Устройство для совместного измерения флуктуации амплитуды и частоты колебаний Советский патент 1981 года по МПК G01R29/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕСТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ.

ФЛУКТУАЦИИ АМПЛИТУДЫ И ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ Изобретение относится к области радиотехнических измерений и предназ начено АЛЯ измерения временных флуктуации амплитуды, частоты (фазы) колебаний и козффициента корреляции между амшштудныгда и частотными флук туациями в условиях отсутствия опорного генератора. Известно устройство для измерения амплитудных и частотных флуктуации сигнала f 1 3, содержащее смеситель, на первый вход которого подается исследуемый сигнал через линию задержки, а на второй вход - через фазовый модулятор, при этом выход смесителя подключен к двум параллельным к налам, каждый из которых содержит п следовательно соединенные полосовой фильтр и амплитудный детектор, кроме того, умножитель частоты подключен своим выходом ко второму входу одног из амплитудных детекторов, а выход задающего генератора подключен ко второму входу фазового модулятора. ко входу умножителя частоты и второму входу другого амттитудного детек- тора, при этом выходы амплитудных детекторов являются выходами устройства. Известное устройство характеризуется низкой точностью измерения, которая обусловлена собственными флуктуациями амплитуды и частоты колебаний задающего генератора, нестабильностью (температурной, временной и т.д.параметров неидентичных измерительных каналов, один из которых содержит линию задержки, а другой - фазовый модулятор. Кроме того, этр устройство не позволяет проводить измерение коэффициента корреляции между амплитудными и частотными флуктуациями исследуемого сигнала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для сбвместного измерения фазовых и амплитудных флуктуации t2lf содержащее. два фазовых детектора, которые отличаются полярностью включе3ния нелинейных элементов, электронно лучевую трубку (ЭЛТ) и регулируемый фазовращатель, при этом входной исследуемый сигнал одновременно поступает через соответствующий фазовый детектор на горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины ЭЛТ, опорный же сигнал подается на второй вход одного фазового детектора непос редственно, а на второй вход другого фазового детектора - через регулируе мый фазовращатель. При наличии ампли тудных и фазовых флуктуации исследуемого сигнала на экране ЭЛТ наблюдается эллипс рассеивания, по геомет рическим размерам которого определяются амплитудные и частотные флуктуации исследуемого сигнала, а также коэффициент корреляции между амплитудными и частотными флуктуациями. Это устройство имеет узкий частот ный диапазон и низкую точность измерения, обусловленные применением фазовых детекторов. Ограничение частотного диапазона обусловлено тем, что в фазовых де текторах праисходит сравнение постоянной фазы, а значит и частоты опор ного напряжения с непрерывно изменяющейся фазой, а значит и частотой входного исследуемого сигнала, приводящее к неинформативной флукту- ации во времени (биению) выходных напряжений фазовых детекторов, а зна чит и к флуктуации во времени эллипса рассеивания на экране ЭЛТ. Точность измерения ограничена тем что выходные напряжения фазовых детекторов получают, кроме того, допол нительные амплитудные приращения за счет нестабильности амплитуды и фазы , самих опорных напряжений, которые .обусловлены нестабильностью амплитуд VH частоты внешнего опорного генератора и иестабильностыо (температурной, временной,... параметров регулируемого фазовращателя, приводящие к дополнительным неинформативным флуктуациям эллипса рассеивания на экране ЭЛТ; , Целью изобретения является расшир .ние частотного диапазона и повышение точности измерения. Цель достигается тем, что в устро ство для совместнога измерения флуктуации амплитуды и частоты колебаний содержащее электроннолучевую: трубку введены два измерительных канала, по 04 ключённые своими входами ко входу устройства, выходами - к соответствующим горизонтальным и вертикальным пластинам ЭЛТ, при этом каждый измерительный канал содержит последовательно соединенные блок дифференцирования и блок выделения огибающей, причем в одном из каналов блок дифференцирования инвертирующий. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведены сквозные амплитудночастотные характеристики измерительных каналов; на фиг. 3 приведены осциллограммы, поясняющие работу устройства. Устройство для совместного измерения флуктуации амплитуды и частоты колебаний содержит (см. фиг. I) блок 1 дифференцирования и блок 2 дифференцирования с инвертированием знака переменнрй составляющей продифференцированного сигнала, подключенные своими входами ко входу устройства, блоки 3 и 4 выделения огибающей, входы которых подключены к выходам соответствующих блоков 1 и 2 дифференцирования и электроннолучевую трубку (ЭЛТ) 5, которая подключена вертикально отклоняющими пластинами к выходу одного блока 3 выделения огибающей, а горизонтально отклоняющими пластинами - к выходу другого блока 4 вьщеления огибающей. Блоки 1 и 2 дифференцирования представляют собой дискриминаторы - линейные четырехполюсники, которые име ют в пределах эффективной ширины спектра входного исследуемого сигнала оди-. наковой крутизны линейные, но протироположного знака наклонные амплитудно-частотные характеристики. В качестве блоков 1 и 2 дифференцирования могут использоваться простые и сложные колебательные контуры, фильтры, резонаторы и т. д. При этом, для реализации блока 1 дифференцирования должен использоваться положительный (отрицательный ) склон амплитудно-частотной характеристики дискриминатора, а для реализации блока 2 дифференцирования с инвертированием знака переменной составляющей продифференцированного сигнала должен использоваться отрицательный (положительный ) склон мшштудно-частютной характеристики дискриминатора. Блоки 3 и 4 вьщеления огибающей могут быть выполнены в виде двухполупериодных пиковых детекторов в виде синхронных детекторов или в виде двухтактных преобразователей огибающей высокочастотного колебания в ступенчатую функцию. Электроннолучевая: трубка (ЭЛТ) 5 может быть использована с электростатическим отклонением луча и совместно с усилителями вертикального и горизонтального отклонения для увеличения чувствительности. Работает устройство следующим образом. Входной исследуемый сигнал поступает одновременно на входы двух измерительных каналов (см. фиг. 1. Сквозные амплитудно-частотные характеристики этих каналов показаны на фиг. 2. Рабочая область измеряемы частотных флуктуации сигнала лежит в пределах от 4 ДО (Щ(см. фиг.2) Если на вход устройства не подает ся сигнал, то луч на экране ЭЛТ уста навливается в точку О (фиг. Зa. Если на вход устройства подается монохроматический сигнал, который не имеет ни амплитудных, ни частотных флуктуации (t) Aj, smcj8;3t, то напряжение на вертикально отклоняющих пластинах ЭЛТ будет равкьт и, а напряжение на горизонтально отклоняющих пластинах ЭЛТ будет равным и2. (фиг.2). Поэтому луч на экране ЭЛТ установится в точку А(фиг.За) При изменении частоты входного сигнала от (jf на экране ЭЛТ будет.перемещаться по линии ВС, если при этом амплитуда входного сигнала будет постоянна. Если входной сигнал устройства им ёт только частотные ф,1уктуации и (t) AoSintt t (t) , то на экране ЭЛТ наблюдается изображение отрезка h, как показано на фиг.. 36, По линейным или угловым раз мерам отрезка Л, h определяются часто ные флуктуации исследуемого сигнала Если входной сигнал устройства имеет только флуктуации амплитуды ) (t)J. , то на экране ЭЛТ наблюдается изображение радиального отрезка ДК, как показано на фиг. Зв. По линейному ра меру радиального отрезка определяются амплитудные флуктуации входного сигнала. Так как амплитудные флуктуации входного исследуемого сигнала не при ВОДЯТ к угловым отклонениям радиального отрезка iK, то чувствительность измерения фазовых флуктуации не зависит от уровня амплитудных флуктуации входйого сигнала. Если входной сигнал устройства имеет амплитудные и частотные флуктуации Uo(t) AoD -t-c(t) sin UJ t-fif (t)J TO на экране ЭЛТ наблюдается изображение эллипса рассеивания, как показано на фиг. 3 г. По радиальному размеру эллипса К определяются амш1И7 тудные флуктуации сигнала, а по линейным или угловым размерам эллипса Л L определяют частотные флуктуации сигнала. По характеру изображения эллипса рассеивания можносудить еще и о степени корреляционной связи ме}кду амплитудными и частотными флуктуациями . исследуемого сигнала. Коэффициент корреляций выражается через геометрические размеры эллипса рассеивания в p.tMaa, -i-(tz/aV где а и Ь - малая и большая полуоси эллипса рассеивания. Использование новых элементов: двух блоков дифференцирования, причем один из них производит дифференцирование с инвертированием, двух блоков выделения огибающей и установление новых связей выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, так как это позволяет расширить частотный диапазон измеряемых частотных флуктуаций сигнала и одновременно увеличить точность измерения. В прототипе для обеспечения измерений в диапазоне частот необходасмо было использовать набор опорных напряжений на разные частоты. В предлагаемом же устройстве диапазонность измерений обеспечивается в пределах линейных участков сквозных амплитудночастотных характеристик измерительных каналов (см, фиг. Зг ) без какой-либо перестройки. Если появится необходимость в расширении или смещении диапазона измерения частотных флуктуации, то достаточно будет перестроить ( вручную лли автоматически) блоки дифференцирования . Отсутствие в предлагаемом устройстве образцового опорного найряжения или генератора значительно упрощает устройство и его эксплуатацию, значительно уменьшается его себестоимость. что в конечном итоге приводит к положительному экономическому эффекту, так как стоимость образцового опорного генератора во много раз превышает стоимость самого устройства. Кроме того, предпагаемое устройство позволит расширить сферу применения и круг решаемых с его помощью задач, что приведет к повышению тактико-технических характеристик и тех нико-экономических и эксплуатационных показателейi

Формула изобретения

Устройство для совместного измерения флуктуагщй амплитуды и частоты колебаний, содержащее электронно- лучевую трубку, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 6А6271, кл. G 01 R 29/00, 1973.

2,Готсбан С. М. Методы совместного измерения фазовых и амплитудных флуктуации. Труды ВНИИТВЧ, вып. 9.,

1968, с. 170-180. 00 8 частотного диапазона и повышения точности измерений, в него введены два блока дифференцирования, один из которых инвертирующий, подключенные своими входами ко входу устройства и два блока выделения огибающей, соединенные своими входами с выходом соответствующего блока дифференцирования , а выходами - один с вертикально отклоняющими пластинами, а другой с горизонтально отклоняющими пластинами электроннолучевой трубки,,

-э

- Щ

0Vgif