Устройство для измерения частотных характеристик Советский патент 1981 года по МПК G01R27/28 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

I

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик четырехполюсников.

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) четырехполюсников, где источником сигнала является широкополосный генератор шума, .а регистрация выходного сигнала исследуемого объекта производится с помощью свип-фильтра, детекторной секции и осдиллографического индикатора. Свип-фильтр на выходе четырехполюсника перестраивается генератором пилообразного напряжения в диапазоне исследуемых частот. Это же напряжение используется для развертки луча осциллографического индикатора, на экране которого наблюдается АЧХ четырехполюсника l.

Недостатком устройства является невысокая точность измерений в диапазоне перестраиваемых частот.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, которое содержит последоваутельно соединенные опорный генератор, синтезатор частоты, ключ и исследу емый четырехполюсник (передатчик). Выход ключа параллельно подсоединен к входу переключателя, а управляющий вход ключа - к формирователю сигнала манипуляции, вход которого соеди10нен с генератором. Второй вход переключателя связан с выходом четырехполюсника, а выход переключателя - со входом радиоприемника, вход синхронизации гетеродина которого также

15 подключен к выходу опорного генератора. Управляюсдий вход переключателя и вход переключения частоты настройки приемника соединены с соответствующими выходами блока управления,

М К выходу промежуточной частоты приемника параллельио подключены измеритель уровня сигнала и фазометр. Опорный вход фазометра соединен со вторым выходом синтезатора, на котором формируется сигнал промежуточ- ной частоты приемника 2.. Недостатком устройства является сравнительно малая ширина частотного диапазона характеристик четырехполюсника, обусловленная быстрым падением уровня составляющих спектра амплитудно-манипулированного ( AM) сигнала вдали от центральной частоты. Цель изобретения - расширение диапазона измерения частотных характеристик. Цель достигается тем, что в устрой ство для измерения частотных характеристик, содержащее опорный генератор, подключенный к входам формирователя сигнала манипуляции, синтезатора частоты и к входу синхронизации гетеродина супергетеродинного приемника, исследуемый четырехполюсник, соединенный выходом с первым входом jie реключателя,. второй вход которого сое динен с входом четырехполюсника, блок управления, подключенный соответствуюпщми выходами к управляющему входу пepeключateля и к входу переключения частоты настройки приемника, сигнальный вход которого соединен с выхо дом переключателя, а выжод промежуточной частоты приемника соединен с входом измерителя уровня сигнала и с ОДНШ4 из вводов фазонефра, второй вход которого подключен к выходу промежуточной частоты синтезатора частоты введены частотный манипулятор импульсно-фазовый детектор и два фазовращателя . Входы фазовращателей соединены с выходами переключаемых час-Гот синтезатора, выходы обоих фазовращателей подкш5чены к частотному манипулятору, соединенному с входом четырехполюсника, а управляющие вход каждого фазовращателя соединены с вы ходами импульсно-фазового детектора, сигнальный и опорный входа которого соединены соответственно с выходами четырехполюсника и формирователя сиг нала манипуляции, причем выход последнего подключен к управляющему входу частотного манипулятора, На фиг. 1 приведена структурная схема устройства на фиг. 2 - диаграм мы, поясняющие принцип формирования измерительного частотно-маннпулированного сигнала, Ьа фиг. 3 - амплитуд .но- и фазово-частотные характеристики четырехполюсника. Устройство для измерения частотных характеристик содержит опорный reHetr ратор 1, формирователь 2 сигнала манипуляции, синтезатор 3 частоты, два фазовращателя 4 и 5, частотный манипулятор 6, импульсно-фазовый детектор 7/переключатель 8, исследуемый четырехпохпосник 9, приемник 10, блок 11 управления, измеритель 12 уровня ojirнала и фазометр 13. Устройство работает следукадим образом. Сигнал опорного генератора 1 поступает на синтезатор 3 частоты, формирователь 2 сигнала манипуляции и на вход синхронизации гетеродина супергетеродинного приемника 10.. На выходах синтезатора 3 образуются переключаемые частоты, которые через фазовращатели 4 и 5 поступают на частотный манипулятор 6 и далее - на четырехполюсйик 9. Управление манипу-, лятором 6 осуществляется меандровым сигналом с выхода формирователя,2. Гаким образом, измерительный сигнал представляет собой частотно-манипулированное колебание со средней частотой, равной центральной частоте настройки четырехполюсника. Линейчатый спектр такого сигнала содержит дискретные частоты, кратные частоте манипуляции. Сигнал манипуляции с формирователя 2 поступает одновременно на импульсно-фазовый детектор 7 для сравнения с фазой выходного колебания передатчикау снимаемого с выхода четырехполюсника 9. Импульсы, возникающие в результате рассогласования, управляют фазами колебаний каждой из частот в отдельности с помощью фазовращателей 4 и 5. Управление осуществляется до тех пор, пока нулевые фазы на выходе четырехполюсника 9 не совпадут с моментами переключения частот в переключающем сигнале. По окончании автоподстройки начальные фазы сигналов в излучаемых посылках выравниваются, что является необходимым условием эффективного .сложения спектральных составляющих Ш сигналов. Сигналы с манипулятора 6 и четырехполюсника поступают также на входы переключателя 8, назначением которого является последовательное подключение на вход приемника 10 вхо да и выхода четырехполюсника. Управление переключателем В осуществля5ется блоком 11 управления. Второй выход блока 11 служит для последовательного переключения частоты настройки приемника 10. Полоса пропускания приемника является достаточно узкой для выделения спектральной сос тавляющей сигнала при настройке на нее приемника в процессе измерения. С выхода приемника 10 сигнал пром жуточной частоты, несущий информацию от амплитуде и фазе входного сигнала поступает на измеритель 12 и фазомет 13. В качестве опорного сигнала фазо метра, относительно которого измеряется фаза промежуточной частоты, и пользуется сигнал с третьего выхода синтезатора 3 частоты, на котором фо мируется частота, равная промежуточной. Измерение амплитудно-фазовых частотных характеристик производится в следующей последовательности. Посл настройки на измеряемую составляющую спектра Ш вход приемника 10 переключается с помощью переключателя 8 на вход четырехполюсника 9 и измеряются амплитуды и., (Uilj) и фаза ь Ч ц/-J спектральной составляющей сигнала. После окончания измерения вход приемника 10 подключается к вых ду четырехполюсника 9 и определяют ftjiyf - после прохождения через исследуемый тракт. Модуль коэффициента передачи на частоте (fefj и фазовый сдЕиг в тракте определяют. ся выражениями выкК) К(ои,-) Ы ( () при выполнении операции (2) фаза гетеродина приемника 10, входящая в Bb1xC AJi) ) исключается. Выражение для ( (tV ) представляет со бой искомую фазовую характеристику. Синхронизация частоты гетеродина приемника 10 от опорного генератора 1 исключает скачки фазы гетеродина в процессе измерения и ещи связанные с ними ошибки измерения. Перестраивая последовательно при,емник 10 в требуемом диапазоне и про изводя аналогичные измерения на каждой частоте, можно определить нормированные амплитудно-частотные и фазо во-частотные характеристики четырехполюсника с требуемой точностью. Для определения требуемого сдвига частот и фазировки несущих рассмот-, РИМ ЧМ сигнал вида s-in uJot- -Vo-(u.w t-«-uM) (n-f)t;st5yit; jj Sivi ШоЪ-f-4 o-(wC0t U.V)1 (И-И)С UDo частота несущего колебания, - девиация частоты f % %- -4f fofuJf- начальные фазы сигналов, С - длительность элементарной посыпки У - номер посылки. Можно показать, что в случае, когда индекс частотной модуляции где Q. 1C/r- круговая частота мани- пуляции, есть целое число и V(5),TO амплитуды боковых частот примыкакщие к частотам и (t; Ce|j+AtD, суммируются в интервале частот от Ctlf до су и вычитаются вне этого интервала. При сдвиге частот 2fiAjUf значительно превышающем полосу пропускания исследуемого четырехполюсника, спектр измерительного ЧМ сигнала имеет всплески на частотах tjy п т.е. в области сильного затухания амплитудно-частотной характеристики, и спадает к середине,Где коэффициент передачи наибольший. На выходе четырехполюсника частоты и имеют значительно большую амплитуду, чем те же составляющие AM сигнала с частотой наполнения 1А, при том на участке ttlf - (lAj имеет место ложение спектров обоих AM колебаий, образующих ЧМ сигнал. Условие ыравнивания и (в сигнальных осылках (5 ) может быть достигнуто помощью автоматической подстройки аз колебаний на выходе четырехполюсика 9. Полные фазы частот Ш яШ. конце импульсов, заданных выражеиями 3 , равны -((f Для работы контура автоподстройки без сбоев скачок фаз в конце каждой посылки должен сохраняться постоянным и равным разности начальных фаз. Аналитически это условие записывается следующим образом: 1иУ2 - -М2-2 г И2.) - (7) -((S} i + -2Ji y)-((f, . ,или г Шс си2-и)г- (и) здесь Vl/l и Vl-i - целые числа. Поскольку Q. окончательно находим c.y(Ki2-n)Q (9) Из сравнения выражений (9) и { 4) видно, что требования к измеритель;ному ЧМ сигналу йакйючаются в пояу чении целочисленного значения индекса частотной модуляции. Принцип образования измерительйого ЧМ сигнала яойейяется на диагра ,маг;. На фиг. 2а показан ЧМ сигнал с длительнойтью элементарной посылки t 1 а на фиг. 26 « 2в - линейчатые спектры составлякйзрх AM сигналов. Ин декс частотной модуляции принят равным 10. Каждый из спектров группируется вокруг своей несущей частоты Сами не суйдае чЕастоты tfi и Ш из об рйжены на диаграммах пунктиром, поскольку они of личаются по фазе на 90 от боковых частот. Пунктирными линиями на фиг 2 обозначены огибаншдае спектров. На фиг. 2йредставлен спектр ЧМ сигнала образоваНиый как сумма спек тров обоих АН сигналов с центральными частотами cf и СД. Видно, что амплитуда гармоник сзгммарного сигнала возрастают в области частот, удаленных от центральной частоты, и спадают к cepejdUtHe спектра. На фиг. 2д, е изображены соответственно нормирования АЧХ исследуемого тракта К (Ш и выходной спектр ЧМ сигнала. Спектр выходного сигнала четырехполюсника равномерен в строкой полосе частот. Следует отметить, что выравнивание фаз производится на выходе четырехполюсника, а не на его входе, поскольку спектральные составляющие вы.ходиого сигнала 1}одвергаются допол.иительному ослаблению в спадающей об ласти частотной характеристики четы рехполюсника. На фиг. 3 представлены амплитудно-частотная K(f) и фазово-частотная (f) характеристики фильтра. По оси абсцисс отложено отклонение &f от частоты настройки фильтра. На фиг. 3 видно, что полоса пропускания частот -исследуемого фильтра составила/ 500Гц( диапазон измерения - 1200 Гц. Эффективность устройства заклю% аетсй в том, что в нем формируется измерительный сигнал, у которого спектр согласован с амплитудно-частотной характеристикой исследуеМого четырехполюсника, что приводит к выравниванию спектра сигнала на выходе. При прочих равных условиях это позволяет расширить, по сравнению с известным устройством, диапазон измерения частоттапс характеристик, а также повысить точность измерения характеристик в области, удаленной от центральной частоты. Формула изобретения Устройство для измерения частотных характеристик, содержащее опорный генератор, подключенный к входам формирователя сигнала манипуляции, синтезатора частоты и к входу синхронизации гетеродина супергетеродинного приемника, исследуемый четырехполюсник, соединенный выходом с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с входом четырехполюсника, блок управления, подключенный соответствующими выходами к управляющему входу переключателя и к входу переключения частоты настройки приемника, сигнальный вход которого соединен с выходом переключателя, а выход промежуточной частоты приемника соединен с входом измерителя уровня сигнала и с одним из входов фазометра, второй вход которого подключен к выходу промежуточной частоты С1штезатора частоты, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения частотных характеристик, оно снабжено частотным манипулятором, импульснофазовым детектором и двумя фазовращателями, при этом входы фазовращателей соединены с соответствующими Выходами переключаемых частот синтезатора, а выходы обоих фазовращателей подключены к входам частотного

манипулятора, выходом соединенного с входом четырехполюсника, а управляющие входы каждого фазовращателя сое динены с выходами импульсно-фазового детектора, сигнальный и опорный входы которого соединены соответст-. венно с выходами четырехполюсника и формирователя сигнала манипуляции, причем выход последнего подключен к

/Ч /

- 4

/

управляющему входу частотного манипулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 1. Авторское свидетельство СССР 375587, кл. G 01 R 27/28, 1971.

6

f /

fO

L

/

/5

0uef -600 SBO - -300 -wo -m Л w ляй