержкой по времени, которая обеспечивается фазовращателем 6 на 2 я/m. Таким образом, применение т звеньев позволит сократить длительность каждой

ступени в m раз. В результате на выходе последних фазовращателей величина Рсдв/2 возрастет в m раз (фиг.3,4). Предельное значение числа звеньев m определяется быстродействием применяемых дискретных

фазовращателей и для реально существую2 Рпер

щих схем составляет m

: 200, где

Рпер - предельная частота переключения для дискретного фазовращателя порядка 1 ГГц. Однако при такой частоте переключения длительность линейкой частоты ступеней аппроксимации закона фазовой .модуляции практически равна нулю, т.е. после завершения переходных процессов при

первом переключении сразу же начинаются переходные процессы при втором и так далее. Поэтому целесообразно величину частоты переключений выбирать в 2-3 раза меньшей Fnep. При этом значение m составит 70-100. Разнесённые по частоте на величину Рсдв задержанный и незадержанный ЛЧМ-сигналы перемножаются нэ,смесителе 4. На выходе смесителя 4 образуются комбинационные частотные составляющие, из состава которых усилителем 5 промежуточных частот выделяется разностная частотная составляющая и через линию 20 задержки подается на входы фазового детектора 16 и фазового детектора 22. Опорное колебание для фазового детектора 16 вырабатывается синхронизируемым генератором 27 блока 13 памяти частоты, запоминающим частоту и начальную фазу сигнала, поступающего на вход с выхода усилителя 5 промежуточных частот через строб-каскад 14 и сумматор 25 во время разрешающего импульса с формирователя 17 импульсов, открывающего строб-каскад 14. Длительность разрешающего импульса вырабатывается такой, чтобы за это время в блоке 13 памяти частоты установился стационарный режим. Поддержание постоянной частоты синхронизируемого генератора 27 в течение длительности ЛЧМ-радиоимпуль- са осуществляется с помощью петли самосинхронизации, в состав которой входит линия 26 задержки и сумматор 25. Чтобы не потерять информацию об измеряемых параметрах в начале импульса, сигнал с выхода усилителя 5 промежуточных частот подается на второй вход фазового детектора 16 через линию 20 задержки, время задержки которой равно суммарному времени переходных процессов в смесителе 4 и синхронизируемом генераторе 27. Сигнал с блока 13 памяти частоты поступает на второй вход фазового детектора 16. Выходное напряжение фазового детектора 16 пропорционально мгновенной разности фаз колебаний синхронизируемого генератора 27 и сигнала с выхода линии 20 задержки. Вследствие инерционности фазового детектора 16 импульсное напряжение на его выходе имеет выбросы в начале и в конце импульсов (фиг.5,а). Эти переходные процессы, приводящие к потере части информации, а также- амплитудного искажения сигнала на выходе фазового детектора 16 компенсируются на вычитающем блоке 19. Для этого параллельно фазовому детектору 16 включен аналогичный ему фазовый детектор 22, на который опорный сигнал с блока 13 памяти частоты подается через фазовращатель 23 на nil, рабочая точка характеристики фазовращателя 23 из положения I перемеща- ется в положение II (фиг.6). При этом фазовращатель становится нечувствительным к разности фаз входного и опорного сигналов,

5 и его выходной сигнал характеризует амплитудные искажения входного сигнала и собственные переходные процессы. Этот сигнал (фиг.5,б) вычитается на вычитающем блоке 19 из выходного сигнала фазового детек0 тора 16. Разностный сигнал (фиг.б.в), характеризующий частотные искажения анализируемого ЛЧМ-сигнала, через видеоусилитель 18, интегратор 21 поступает для наблюдения и измерения на осцилло5 граф 24. Синхронизация осциллографа 24 и - строб-каскада 14 осуществляется импульсами с формирователя 17 импульсов, запускаемого передним фронтом огибающей анализируемого ЛЧМ-радиоимпульса, вы0 деленной амплитудным детектором 15.

Так как частота синхронизируемого генератора 27 может изменяться в ограниченных пределах и в установившемся режиме

5

принимать лишь дискретные значения, а

разностная частоты на выходе смесителя 4 при широком диапазоне скоростей изменения частоты анализируемых ЛЧМ-сигналов изменяется в широких пределах, то воэни0 кает разница частот колебаний на различной входах фазового детектора 16. Это приводит к ошибкам в измерении как скорости изменения частоты, так и линейности модуляционных характеристик частотно5 модулированных генераторов.

Изменение разностной частоты и фазы сигнала на выходе смесителя 4 при анализе ЛЧМ-сигналов с различной скоростью изменения частоты компенсируется инер0 ционной схемой частотно-фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 8, образованной частотным детектором 11, суммирующим усилителем 10.и интегратором 9. При этом изменение частоты сигнала

5 на выходе усилителя 5 промежуточных частот вызывает изменение частоты следования импульсов управляемого генератора 8 fn. При этом изменяется частота повторения управляющего кода на выходах счетчи0 ков 3 f к fn/n,4 равная частоте смещения ЛЧМ-сигнала на первых дискретных фа- . зовращателях 2 и 7, а также компенсируется изменение разностной частоты на выходе смесителя 4, следовательно, и раз5 личие частот сигналов на различных входах фазового детектора 16, возникающее при изменении скорости изменения частоты анализируемого ЛЧМ-сигнала. При этом точность компенсации разности частот колебаний на различных входах фазового детектора 16 повышается при сложении на суммирующим усилителе 10 сигналов с частотного детектора 11 и фазового детектора 16, чем обеспечивается частотно-фазовая автоподстройка частоты управляемого генератора 8.

Частота управляемого генератора 8 пропорциональна, скорости изменения частоты анализируемого ЛЧМ-сигнала, которую можно определить путем измерения электронно-счетным частотомером 12.

i

Как было показано выше, в отличие от прототипа, где сдвиг частоты анализируемого ЛЧМ-сигнала производится с помощью двух дискретных фазовращателей и величина частоты сдвига существенно ограничивается быстродействием цифровых счетчиков, составляя порядка 10-15 МГц, в предлагаемым устройстве сдвиг частоты осуществляется с помощью 2т дискретных фазовращателей, что расширяет диапазон измерений в m раз по сравнению с прототипом. Существенным отличием является также то, что управляющий код на дискретные фазовращатели поступает со счетчиков, которые производят подсчет импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 2л/т. Синфазная запитка фазовращателей ведет лишь к снижению числа ступеней пилообразной фазовой модуляции анализируемого ЛЧМ-сигнала и, как следствие, к возрастанию уровня боковых составляющих в спектре сигнала, что крайне нежелательно, так как существенно снижает точность измерений.

Таким образом, цель достигается за счет увеличения частоты сдвига измеряемых сигналов с помощью введенного (т-1)- го звена, составленного из фазовращателя на 2 л/m, счетчика и двух дискретных фазовращателей.

Поскольку изобретение не создает экономического эффекта, анализа проведен на рравнении ширины диапазона измерений с устройством, по которому получено авт.св. СССР № 1499259, кл. G 01 R 23/00, 1987, поскольку оно отвечает необходимым требованиям, предъявляемым к подобным устройствам, и обладает самым, широким из известных диапазоном измерений.

Как показано выше, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет диапазон измерений в m раз шире, где m на практике определяется соотношением

2 F m -i- ne|J (Fnep частота переключения

гсдв

дискретного фазовращателя; тсдв - величина разноса по частоте сигналов друг относительно друга) и составляет порядка 100.

Формула изобретения Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотномодулированных генераторов, содержащее последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточных частот, первую линию задержки, первый фазовый детектор и вычитающий блок, последовательно сое0 диненные подключенный к выходу усилителя промежуточных частот строб-каскад и блок памяти частоты, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора и через первый фазовращатель к

5 второму фазовому детектору, второй вход которого подключен к выходу первой линии задержки, а выход - к вычитающему блоку, последовательно с которым соединены видеоусилитель, первый интегратор и осцил0 лограф, синхронизирующий вход которого и синхронизирующий вход строб-каскада, подключены к последовательно соединенным амплитудному детектору и формирователю импульсов, при этом амплитудный

5 детектор подключен к входу устройства, а также последовательно соединенные подключенный к выходу усилителя промежуточных частот частотный детектор, суммирующий усилитель, второй вход кото0 рого подключен к выходу первого фазового детектора, второй интегратор, управляемый генератор и подключенные к его выходу электронносчетный частотомер и первый счетчик, прямой и инверсный выходы перво5 го счетчика подключены к управляющим входам соответственно второго и третьего дискретных фазовращателей, при этом вход второго фазовращателя является входом устройства, а вход третьего подключен к нему

0 через вторую линию задержки, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, в него введены т-1 последовательно соединенных дискретных фазовращателей, первый из которых под5 ключей к выходу второго дискретного фазовращателя, а последний к первому входу смесителя, а также т-1 последовательно соединенных дискретных фазовращателей, первый из которых подключен к выходу третьего

0 дискретного фазовращателя, а последний - к второму входу смесителя, управляющие входы первой и второй дополнительных цепочек из т-1 дискретных фазовращателей подключены соответственно к прямому и инверсному

5 выходам дополнительно введенных т-1 счетчиков, входы которых подключены к соответствующим по индексу т-1 фазовращателям на 2 л/т, первый из которых подключен к входу первого счетчика, а остальные соединены последовательно.

I I | I I I | | | I

Т I I I i I i Г

.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов. Устройство содержит линии 1,20 задержки, m управляемых фазовращателей 2, m счетчиков 3 импульсов, смеситель 4, усилитель 5 промежуточных частот, т-1 фазовращателей 6 на 2л /т, т управляемых фазовращателей 7, управляемый генератор 8 импульсов, интегратор 9., суммирующий усилитель 10, частотный детектор 11, электронно-счетный частотомер 12, блок 13 памяти частоты, строб-каскад 14, амплитудный детектор 15, фазовые детекторы 16,22, формирователь 17 импульсов, видеоусилитель 18, вычитающий блок 19, фазовращатель 23 на я/2, осциллограф 24. 7 ил. W и

UA

О

Р«г.0

ФМР 5

Фмг7