Устройство для измерения скорости изменения частоты перестройки Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения скорости изменения,частоты перестройки (крутизны перестройки) автономных частотно-модулированных (ЧМ) генераторов, используемых в качестве передатчика радиовысотомерных устройств, излучающих частотно-модулированный сиг- нал. Кроме того, устройство может быть использовано для измерения нелинейности закона перестройки частоты названных генераторов в любой точке рабочего диапазона частот.

Известны устройства для измерения скорости изменения частоты, содержащие блок автоматической подстройки частоты (АПЧ), два смесителя, линию задержки, частотомер и блок управления, причем один вход первого смесителя соединен непосредственно с входом устройства, а второй вход через блок АПЧ, выход первого смесителя соединен с первым входом вт.орого смесителя и через линию задержки - со вторым входом второго смесителя, выход которого подключен к частотомеру, который связан с блоком управления и блоком АПЧ 1.

Недостаток этого устройства низкая точность измерения.

Наиболее близким по технической 5 сущности к предлагаемому является устройство для измерения скорости девиации частоты, содержащее входной смеситель, линию задержки, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), 0 балансный смеситель с перестраиваемым генератором, частотный детектор, кварцевый генератор и вольтметр постоянного тока, причем первый вход смесителя соединен непосредственно с входной шиной устройства,- а вто15рой вход - через линию задержки, а выход смесителя нагружен на последовательно соединенные УПЧ, балансный смеситель, частотный детектор и вольтметр постоянного тока, причем

20 выход перестраиваемого генератора соединен со входом балансного смесителя, а выход кварцевого генератора подключен ко входу частотного детектора 2 .

25

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно имеет ограниченный нижний предел измерения скорости изменения частоты и нелинейности перестройки в силу наличия

переотражений сигналов в линиях задержки и низкую точность измерени

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные блок задержки, смеситель, усилитель сигнала биений и балансный смеситель, последовательн соединенные кварцевый генератор,, частотный детектор и вольтметр, а также перестраиваемый генератор, выход которого подключен к второму входу балансного смесителя, а вход блока задержки соединен с входом смесителя, введены последовательно соединенные блок сопряжения и полосовой фильтр, второй вход которого подключен к выходу балансного смесителя, при этом выход полосового фильтра соединен с вторым входом частотного детектора, выход блока сопряжения подключен к второму вход усилителя сигнала биений, а вход перестраиваемого генератора соединен с входом блока сопряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства измерения скорости изменения частоты перестройки; на фи1. 2 - эпюры, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения скорости изменения частоты перестройки содержит смеситель 1, блок 2 задержки, усилитель 3 сигнала биений, балансный смеситель 4, перестраиваемый генератор 5, частотный детектор б, кварцевый генератор 7, вольтметр 8 , осциллограф 9/ полосовой фильтр 10 и блок 11 сопряжения.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства подается сигнал с контролируемого генератора (на схеме не показан), частота которого изменяется -по пилообразному закону с переменной скоростью перестройки (фиг. 2а, в) и произвольным отклонением закона перестройки от линейного.

В результате действия входного сигнала на смеситель 1 непосредствено и через блок 2 задержки на его выходе образуется сигнал биений (фиг. 26,г), спектр которого смещается по шкале частот в зависимости от крутизны перестройки, кроме того, изменяется его ширина (фиг. 2д,е).

При этом в спектре сигнала появляются составляющие за счет переотражений в линии задержки сигналов (фиг. 2д,е), Реальный сигнал биений на выходе смесителя определяется упрощенным выражением

S5oP Cp CP 2cp --где 5 - средняя скорость перестроки частоты;

f - задержка сигнала в линии задержки.

Переотражение имеет место в той или иной степени при использовании любых линий задержки, поскольку 100 %-ного подавления переотраженных сигналов в линиях -практически не обеспечить. Переотраженные сигналы, могут достигать значительных величин сравнимых с основным сигналом, образованным от первой задержки. Сигнал с выхода смесителя 1 поступает на вход усилителя 3 сигнала биений, верхняя частота среза которого должна определяться максимальной, а нижняя частота среза - минимальной частотой биений, связанной с измеряемой скоростью изменения частоты.

Для уменьшения влияния составляющих за счет переотраженных сигналов, верхняя частота среза усилителя 3 сигнала биений и полоса пропускания полосового фильтра 10 регулируются сопряженно с частотой перестройки генератора. Коэффициенты сопряжения при перестройке частоты среза амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя 3 сигнала биений, частоты перестраиваемого генератора 7 и полосы пропускания полосового фильтра 10 подбираются блоком сопряжения так -Чтобы при измерении текущих величин скорости изменения частоты перестройки ЧМ генераторов верхняя частота среза усилителя сигнала биений всегда была в пределах 1, 5 f jcP кущее (фиг. 2е,ж - пунктир), а частота перестраиваемого генератора 5 была бы такой, чтобы сигналбиений, перенесенный на частоту генератора 5 совпадал с апертурой частотного детектора 6, Выходное напряжение которого в момент отсчета должно быть равно нулю, т.е. переотраженные сигналы всегда находятся за пределами АЧХ усилителя 3. Переображенные сигналы отфильтровываются, а сигнал биений поступает на вход балансного смесителя 4, где он переносится -на частоту генератора 5, и далее через полосовой фильтр 10 с регулируемой полосой поступает на вход частотного детбктора 6.

Средняя частота настройки полосового фильтра 10 совпадает с частотой дискриминации (настройки) частотного детектора б, а апертура детектора б определяется регулируемой полосой пропускания фильтра ID (фиг. 2к), которая связана с шириной спектра основного сигнала.

Ввид;у того, что ширина сигнала биений изменяется, уменьшаясь при малых скоростях изменения частоты перестройки и наоборот, в предлагавtлoм устройстве полоса фильтра регу ируетс; также сопряженно, с коэффициентом сопряжения с частотой перестройки генератора 5 (фиг. 2 з) ,. при этом ее уменьшают при малых измеряемых величинах,скоростей изменения частоты и увеличивают при больших измеряемых величинах. Коэффициент сопряжения выбирае ся таким, чтобы весь основной спект входил в полосу. Введение полосовог фильтра 10 с регулируемой полосой обеспечивает формирование необходим адаптивной апертуры частотного детектора 6 (фиг. 2й),и дополнительНую фильтрацию сигналов, образуемых от пеуеотражений, которое особенно вносят погрешность в измерение нижних пределов измеряемых характерист (низкие частоты средней частоты биений) , Сигнал с выхода полосового фильтра 10 (фиг. 2к,л) с частотой пч fnr - F fp где рд- част та настройки частотного детектора, подается на частотный детектор б, на нагрузке которого выделяется оги бающая частотно-модулированного сиг нала (ЧМ образуется из-за нелинейности) . Изменением частоты генератора 5 добиваются нулевого значения напряжения на выходе частотного детектора 6, которое измеряется вольт метром 8, имеющим шкалу с нулем в середине. При нулевом значении напряжения на выходе частотного детектора б средняя скорость изменени частоты перестройки будет равна f -f пг пч Для визуального наблюдения модуляционной характеристикиЧМ сигнала к выходу устройства подключается осциллограф 9 с открытым входом, на экране которого будет наблюдаться кривая, симметричная относительно нулевой линии осциллографа. Изменяя частоту настройки генератора 5, мож но совместить любую точку модуляционной характеристики с нулевой линией осциллографа 9 и в момент совмещения определить скорость изменения частоты перестройки в любой точке частотного диапазона по формуле ЦА При этом нелинейность в любой то ке модуляционной характеристики определяется по формуле u5--t.W% Для уменьшения погрешности йзмерения частотный детектор б калибру с помощью кварцевого генератора 7. Калибровка производится на любом этапе работы прибора путем подключения на вход частотного детектора б стабильной частоты кварцевого генератора 7 (при этом сигнал отключается) и установки нуля на выходе частотного детектора б. Предлагаемое устройство измерения скорости изменения частоты в сравнении с известным устройством обеспечивает измерение, крутизны и нелинейности перестройки в расширенном диапазоне измеряемых характеристик с применением менее качественных высокочастотных линий задержки, у которых имеют место перертражёния сигнала. При этом сохраняются точностные характеристики устройства в более широком диапазоне. Предлагаемое устройство не предъявляет жестких требований к применяемым дорогостоящим линиям задержки, что улучшает его технологические характеристики, удешевляет его. Формула изобретения Устройство для измерения скорости изменения частоты перестройки, содержащее последовательно соединенные блок задержки, смеситель, усилитель . сигнала биений и балансный смеситель, последовательно соединенные кварцевый генератор, частотный детектор и вольтметр, а также перестраиваемый генератор, выход которого подключен к второму входу балансного смесителя, в вход блока задержки соединен с входом смесителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные блок сопряжения и полосовой фильтр, второй вход которого подключен к выходу балансного смесителя, при этом выход полосового фильтра соединен с вторым входом частотного детектора, выход блока сопряжения подключен к второму входу усилителя сигнала биений, а вход перестраиваемого генератора соединен с входом блока сопряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 449311, кл. G 01 R 23/02,29.12.71. 2.Авторское свидетельство СССР №.432405, кл. G 01 R 13/00,20,12.71 (прототип).