Способ измерения фазового набега четырехполюсников и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

ступают сигналы со входа и выхода контролируемого четырехполюсника, т.е. с большим динамическим диапазоном. Поэтому уже при первом .преобразовании частоты возникают амплитудно-фазовые погрешности, квторые, сохраняются при последующих преобразбваниях и присутствуют в выходном сигнале фазового детектора. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем,что в способе измерения фазового набега четырехполюсников,заключающемся в воздействии на контролируемый четырехполюсник испытательными сигналами двух разных частот, переносе ослабленных сигналов на одну частоту с использованием вспомогательного сигнала, сравнении их фаз с опорным сигналом и определении фа зового набег-а -по разности результат сравнения, частоты испытательньгх си налов выбирают равными соответствен но разности и-сумме частот двух сиг лов, в качестве одного из которых используют вспомогательный сигнал, в качестве другого - опорный сигнал а начальную фазу испытательного сиг нала разностной частоты в начале ра бочего диапазона компенсируют. Устройство для осуществления пре лагаемого способа, содержащее первы и второй cMecHTejEH, автоматический переключатель, низкочастотный управ ляющий генератор, соединенный с упр ляющим входом автоматического переключателя, фазовый детектор, амплитудный ограничитель, индикатор,пер вый и второй генераторы радиочастот и контролируемый четырехполюсник, снабжено фильтром верхних и нижних частот, первым и вторым фазовращателями, первым и вторым избирательными усилителями и фазочувствительным выпрямителем, причем один из входов первого и второго смесителей соединен с выходом первого генерато ра, выход второго генератора соединен с одним из входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого присоединен через последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входов автоматического переключател и через фильтр верхних частот - к другому его входу, а выход через контролируемый четырехполюсник,зашунтированный ключом, присоединен ко второму входу второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный усилитель и ограничитель подсоединен ко второму входу фазового детектора, выход которого через второй избирательный усилитель соединен с одним из входов фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого присоединен к выходу низкочастотного управляемого генератора, а выход - ко входу индикатора. Устройство для осуществления способа представлено на чертеже. Устройство содержит первый и второй генераторы 1 и 2 радиочастот, первый смеситель 3, фильтры 4 и 5 верхних и нижних частот, первый 6 и второй 7 фазовращатели, автоматический переключатель 8, низкочастотный управляемый генератор 9, контролируемый четырехполюсник 10, ключ 11, второй смеситель 1-2, первый избирательный усилитель 13, амплитудный ограничитель 14, фазовый детектор 15, второй избирательный усилитель 16, фазочувствительный вьшрямитель 17 и индикатор 18. , Способ измерения фазового набега четырехполюсников осуществляется следующим образом. Из двух сигналов U и Ул ,каждый з которых имеет переменную частоту UJ и oiQ в диапазоне радиочастот Ul UTO cos (it)/i t ч- Ч) UQ Uni2 cos (cuit .) с амплитудами Т(, Uytin начальными фазами Ц и Lfj, образуют путем балансного смешивания сигнал вида V2(a; где Um i . UVYI. . - амплитуда образованного сигнала; SM- крутизна характеристики смесителя. Из сигнала (2) вьщеляют сигнал разностной частоты .,1)1:41/ -1 (3) и сигнал суммарной частоты (,; 14( (4У Частоты w и UJ( регулируют так, чтобы разностная частота ц; - OUQ. оставалась постоянной,а суммарная частота ujc, u;/i+ II/Q. изменялась в рабочем

диапазоне контролируемого четьфехполюсника.

Сигналы (З) и (4) поочередно с низкой частотой коммутации О. « cUp подают на вход контролируемого четырехполюсника. Ослабленные четырехполюсником сигналы балансно смешивают с первым исходным сигналом (1), получая сигналы вида (HJu,-ouj)t W -42 -4plJ; )-%coe()t4 Ч,, (u;it4 ( .1 1 где Кр и Kg, - коэффициенты передачи контролируемого четырехполюсника на частотах UJpH шо соответственно; VP и - начальные фазовые углы на тех же частотах;S л - крутизна характеристики второго оалансного смесителя. Последовательность пакетов колебаний (5) и (6) фильтруют на частоте Шли ограничивают по амплитуде. Результирующий фазоманипулированный сигнал описывается выражением , (7j где . - амплитуда результирующего сигнала на уровне ограниче ния ; tfg - средняя фаза результирующе го сигнала; йУ Чр + Vt - индекс фазовой модуляции,равный сумме фазовых набегов контролируемого четырехполюсника и тракта передачи ;измерительных сигналов Q в диапазоне частот от ьир до UJC. . После фазового детектирования, и пользуя в качестве опорного сигнал частоты UJ2 получим прямоугольное напряжение частоты коммутации 51 , пропорциональное индексу фазовой модуляции -u4-3iq;n . (.в) Для исключения из результата измерения (.8) величины фазового набега

в передающем тракте проводят операцию установки нуля при закороченном контролируемом четырехполюснике путем введения дополнительной фазовой задержки сигнала, например, фазовращателем в тракте сигнала разностной частоты. При этом Ug О, поскольку

где % Ир Чс.- - значение дополнительной задержки. Для исключения из результата измерения начального фазового угла Цр на постоянной частоте иир с цепью определения фазового набега контролируемого четырехполюсника в рабочем диапазоне частот от значения перемен ной частоты и)с..ДО uJCfl включенном в измерительный тракт контролируемом четырехполюснике вводят дополнительную фазовую задержку сигнала ,например другим фазовращателем, добиваясь, чтобы Ug О на начальной частоте рабочего диапазона Uj , 9+ Ч-О , Joa %-t4b V o)-s4 .q, При переходе в ближайгаей точке рабочего диапазона частот 1)индекс фазовой модуляции получает приращение дЧс , равное фазовому набегу, контролируемого четырехполюсника на участке рабочего диапазона от частоты из до UJjj, u4 iVp 4t -iVo+6 ., которое является измеряемой величиной по предлагаемому способу. .Выходное напряжение фазового детектора равно uH-tS qjna nftt (9) Нз (9) видно, что амплитуда напряжения частоты коммутации пропорциональна измеряемому значения фазового набега контролируемого .четырехпо.люсника и может быть измерена известными средствами. Устройство для осуществления способа работает следующим образом. Сигналы первого 1 и второго 2 генераторов радиочастот, смешивают смесителем 3 и с помощью фильтра 4 верхних частот и фильтра 5 нижних частот выделяют соответственно сигналы суммарной и разностной частот. Частоты генераторов 1 и 2 регулируют так, чтобы их разностная частота оставалась постоянной, а суммарная изменялась в рабочем диапазоне коьтролируемого четырехполюсника. Фазу сигнала разностной частоты раздельно р€ гулируют первым 6 и вторым 7 фа зовращателями. Оба сигнала подают йа соответствующие входы автоматическо переключателя 8, частота переключени которого задается низкочастотный управляющим генератором 9. К выходу переключателя 8 подключен контролируемый четырехполюсник 10, который шунтирован ключом. 11. Выход контро.тш руемого четырехполюсника соединен со вторым смесителем 12, на второй вход которого подается выходной сигнал генератора 1 радиочастоты. Первы избирательный усилитель 13, настроен ный на частоту., сигнала генератора 2 из ряда комбинационных частот выход ного сигнала смесителя 12 выделяет и усиливает соответствующий сигнал частоты генератора 2, разность фазы которого по отношению к сигналу, генератора 2 после ограничения амплитудным ограничителем 14 измеряется фазовым детектором 15. Информация о фазовом набеге контролируемого четырехполюсника 10 в диапазоне радиочастот содержится в разности выходных сигналов фазового детектора 15 в соседние полупериоды коммутации выходного сигнала четырехполюсника, т.е. в величине огибакнцеЙ пакетов выходных сигналов фагового детектор.а 15. Дпя зтого служат второ избирательный усилитель 16, настроен ный на частоту генератора 9, и фазочувствительный выпрямитель 17,выходной сигнал которого, пропорциональный величине фазового набега кон ролируемого четырехполюсника 10,фик сируется индикатором 18. Установка нуля производится в замкнутом состоянии ключа 11 с помощью фазовращателя б по нулевому показанию индикатора 18. Компенсация фазового угла в начале диапазона осуществляется фазовращателем 7. Таким образом, повьшение точности измерений фазового набега четырехполюсников в диапазоне радиочастот, имеющих больщое ослабление, достигается благодаря уменьшению динамического диапазона входных сигналов преобразователя частоты, возможности усиления выходного сигнала контролируемого четырехполюсника и выбо ра уровня ограниче1шя фазового де8тектора , обеспечивающего его иеизмеи ную амгшитуду. Динамический диапазон входных сигналов фазового детектора определяется только неравномерностью амплитудночастотной характеристики контролируемого четырехполюсника, а не его начальным ослаблением. При измерениях фазового набега ослабителей, имеющих ослабление до 90 дБ, достигается ,точность измерений ± О,1%. Формула изобретения I. Способ измерения фазового набега четырехполюсников, заключающийся в воздействии на контролируемый четырехполюсник испытательными сигналами двух разных частот, переносе ослабленных сигналов на одну частоту с использованием вспомогательного сигнала, сравнении фаз с опорным сигналом и определении фазового набега по разности результатов сравнения, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности, частоты испытательных сигналов выбирают равными соответственно разности и сумме частот двух сигналов, вКачестве одного из которых используют вспомогательный сигнал, в качестве, другого - опорный сигнал, а начальную фазу испытательного сигнала разностной частоты в начале рабочего диапазона компенсируют. 2. Устройство дня осуществления способа по п., содержащее первый и второй смесители, автоматический переключатель, низкочастотный.управлякиций генератор, соединенный с управляюищм входом автоматического переключателя, фазовый детектор, амплитудный ограничитель, индикатор, первый и второй генераторы радиочастот и крнтрозшруемый четырехполюсник, о т .л и ч а щ е е с я тем, что оно снабжено фильтром верхних и нижних частот, первым и вторым фазовращателями, первым и вторым избирательными усюштелями и фазочувствительным выпрямителем, причем один из входов первого и второго смесителей соединен с .выходом первого генератрра, выход второго генератора соединен с одним из входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого присоединен 9 через последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входо автоматического переключателя и через фильтр верхних частот к другому его входу, а выход через контролиру емый четырехполюсник, зашунтированный ключом, присоединен ко второму входу второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный усилитель и ограничитель, подсоединен ко второму входу- фазового детектора, выход которого через второй избирательный усилитель соединен.с .одним из входов фазочувствительиого вьтрямителя, второй вход которого присоединен к выходу низкочастотного управляемого генератора, а выход - ко входу индикатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Скрипник Ю.А. Модуляционные измерения параметров сигналов и цепей. М., Советское радио, 1975, с.278-280. 2.СОЛОВОЕ В.Я. Фазовые измерения. М., Энергия, 1973, с. 18-23.