Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик четырехполюсников Советский патент 1982 года по МПК G01R27/28 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОАМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения забисимости фазового сдвига на выходе исследуемого четырехполюсника от изменения амплитуды гармонического сигнала на его входе. Известен измеритель фазоамплитудных характеристик, содержащий двухканальный преобразователь частоты, с автоматической подстройкой частоты низкочастотные усилители и индикаторы 1 . Недостатком этого устройства является ограниченный диапазон и низка точность измерения 5 град, в динамическом диапазоне 50...60 дБ. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения фазоамплитудных характеристик четырехполюсников, содержащее генератор тактовых импульсов, индикатор, формирователь ис пытательного сигнала, двухканальный измерительный преобразователь, низкочастотный фазометр и схему управления фазоизмерительным устройством 2j. Недостатком этого устройства является низкая точность измерений в широком динамическом и частотном диапазонах, обусловленная наличием зависимости фазовых сдвигов от амплитуды входных сигналов во входных каскадах и смесителях, возрастаюцих с ростом частоты испытательного си(- нала. Цель изобретения - повышение точности измерений в широкс)м динамическом и частотном диапазонах входных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, индикатор, формирователь испытательного сигнала, соединеннь й выходом с одним из входных зажимов устройства, второй входной зажим которого подключен к 39 одному из входов двухканального из мерительного преобразователя, а третий входной зажим устройства подключен к второму входу двухканальног измерительного преобразователя, вы ходом соединенного с одним из входов низкочастотного фазометра, управляющий вход которого соединен с одним из выходов блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу формирователя испытательного сигнала, а третий его выход под ключен к одному из входов индикатора введены управляемьт фазовращатель, блок управления фазовращателем, запоминающий блок, элемент сравнения, переключатель, двухканальный пороговый элемент и элемент И, при этом элемент И выходом соединен с входом форм1 рователя испытательного сигнала а одним из входов - с выходом генера тора тактовых импульсов, а второй . вход элемента И подключен к одному из выходов блока управления фазовращателем, второй выход которого соеди нен с управляющим входом управляемого фазовращателя, входом соединенного с вторым выходом двухканального измерительного преобразователя, а выходом - с вторым входом низкочастотного фазометра, выход которого че ge3 первый вывод переключателя соединен с входом запоминакнцего блока, а через второй вывод переключателя с одним из входов элемента сра&нения второй вход которого подключен к выходу запоминающего блока и второму входу индикатора, а ёыход элемента сравнения соединен с первым входом блока управления фазовращателем, третий выход которого подключен к управляющему входу переключателя, а второй вход блока управления фазовра щателем соединен с четвертым выходом блока управления и с одним из входов двухканального порогового элемента, второй вход которого соединен с вторым входным зажимом устройства, третий входной зажим которого подключен к третьему входу упомянутого порогового элемента, первый выход которого подключен к третьему входу блока управления фазовращателем, а второй его выход соединен с третьим входом двухканального измерительного преобразователяги с четвертым входом блок управления фазовращателем. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов, элемент И 2 совпадений, формирователь 3 испытательного сигнала, исследуемые четырехполюсники t и 5 двухканальный измерительный преобразователь 6, низкочастотный фазометр 7, электрически управляемый фазовращатель 8, переключатель 9 элемент 10 сравнения, блок 11, блок 12 управления фазовращателем, индикатор 13, двухканальный пороговый элемент И, блок 15 управления и входные зажимы 16-18. Формирователь 3 испытательного сигнала содержит задающий генератор, устройство смещения частоты, двоичный счетчик и модулирующее устройство и служит для получения сигнала в виде амплитудно-модулированного гармонического колебания, поступающего на исследуемый четырехполюсник.Одновременно он формирует сигнал, являющийся гетеродинным для смесителей двухканального измерительного преобразователя. Двухканальный измерительный преобразователь 6 содержит входные каскады, смесители и осуществляет перенос измеряемой разности фаз на фиксированную частоту, а также компрессию амплитуды входного сигнала. С целью одновременного измерения и наблюдения фазоамплитудных характеристик (ФАХ) индикатор 13 удобно выполнять в виде электроннолучевой трубки (ЭЛТ). В этом случае блок 15 управления выполняет развертку луча ЭЛТ, задает время измерения, бремя обратного хода луча,во время обратного хода луча формирует на экране ЭЛТ нулевую линию и т.д. Пороговый элемент lA срабатывает при достижении сигналом на любом из входов заданного уровня. При измерениях ФАХ в динамическом диапазоне более 100 дБ таких уровней может оказаться несколько. Входные каскады двухканального измерительного преобразователя 6 имеют два режима работы. При малых амплитудах входного сигнала, лежащих на уровне собственных шумов смесителей, входные каскады работают в ре)4(име усиления, а после срабатывания порогового элемента Н переходят в режим ослабления входного сигнала. Уровни срабатывания порогового элемента и значение ослабления коэффициента передачи входных каскадов выбираются из условий, чтобы амплитуда сигнала на входе смесителей измерительного преобразователя в процессе измерения ФАХ все время,находилась в диапа зоне, в котором амплитудно-зависимые фазовые сдвиги, вносимые смесителями отсутствуют. Устройство работает следущим образом. Импульсы тактового генератора 1, поступая на вход двоичиосо счетчика, управляющего работой модулирующего каскада формирователя 3 испытательного сигнала, дискретно изменяют его коэффициент передачи. В результате на вход исследуемого четырехполюсника и 5 подается испытательный сигнал со ступенчатым изменением амплитуды. Изменение фазы исследуемого четырехполюсника от амплитуды на его входе переносится двухканальным измерительным преобразователем 6 на фиксированную частоту низкочастотно го фазометра 7, который, в свою очередь, преобразует изменение фазы в удобную для индикации величину, в данном случае в напряжение. На экране ЭЛТ индицируется измеряемая фазоамплитудная характеристика в виде последовательности дискретных точек. Пусть первоначально амплитуда сигнала на входе исследуемого четырехполюсника соответствует минимальному значению его динамического .диапазона. После начала измерения ФАХ процесс нарастания амплитуды испытательного сигнала на входе четырехполюсника продолжается до тех пор пока не достигает порогового значени При достижении амплитуды входного сигнала порогового значения на первом выходе двухканального порогового элемента 1 возникает управляющее на пряжение, подающее команду на ерабатывание блока управления фазовраща телем 12 таким образом, что на ее втором выходе сигнал, поступающий на управляющий вход элемента И 2 совпадения, становится равным нулю. Генератор 1 тактовых импульсов отключается от входа формирователя 3 испыта тельного сигнала, и на входе исследу емого четырехполюсника фиксируется значение амплитуды испытательного сигнала, при котором достигается порог срабатывания, а измеренное значе ние фазы для данной амплитуды записывается в запоминающем блоке 11. 3« По истечении времени записи с четвертого выхода блока 15 управления йа пороговый элемент Ц и блок 12 управления фазовращателем подается синхронизирующий сигнгл, по получению которого прежде всего срабатывает двухканальный пороговый элемент Н. В этот момент на его втором выходе появляется управляющее напряжение, которое переводит входные каскады в режим ослабления и подает команду для срабатывания блока 12 управления фазовращателем таким образом, что выход низкочастотного фазометра 7 подсоединяется с помов1ью переключателя 9 ко входу элеиента 10 сравнения и одновременно нaчи :aeтcя перестройка электрически управляемого фазовращателя 8. Этот процесс продолжается до тех пор, пока измеряемое значение фазы яе становится равным значению, записанному в запоминающем блоке 11. При равенстве фаз с выхода элемента 10 сравнения на блок 12 управления фазовращателем подается управляющее напряжение, к.оторое прекращает процесс перестройки электрически управляемого фазовращателя 8; переключатель 9 возвращается в свое первоначальное положение и на управляющий вход элемента И 2 совпадения начинает поступать сигнал,разрешающий прохождение тактовых импульсов на вход формирователя испытательного сигнала 3. Процесс измерения ФАХ продолжается. После окончания всего цикла измерения ФАХ входные каскады и фазовращатель возвращаются в первоначальное положение. 8 устройстве в момент, когда амплитуда сигнала на входе смесителя достигает значения, при котором могут возникнуть амплитудно-фазовые сдвиги, происходит остановка процесса измерения ФАХ, изменение коэффициента передачи входных каскадов измерительного преобразователя на величину, гарантирующую при дальнейшем продолжении измерения ФАХ отсутствие амплитудно-зависимых фазовых сдвигов смесителей, возникающее при этом за счет изменения коэффициента ередачи входных каскадов приращение азы отрабатывается электрически управляемым фазовращателем. Поскольку точность отработки в основном опрееляется разрешающей способностью изкочастотного фазометра и элемента . равнения, то погрешность измерений . уменьшается до десятых долей градуса в динамическом диапазоне больше 100 дБ и в широком частотном диапазоне, что дает выигрыш по точности измерений на порядок. Формула изобретения Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик четырехпо/Лосников, содержащее генератор тактовых импульсов, индикатор, формирователь испытательного сигнала, выход которого соединен с одним из входных зажимов устройства, второй входной зажим которого подключен к одному из входов двухканального измерительного преобразователя,а третий входной заж устройства подключен к второму входу двухканального измерительного преобразователя, выходом соединенного с одним из входов низкочастотного фазо метра, управляющий вход которого сое динен с одним из выходов блока управ ления, второй выход которого подключен к управляющему входу формирователя испытательного сигнала, а тре тий его выход подключен к одному из входов индикатора, отличающе еся тем, что, с целью повышения точности измерений в широком динамическом и частотном диапазонах, в нег введены управляемый фазовращатель, блок управления фазовращателем, запоминающий блок, элемент сравнения, переключатель, двухканаяьный пороговый элемент и элемент И, при этом элемент И выходом соединен с входом формирователя испытательного сигнала а одним из входов - с выходом генера тора тактовых импульсов, а второй вход элемента И подключен к одному из выходов блока управления фазовращателем, второй выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, вход которого соединен с вторым выходом двухканального измерительного преобразователя, а выходом - с вторым входом низкочастотного фазометра, выход которого через первый вывод переключателя соединен с входом запоминающего блока, а через второй вывод переключателя с одним из входов элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу запоминающего блока и второму входу индикатора, а выход элемента сравнения соединен с первым входом блока управления фазовращателем,третий выход которого подключен к управляющему входу переключателя, а второй вход блока управления фазовращателем соединен с четвертым выходом блока управления и с одним из входов двухканального порогового элемента , второй вход которого соединен с вторым входным зажимом устройства, третий входной зажим которого подключен к третьему входу упомянутого порогового элемента, первый выход которого подключен к третьему входу блока управления фазовращателем,а второй его выход соединен с третьим входом двухканального измерительного преобразователя и с четвертым входом блока управления фазовращателем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Справочник по радиоизмерительным приборам. Под ред. B.C. Насонова, Т.1. М., Сое.радио, 1977. 2.Труды IV Всесоюзной конференции по радиоизмерениям. Каунас, 1971, май, т. Ill, с. 6S-68 (прототип).