Способ измерения фазового времени задержки сигнала в линиях связи Советский патент 1981 года по МПК G04F10/06 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть исполь зовано для измерения фазового враг мени задержки сигналов в линиях связи с пространственно разнесенным входом и выходом. Известен способ измерения фазового времени задержки сигналов в линиях связи с использованием активного ответчика, подключенного к выходу линии связи, в котором частота входного сигнала изменяется по пилообразному закону, а преобразованн в активном ответчике сигнал ъозъража тся к фазометру, установленному на входе исследуемой линии связи через эту же линию . К недостаткам этого способа следуе отнести то, что он имеет низкое быстродействие из-за конечной скорости изменения частоты входного сигнала, а также низкую точность измерений в динамике, обусловленную непрерывным изменением частоты сигнала. Известен также способ измерения времени задержки сигнала в линиях связи с разнесенным в пространстве входом и выходом, по которому измеряют сдвиг фаз сигналов, один из которых, вспомогательный низкой частоты. Воспроизводят на выходе линии связи и передают на ее вход, а другой, низкочастотный сигнал, получают на входе линии связи в результате преобразования частот испытательного сигнала со смещенным по частоте ответным сигналом 2 . Однако этот способ имеет ограниченный диапазон однозначно измеряемых значений времени задержки, определяемый длительностью полупериода сигиала, на котором производится измерение. Для расширения диапазона однозначного измерения времени задержки необходимо проводить дополнительные измерения на более низких частотах сигналов, что связано с большими, затратами времени и аппаратурными затратами. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения фазового времени задержки сигнала в линиях связи, по которому измеряют сдвиг фаз сигналов, один из которых, вспомогательный формируют на выходе линии связи и передают на ее вход, а другой получают на входе линии связи в результате пре образования частот, на вход линии С1ВЯЗИ одновременно подают дискретное множество частот, на выходе которой каждую компоненту да скретного множества частот смещают по частоте на значение, равное частоте вспомогател ного сигнала и затем смещенные сигн лы направляют ко входу линии связи, где выделяют каждую компоненту смещенного- дискретного множества часто И смешивают их с соответствующими компонентами.дискретного множества частот входного сигнала,в результате чего по.пучают разностные сигналы равные по частоте вспомогательному, а затем измеряют разность фаз между каждым из этих сигналов и вспомогательным, причем результат измерения удвоенного значения времени задержки получают путем стыковки шкал про межуточных результатов измерений на каждой составляющей дискретного множества частот. Предложенный способ поясняется блок-схемой возможного устройства. Устройство содержит генератор 1 дискретного множества частот, все выходы которого подсоединены ко вхо линии связи 2 через развязывающий мост 3 и к первым входам соответствующих смесителей частоты 4 ... А При этом выходы смесителей через коммутатор 5 соединяются с первым входом фазометра 6, а вторые входы смесителей 4 ...4 соединены с выходами соответствующих фильтров 7 ... , входы которых соединены с линией связи 2 через развязываюа91й мост 3, к которому через фильтр нижних частот 8 подключен второй вх фазометра 6, к выходу которого подключей блок управления 9 с цифровым отсчетным устройством, выход которо го соединен с входом коммутатора 5, причем выход линии связи 2 через второй развязывающий мост 10 подключен к первому входу однополосного преобразователя частоты II, ко второму входу которого подключен вспомогательной генератор низкой частоты 12, при этом выходы однополосного преобразователя частоты 11 и вспомогательного генератора низкой частоты 12 подключены к входам второго развязывающего моста 10. Устройство работает следующим образом. Генератор I вырабатывает дискретное множество частот Ш ,Щ. обеспечивающее возможность однозначного измерения фазового времени задержки сигнала в заданном частотном диапазоне и требуемую точность измерения в линии связи большой электрической длины, в которой время задержки сигнала , где Т период частоты сигнала, на которой необходимо опреде.гшть фазовое время задержки. При измерении фазового времени задержки сигнала обычными методами с использованием фазометров в таких линиях возникает неоднозначность измерении, так как в этом случае полный фазовый сдвиг на заданной частоте Ш будет составлять tu.-r rite: хф где п - число целых циклов фазового сдвига; f( - измеряемый фазометром фазовый сдвиг. Для устранения неоднозначности, т.е определения числа п , необходимо вы- . полнить измерение на более низкой частоте, удовлетворяющей условию (я) - , где время задержки сигнала на частоте иЦц. Однако различия ut в фазовом времени задержки сигнала на частоте Шц и на частоте UtJj из-за дисперсности исследуемых реальных линий связи, а также конечная погрешность измерения сдвига частотеХЛЗ мспкет привести к погрешности определения числа п, так как может быть, что А. . Поэтому необходимо выполнять нспомогательные измерения на промежуточных частотах, разность между которы выбрана такой, чтобы можно было сты ковать результаты промежуточных изм реннй, полученных на соседних компо нентах дискретного множества часто без аномальной погрешности (промаха При этом должно удовлетворяться усл вне j(Nn)(V-,.,),5, учитывающее дисперсионность исследу емой линии и погрешность измерения сдвига фаз, где п - целое число циклов однозначного измерения на t частоте, ( - относительны измеряемый фазометром фазовый сдвиг на частоте, - отклонение интервала однозначного измерения на i-й частоте и интервал однозначного измерения на i- 1-й частоте. Таким образом, на вход исследуемой линии подается дискретное множество частот обеспечивающее однозна ное измерение и удовлетворяющее условию (ij. Сигналы генератора 1 с частотами U , Ш, . . . , Шц одновременно подаются через развязывающий мост 3 на исследуемую линию связи 2, а также J на входы смесителей 4 ... 4 соответственно. С выхода исследуемой линии связи сигналы с частотами ( , le)- . через развязывающий мост 10 поступа ет на вход однополосного преобразователя 1I, где происходит смещение каждой компоненты дискретного множе ва частот на значение, равное часто те Si сигнала вспомогательного генератора 12, связанного со вторым входом однополосного преобразователя 11 частоты. Полученное новое дискретное множество частот СЛ). О) а + 51 ,. .. , у + ft или UJ - SI , t/y - ft , сигналом генератора 12 подается через развязывающий мост 10 снова на выход линии связи 2 (развязывающие мосатл 3 и 10 предназ ачены для разделения входных и выходных сигналов линии 1. Эти сигналы со входа линии связи поступают на входы фильтров 7 ...7 и 8, где фильтры 7...7 пропускают соответствующие компоненты дискретного множества частот на смесители 4... 4 , а ль нижних частот 8 пропускает сигнал с частотой И вспомогательного генера - тора 12 на один из входов фазометра. На второй вход фазометра поочередно при помощи коммутатора.5, управляемого блоком 9, подводятся также от смесителей А ... 4, ti) и Ш + , Шд. и , . . . , ttV, и . Полученные показания фазометра на каждом из коммутируе1«й)1х сигналов переписываются в блок управления 9, где происходит с учетом условия (l) стыковка шкал, полученных результатов измерений на каждой составляющей дискретного множества частот и высвёчивается окончательный результат измерения. Искомый результат измерения будет равен -С г .Bi±iL. iL.-r гМ -. 2 где f - У}-2f f - полное значение сдвига фазы сигнала на частотеЧЛ, полученное после стыковки шкап и И времена задержки сигналов на частотах соответственно (Оц , еУи + 51 и SI . Как показывают расчеты и экспериментальные исследования, возникающая методическая погрешность лг-т Г .5L - 2 2и;и 2ш,, при измерениях фазового времени задержки в линиях связи большой электрической длины, т.е. у которых Тт ШулУ/ 2Tt , пренебрежимо мала. Предложенный способ позволяет расширить диапазон измеряемого времени задержки в исследуемых линиях связи, который будет определяться значением самой нижней частоты из дискретного множества. Кроме того, повышается быстродействие, причем погрешность измерения фазового времени задержки определяется погрешностью измерения сдвига фаз на самой верхн€ й частоте дискретного множества частот. Измерения на остальных частотах могут быть довольно грубыми, это влияет только иа выбор разности между значениями соседних частот входного сигнала, определяющей возможность стык-очки шкап. То обстоятельство, что погрешность фазового време ж задержки определяется погрешностыо измерения Чц на самой высокой частоте, позволяет упростить требования к узлам, необходимым для проведения измерений на остальных частотах.

Предложенный способ можно исполы аоват также для измерения других фазовременных характеристик линий связи, таких как ФЧХ и групповое время запаздывания.

Предлагаемое изобретение может найти особо широкое применение в тех случаях, когда для измерения характеристик канала отводится очен короткое время, а также в-случаях прецизионного измерения кратковременной нестабильности фазового времни задержки в линиях связи большой электрической длины.

Формула изобретения

Способ измерения фазового времени задержки сигнала в линиях связи, по которому нзмеряют сдвиг фаз сиглов, один из которых, вспомогательный, формируют на выходе линии связи и передают на ее вход,а другой получают на входе линии связи в результате преобразования частот, о т личающийся тем, что, с . целью повышения точности и быстродействия измерений, на вход линии

связи одновременно подают дискретное множество частот, на выходе которой каждую компоненту дискретного множества частот смещают по частоте на значение, равное частоте вспомогательного сигнала и затем смещенные сигналы направляют ко входу линии связи, где выделяют каждую компоненту смещенного дискретного множества частот и смешивают их с соответствующими компонентами диcкpetнoгo множества частот выходного сигнала, в результате чего получают разностные сигналы, равные по частоте вспомогательному, а затем измеряют разность фаз между каждым из этих сигналов и вспомогательным, причем результат измерения удвоенного значения времени задержки получают путем стыковки шкал промежуточных результатов измерений на каждой составлякицей дискретного множества частот,

I

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 569031, кл. G 04 f 10/06, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР 53П25-, кл. G 04 f 10/06, 1976.