Устройство для определения фазочастотных погрешностей широкополосных делителей напряжения Советский патент 1980 года по МПК G01R27/28 

Цель изобретения - повышение точности измерения фазовых сдвигов делителей напряжения с большим коэфч фициентом деления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения фазочастотных погрешностей широкополосных делителей напряжения, содержащее генератор перестраиваемой частоты, генератор фиксированной частоты, первый балансный смеситель, .фильтры нижних и верхних частот, автоматический переключатель, генерато коммутационных импульсов регулируемо длительности, измеритель длительност импульсов,, контролируемый делитель, второй балансный смеситель, избирательный усилитель, индикатор постоянного тока и два ключа, дополнительно введены первый регулируемый фазовращатель, вспомогательный делитель напряжения, амплитудный ограничитель второй регулируемый фазовращатель, третий балансный смеситель и второй фильтр нижних частот, причем первый регулируемый фазовращатель включен между фильтром Верхних частот и одни из входов автоматического переключателя, вспомогательный делитель напряжения включен между вторым балансным смесителем и избирательным усилителем и зашунтирован ключом, к выходу избирательного усилителя подключены последовательно соединенные амплитудный ограничитель, третий балансный смеситель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к индикатору постоянного тока, а второй регулируемый фазовращатель включен между выходом генератора фиксированной частоты и BTOpbHvi входом третьего балансного смесителя.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Оно содержит генератор 1 перестраиваемой Частоты, генератор 2 фиксированной частоты, первый балансный смеситель 3, фильтр 4 нижних частот, фильтр 5 верхних частот, первый регулируемый фазовращатель б, автоматический переключатель 7, генератор 8 коммутационных импульсов регулируемой длительности, измеритель 9 длительности импульсов, контролируемы делитель 10 напряжения, второй балансный смеситель 11, вспомогательный делитель 12 напряжения, избирательный усилитель 13, амплитудный ограничитель 14, третий балансный смеситель 15, второй регулируешлй фазовращатель 16, второй фильтр 17 нижних частот, индикатор 18, ключи 19 и 20.

Устройство работает следующим образом.

В исход номположении ключ 19 разомкнут, а ключ 20 замкнут. Колебани ОЦ, генератора 1 перестраиваемой част ты смешивают с колебаниями (JJ. генератора 2 фиксированной частоты в балансном скесителе 3. На выходе балансного смесителя 3 получают колебания с учетом фазового сдвига Ц , обоих генераторов,

Фильтрс1ми 4 нижних частот (частота срезаа) ш ) выделяют колебания разностной (опорной) частоты 1Л, JУ :OUjj . Фильтрами 5 верхних частот (частота среза UU см, ) выделяют колебания (испытательной) суммарной частоты су + иУ, s),

Автсичатический переключатель 7, управляемый импульсным напряжением генератора 8 регулируемой длительности, формирует пакеты кoлeбaн й разностной Шц и суммарной ui частот длительностью т: и С« . Частота импульсного напряжения генератора 8 регулируемой длительности выбирается многим меньше разностной частоты опорного сигнала (Л ) и постоянна при изменении длительности коммутационных интервалов

(Л.г75с:, ь

Пакеты колебаний разностной и суммарной частот поочередно проходят через контролируемый делитель 10, испытывая различную фазовую задержку, обусловленную паразитными реактивностями делителя.

Ослабленные колебания, полученные на выходе контролируемого делителя 10, смешивают с колебаниями генератора 1 перестраиваемой частоты в балансном смесителе 11.

Один интервал коммутации (смешивание пакета колебаний разностной частоты с колебаниями генератора 1 перестраиваемой частоты) дает сигнал uj , другой интервал коммутации (смешивание пакета колебаний суммарной частоты с колебаниями генератора

Iперестраиваемой частоты) - сигнал

иД

В течение обоих интервалов коммутации на выходе балансного смесителя

IIобразуются колебания одной и той же частоты UU- , но с различными фазами.

Из преобразованных сигналов и -и и избирательным усилителем 13, настроенным на фиксированную частоту Ш-. , выделяют колебания частоты иУ которые далее ограничивают по амплитуде ограничителем 14.

На один вход третьего балансного смесителя 15 поочередно воздействуют оцночастотные (Й1|,,) сигналы U и Ц одинаковой амплитуды с разными фазовыми сдвигами. На другой вход балансного смесителя 15 непрерывно подают гармонический сигнгил U/j генератора 2 фиксированной частоты W , сдвинутый по фазе на угол , регулируемый фазовращателем 16.

Первый и второй интервалы коммутации при смешивании колебаний Ц. и Ijj, a также u и U/j образуют соответственно сигналы и и . Следовательно, через второй фильт 17 нижних частот на индикатор 18 постоянного тока поступают импульсы постоянных напряжений и/, и и , чеп / п Г редующиеся с частото{1 коммутации Л Индикатор 18 постоянного тока фиксирует постоянную составляющую и. f зависящую от величины и полярности импульсов, соотношения интервалов коммутации Т и Т . Для постоянного периода коммутации (С .( С. const) имеем y.ilil± -.5,5S, ,(4,g-,, (1) tcos(4 ,;). где S - крутизна преобразования третьего балансного смесите ля ; К - коэффициентпередачи второг фильтра нижних частот; Ч - фазовые сдвиги соответствую дих блоков. Из вырах(ения (1) видно, что показание индикатора 18 постоянного тока зависит от фазовых сдвигов контролируемого делителя 10 на частоте UD и U) ( Ч,и ч ) , а также фазовых сдвигов, вносимых преобразовательными звеньями , Ч , , 4,3, мИз выражения (1) следует также, что для измерения фазовых сдвигов и необходимо обеспечить равенство Ч.,. Ч,, + 4 и 4g %б 5 -Д этого в режиме калибровки перед процессом измерения контролируемый делитель 10 напряжения шунтируют ключо 19, а вспомогательный делитель 12 на пряжения с коэффициентом деления, равным коэффициенту деления контро.лируемого делителя 10,вводят в преобразовательный тракт размыканием ключа 20. После этого автоматически переключатель 7 затормаживают в левом по схеме положении и регулируем фазовращателем 16 устанавливают нулевое показание индикатора 18 посто янного тока. . Из значения U. исключают фазовы сдвиг контролируемого делителя 10 и вводят в него фазовый сдвиг вспомогательного делителя 12, затем при равнивают к нулю, получая условие -гй- «-%г- - 4 (2) Далее переводят автоматический пере ключатель 7 в правое по схеме положение и регулируемым фазовращателем 6 вновь устанавливают нулевое показание индикатора 18 постоянного ,тока. Аналогично, если исключить аэовьй сдвиг , из значения и и ввести в него фазовый сдвиг Ч, получим условие .b- frV- 4-%- ff ;з) Затем ключами 19 и 20 вводят в устройство контролируемый 10 и шунтируют вспомогательный 12 делители. Учитывая результаты калибровки из выражений (2), (3) и приравнивая к нулю выражения (1) для U имеем S cosCf ч ,- 4,o)..V ;) С4) Следовательно, использование вспомогательного делителя 12 в режиме калибровки путем регулировки фазовых сдвигов первого и второго фазовращателей Ч и nt исключает неконтролируемые фазовые сдвиги преобразовательных звеньев- , , Ч, , . Неизвестный фазовый сдвиг вспомогательного делителя 12, введенный для регулировки, находят следующим образом. Автоматический переключатель 7 переводят в симметричный режим ( Т 0,5 Т) и регулировкой фазоврацателя 16 устанавливают нулевое показание индикатора 18 постоянного тока. Из выражения (1) при о. имееь cos(f V (l .)- (5) После этого автоматический переключатель 7 затормаживают в правом по схеме положении и дополнительной регулировкой фазовращателя 16 вновь добиваются нулевого показания индикатора 18 постоянного тока. Используя с учетом приращения фазового сдвига л Ч ,, из выражения (3) , получают 1 b / o4f-%,%a-.)0. ( где - дополнительное (второе) приращение фазового сдвига регулируемого фазовращателя 16. Широкополосные делители в рабочем диапазоне частот имеют малые фазовые сдвиги. Поэтому, переходя от cos X к sin X и заменяя Sin х на X, из выражений (4), (5), (6), получают систему уравнений определения фазового сдвига вспомогательного делителя 12 напряжения i(%z.o)z().п-г.о %1 ч й- ;п-лч о откуда ц, r(AMVe uM;,e)-L,(,6) (10) Таким образом, значение фазовой погрешности вспомогательного делителя 12 определяется измерением продолжительности интервалов коммутации f и t, измерителем длительности импульсов 9 и двух приращений фазовых сдвигов dWlg и Л М , вносимы регулируемым фазовращателем 16, который работает на фиксированной частоте М, , Затем, зная Чу-з, определяют из выражений (7) и (8) погрешности контролируемого дрлителя 10 4 и на частотах иг) и (Л) , Определение погрепшостей контролируемого делителя 10 на других частотах не трэбует новых вычислений фазового сдвига . вспомогатель го делителя 12, работающего в цепи фиксированной частоты uuji, так как можно пользоваться найденным значением погрешности из вьфажения (10 Послегдующие измерения производят регулированием частоты ш г приводя к изменению разностной и суммар ной частот, Определение 4 и на новых зна чениях разностной и суммарной 1й частотах производят по регулируемом фазовращател:о 16 с использованием режимов несимметричной и симметричн коммутации с составлением только двух уравнений вида (7) и (8), Реша их относительно измеряемых фазовых сдвигов и используя значение из вы р&жения (10) , определяют и %Q Ч - .)(%а+аЧ а) о- , С. Я)1-2.1:а(Ч ,г АМ.е) Чо- Со.-С,(12 Перестраивая частоту .генератора от О до №1 , определяют фазовые погрешности контролируемого делителя 10 в диапазоне частот от О до 2 u) Расчет погрешностей производят по показаниям измерителя длительности импульсов 9 ( С и €,j ) и шкале регулируемого фазовращателя 16, работающего на одной фиксированной частоте Ш., Формула изобретения Устройство для определения фазо частотных погрешностей широкополое ных делителей 1напряжения,, содержащее генератор перестраиваемой частоты, генератор фиксированной частоты, первый балансный смеситель, фильтры нижних и верхних частот, автоматический переключатель, генератор коммут5ационных импульсов регулируемой длительности, измеритель длительности импульсов, контролируемый делит ель, второй балансный смеситель, избирательный усилитель, индикатор постоянного тока и два ключа, о тличающееся тем, что, с целью повыиения точности измерения фазовых сдвигов делителей напряжения с большим коэффициентом деления, в него дополнительно введены первый регулируемый фазовращатель, вспомогательный делитель напряжения, амплитудный ограничитель, второй регулируемый фазовращатель, третий балансный смеситель и второй фильтр нижних частот, причем первый регулируемый фазовращатель включен между фильтром верхних частот и одним из входов автоматического переключателя, вспомогательный делитель напряжения включен ежду вторым балансным смесителем и избирательным усилителем и зашунтирован ключом, к выходу избирательного усилителя подключены,последовательно соединенные амплитудный ограничитель, третий балансный смеситель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к индикатору постоянного тока, а второй регулируеMtufL фазовращатель включен между выходом генератора фиксированной частоты и вторым входом третьего балансного смесителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кушнир Ф.В., Савченко В.Г. и Верник С.М. Измерения в технике связи. М., Связь, 1976. с. 332. 2,Авторское свидетельство СССР по заявке № 2370684/18-21, кл.С 01 R 27/28,23.06.77 (прототип).