(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНИЙ СВЯЗИ
Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использован для измерения нелинейности фазочастотных характеристик четырехполюсников, в том числе линий связи. Известно устройство для измерения фазочастотных характеристик четырехполюсников , содержащее генератор измерительных частот, генератор управляемых частот, смесители, измеряемый четырехполюсник, амплитудный ограничитель, фазовый дискриминатор, первый и второй однополосные, модуляторы, блок фазовой автоподстройки частоты, амплитудный детектор, ампли тудный модулятор 11. Недостатком указанного устройства является сложность, низкая точность, необходимость использования вспомогательных линий при измерении фазочастотных характеристик линий связи. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, служащее для реализации способа осциллографического измерения фазочастотных характеристик, принцип действия которого основан на том, что испытательный сигнал качающейся чистоты, снимаемый с выхода исследуемого четырехполюсника, преобразуют с помощью высокочастотного генератора качающейся частоты в сигнал фи1 сированной частоты, модулированный по фазе в соответствии с измеряемой фазочастотной характеристикой. Устройство содержит генераторы фиксированной, качающейся частоты и генератор развертки, фильтр низких частот, исследуемый четырехполюсник/ смесители, резонансный фильтр, ограничитель, фазовый дискриминатор, осциллограф и сумматор, причем выход генератора фиксиройанной частоты и выход генератора качающейся частоты соединены с двумя входами смесителя, а входом генератора качающейся частоты соединён один из выходов генератора развертки, выход смесителя соединен через фильтр нижних частот с входом исследуемого четырехполюсника , выход которого соединен с одним из входов смесителя, другой вход которого соединен с выходом генератора качающейся частоты, а выход смесителя через резонансный фильтр и ограничитель соединен с одним из входов фазового дискриминатора, другой вход которого соединен с выходом генератора фиксированной частоты, выход фазового дискриминатора соединен с одним из входов сумматора, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора развертки, другой вход которого соединен с цепью горизонтального отклонения осциллографа, а цепь вертикального отклонения осциллографа с помощью переключателя может быть соединена с выходом фазового дискриминатора, или с выходом сумматора 2.
Недостатком известного устройства является низкая точность, невозможность непосредственного получения параметров нелинейности фазочастотных характеристик, а также то, что для измерения фазочастотных характеристик протяженных четырехполюсников необходимо располагать вспомогательными линиями связи для передачи опорных сигналов, что кроме дальнейшего снижения точности приводит к дополнительным капитальным затратам. Цель изобретения - повышение точности и автоматизация процесса измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения нелинейности фазочастотных характеристик линий связи, содержащее генератор качающейся частоты, генератор фиксированной частоты, генератор линейно изменяющегося напряжения, два смесителя, узкополосный фильтр,, фильтр нижних частот, ограничитель, осциллограф, введены два делителя частоты, селектор, смеситель,линия задержки, детектор огибающей, формирователь импульсов, генератор линейно изменяющегося напряжения, фильтр измеритель, причем генератор фиксированной частоты вьГходом соединен с входом одного из делителей частоты и одним из входов сумматора, выход делителя частоты соединен с входом одного из генераторов линейно изменяющегося напряжения, один из
Jвыxoдoв которого соединен с входом генератора перестраиваемой частоты, выход которого соединен с одним из входов селектора, второй вход которого соединен с вторым выходом первого генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход - с вторым вхдом сумматора, выход которого соединен со входом линии связи, выход которой соединен с входом узкополосного фильтра и одним из входов первого смесителя, выход узкополосного фильтра соединен с вторым входом смесителя и через второй делитель частоты с одним из входов второго смесителя, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход первого смесителя соединен со входом фильтра, выход которого соединен с входом линии задержки, одним из входов третьего смесителя и входом детектор огибающей,выход линии задержки соединен с вторым входом третьего смесителя, выход которого через усилитель-ограничитель соединен с вторым входом второго смесителя, а выход детектора огибающей через формирователь импульсов соединен с входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выкод которого соединен с одним из входов осцилло - рафа и одним из входов измерителя, вторые входы которых объединены и соединены с выходом фильтра нижних частот, а выход измерителя соединен с третьим входом осциллографа. При этом для уменьшения погреш.ностей измерений, связанных с различным смещением частот опорного и измерительного сигнала в диапазоне рабочих частот, возникающих в основной и вспомогательных линиях, для устранения влияния шумов и затуханий во вспомогательных линиях для уменьшения капитальных затрат на проведение измерений в предлагаемом устройстве измерения производится без примнения вспомогательных линий.
В устройстве из испытательного сигнала на выходе линии с помощью двух фильтров - резонансного и работающего по принципу гетеродинировани выделяется сигнал фиксированной частоты и радиоимпульс с перестраиваемой частотой заполнения, несущий информацию о поведении фазочастотной характеристики линии связи, который с помощью линии задержки, двух смесителей, делителя фиксированной частоты, усилителя-ограничителя пре образуется в сигнал, изменяющаяся частота которого пропорциональна величине нелинейности фазочастотной характеристики линии связи. Из этого сигнала с помощью фильтра нижних частот выделяется напряжение, пропор циональное нелинейности фазочастотной характеристики линии, возникающей в диапазоне частот перестройки, равном диапазону рабочих частот линии связи. Одновременно из радиоимпульсов с помощью детектора огибающей и формирователя импульсов образуются импульсы запуска генератора линейно изменяющегося напряжения. Напряжение с этого генератора подает ся 1на вход осциллографа в качестве напряжения развертки и на вход измерителя для управления его работой. На вторые входы осциллографа и из|Мерителя подается напряжение с выхода фильтра нижних частот, величина и форма которого определяются характеристикой нелинейности. В результате этого на экране осциллографа можно наблюдать форму нелинейности фазо частотной характеристики, а по индикатору измерителя можно определить величину нелинейности в любой точке частотного диапазона работы линии. При этом с выхода измерителя на вход осциллографа подается импуль создающий яркостную метку на кривой нелинейности. На фиг.1 приведена структурная сх ма устройства на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип его работы. Устройство содержит генератор 1 фиксированной частоты, выходом соединенный с входом делителя 2 частоты и одним из входов сумматора 3, выход делителя 2 частоты соединен с входом генератора 4 линейно изме-, няющегося напряжения, один из выходов которого соединен с входом генератора 5 перестраиваемой частоты, выход которого соединен с одним из входов селектора 6, второй вход кото рого соединен с вторым выходом генератора t линейно изменяющегося напряжения, а выход - с вторым входом сумматора 3, выход сумматора 3 соединен со входом исследуемой линии 7 связи, выход которого соединен со входом узкополосного фильтра 8 и одним из входов смесителя 9, выход узкополосного фильтра 8 соединен с вто 2 рым входом смесителя 9 и через делитель 10 частоты с одним из входов смесителя 11, выход которого соединен с входом фильтра 12 нижних частот выход смесителя 9 соединен с входом фильтра 13, выход которого соединен с входом линии 1 задержки, одним из входов смесителя 15 и входом детектора 16 огибающей, выход линии 1 задержки соединен с вторым входом смесителя 15, выход которого через усилитель-ограничитель 17, соединен с вторым входом смесителя 11, а выход детектора 1б огибающей через формирователь 18 импульсов соединен с входом генера.тора 19 линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с одним из входов осциллографа 20и одним из входов измерителя 21, вторые входы которых, соединенные вместе, соединены с выходом фильтра 12 нижних частот, а выход измерителя 21соединен с третьим входом осциллографа 20. Устройство работает следующим образом. С выхода генератора 1 фиксированной частоты, напряжение Сфиг.2а) поступает на делитель 2 частоты, который на своем выходе образует напряжение прямоугольной формы (фиг.26), передним и задним фронтами которого запускается генератор t линейно изменяющегося напряжения. Частота запуска генератора определяется коэффициентом деления делителя 2. Одновременно, напряжение фиксированной частоты поступает на один из входов сумматора 3 В качестве генератора линейно изменяющегося напряжения целесообразно использовать фантастронный или другой тип генератора с малым коэффициентом нелинейности, работающим в ждущем , С одного из выходов генератора снимается линейно изменяющееся напряжение (фиг.2в), а с другого выхода - напряжение прямоугольной формы, соответствующее началу и концу рабочего хода пилы (фиго2г). Линейно изменяющееся .напряжение (фиг.2в) поступает на управляющий вход генератора 5 перестраиваемой частоты, обеспечивая модуляцию его частоты по линейному закону. Напряжение прямоугольной формы, снимаемое с соответствующего выхода генератора , поступает на один из входов селектора 6 открывая его на время, соответствующее прямому ходу пилы генератора А. На второй вход селектора 6 в это же время поступает частотно-модулированное напряжение с выхода генератора 5 перестраиваемой частоты, имеющего девиацию, равную полосе рабочих частот линии 7 связи. В результате этого на выходе селектора 6 образуется частотномодулированное напряжение только во время рабочего хода (время перестройки) генератора k (фиг.2д). Это частотно-модулированное радиоимпульсное напряжение поступает на один из входов сумматорй 3, а на второй его вход непрерывно поступает напряжение с выхода генератора 1 фиксированной частоты. В результате на выходе сумматора образуется испытательный сигнал . (фиг.2а) , представляющий собой сумму двух колебаний - сигнала фиксированной частоты ff) и сигнала частотно-модулированных колебаний f(t)fj5-vkot, причем начальная частота колебаний f(t) выбирается равной частоте генератора 1 фиксированной частоты Испытательный сигнал поступает в линию 7 связи, где каждая из составляющих модулируется по амплитуде и фазе в соответствии с амплитудно-частотной, а такн(е фазочастотной 4{fo) и-V f(t) характеристиками линии. С выхода исследуе мой линии 7 испытательный сигнал поступает на вход узкополосного филь ра 8, настроенного на частоту f ге нератора 1 и на один из входов смесителя 9. На второй вход смесителя 9 подается напряжение сигнала, выделен ного узкополосным фильтром 8. Напряжение сигнала с выхода узкополосного фильтра 8 поступает также на вход де лителя 10 частоты, выполненного как и делитель 2 в виде счетчикового делителя. Напряжение с выхода делителя 10 частоты подается на один из входов смесителя 11. На выходе смесителя 9 образуются колебания комбинационных частот с подавленной частотой f,3 из которых с помощью фильтра 13 выде ляются составляющая частотно-модулированного сигнала (ЧМ) f (tj-+4 f (t (фиг.28), образованная при взаимодействии полного испытательного сигнала, прошедшего через линию 7 Ifo(b) 4f(t) + M(f(t)) ,и сигнала 2 (fo) выделенного узкополосным фильтром 8. На один из ВХОДОВсмесителя 15 эта составляющая подается непосредственно, а на второй его вход подается задержанная в линии задержки на время t копия этой составляющей. Смесители устройства целесообразно выполнить по кольцевой схеме с использованием диодов, что позволит свести к минимуму содержание комбинационных продуктов преобразования и упростить фильтрацию. Если на выходе линии 7 связи закон изменения частоты в течение времени перестройки частоты соответствует линейному закону с постоянной скоростью Р)О , т.е. f (t)f , и время задержки сигнала С в линии задержки Н мало по сравнению с длительностью процесса перестройкиТ, т.е. J(, то значение разностной частоты, получаемое на выходе смесителя 15 (t)-f(t-T) будет постоянным и равным fpb pij.|t (фиг.2и). Значение разностной частоты представляет собой текущую оценку скорос%/r Uj ч i / I ИО ти частотной модуляции ) т.е. значение производной постоянно при линейной Частотной модуляции измерительного сигнала на выходе линии 7 связи. Так как изменение фазы колебаний в линии 7 связи во время перестройки частоты генератора 5 по закону Ф(t) приводит к изменению мгновенной частоты по закону производной oT(t), то при наличии в линии связи нелинейности фазочастотной характеристики на ее выходе появляется сигнал ошибки с частотой i2c(t) , соответствующей фазовой модуляции измерительного сигнала. В этом случае на выходе смесителя 15 в сигнале разностной частоты, кроме сигнала с постоянной частотой Й0Т , образуется сигнал с частотой, пропорциональной скорости отклонения частотно-модулированного сигнала в линии 7 связи от линейного закона, т.е. производной от частоты ошибки: (t). Этот сигнал с выхода смесителя 15, изменяющаяся частота которого пропорциональна нелинейности фазочастотной характеристики линии 7 связи, ограничивается, .поступая на усилительограничитель 17, чем устраняется его амплитудная модуляция. Полученный на выходе усилителяограничителя 17 сигнал постоянной ам литуды с частотой fp (фиг.2г) по тупает на один из входов смесителя 11. На второй вход смесителя 11 пос тупает сигнал с частотой. Ibgi:, полученной на выходе счетчикового дел теля 10 частоты, при делении частот f, образованной на выходе фильтра В результате этого, на выходе см сителя 11 выделяется сигнал перемен ной частоты f(t)(t)-t, который подается на фильтр Г2 нижних частот Значение частоты f пропорционально величине нелинейности фазочастотной характеристики линии 7 связи. Так как изменение мгновенной час тоты на выходе линиа 7 связи по закону flc(t) связано с изменением фаз по закону интеграла от Qg (t) то на выходе этого фильтра образуется напряжение, соответствующее нелиней ности фазочастотной характеристики линии связи, U6b,x(t)-(t) , $ltU f ,c,(t).Qg(t) 2 ЗТ . OQ.,(t)-r-5(t). Причем закон изме нения этого напряжения соответствует закону нелинейности фгх линии 7 связи. Одновременно радиоимпульсы с частотно-модулированным заполнением выделенные фильтром 13, подаются на детектор 16 огибающей, где выделяют ся однополярные видеоимпульсы, длительность которых соответствует дли тельности ЧМ сигнала на выходе линии 7 связи. Эти видеоимпульсы с выхода детектора 1 6 подаются на вход формирователя 18 импульсов на выходе которого образуются прямоугольные иМпульсы, временное положение которых соответствует временному положению . радиоимпульсов на выходе линии 7 связи о Сформированные импульсы подаются на вход генератора 19 линейноизменяющегося напряжения, в качестве импульсов для фиксации временного положения начала и конца рабочего хода линейно изменяющегося напряжения на выходе этого генератора. Длительность линейно изменяющегося напряжения, в этом случае, равна длительности Т процесса перестройки генератора 5. Линейно изменяющееся напряжение с выхода генератора 210 19 подается в цепь горизонтального отклонения осциллографа 20. В цепь вертикального отклонения осциллографа одновременно подается напряжение Uau (t) с выхода фильтра 12 нижних частот. Таким образом, осуществляя синхронную развертку частоты f(t) генератора 5 и горизонтальную развертку осциллографа 20, на экране последнеГО получают характеристику нелинейности фазочастотной характеристики линии 7 связи. Величина вертикального отклонения луча на экране осциллографа соответствует величине возникающей в линии 7 связи нелинейности, а ее положение на оси горизонтального отклонения указывает на значение частоты, при которой происходит это отклонение. Кроме того, напряжение с фильтра 12 нижних частот подается на один из входов измерителя 21, на второй вход которого подается напряжение с генератора 19 линейно изменяющегося напряжения. С выхода измерителя 21 на вход осциллографа 20 подается импульс засветки луча в любой выбранной точке на характеристике нелинейности, просматриваемой на экране осциллографа. Одновременно в индикаторе измерителя 21 фиксируется численное значение величины нелинейности в выбранной точке характеристики. Применение предлагаемого устройства позволяет получить наглядную информацию в виде характеристики нелинейности линии связи непосредственно на экране осциллографа и ее численное значение без обработки промежуточных результатов, уменьшить, погрешность измерений в 2-2,5 раза при экономическом эффекте, зависящем от протяженности линии связи. Формула изобретения Устройство для измерения нелиней ности фазочастотных характеристик линий связи, содержащее генератор фиксированной и генератор качающейся частоты, генератор линейно изменяющегося напряжения, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, два смесителя, ограничитель, осциллограф, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и
автоматизации процесса измерений, в него дополнительно введены два делителя частоты, селектор, смеситель, лния задержки, детектор огибающей, формирователь импульсов, генератор .линейно изменяющегося напряжения, фильтр, измеритель, причем генератор фиксированной частоты выходом соединен с входом одного из делителей частот и одним из входов сумматора, выход делителя частоты соединен с входом одного из генераторов линейно изменяющегося напряжения, один из выходов которого соединен с входом генератора перестраиваемой частоты, выход которого соединен с одним из входом селектора, второй вход которого соединен с вторым выходом первого генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход - с вторым входом сумматора, выход которого «соединен с входом линии связи, выход которой соединен с входом узкополосного фильра и одним из входов первого смесителя, выход узкополосного фильтра соединен с вторым входом смесителя и через второй делитель частоты с одним из входов второго смесителя.
. 1
выход которого соединен с входом фильтра ни«них частот, выход первого смесителя соединен с входом фильтра, выход которого соединен с входом линии задержки, одним из входов третьего смесителя и входом детектора огибающей, выход линии задержки соединен с вторым входом третьего смесителя, выход которого через усилитель-ограничитель соединен с вторым входом второго смесителя, а выход детектора огибающей через формирователь импульсов соединен с входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с одним из входов осциллографа и одним из входов измерителя, вторые входы которых объединены и соединены с выходом фильтра нижних частот, а выход измерителя соединен с третьим входом осциллографа.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
в
Фuz.г
