Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик четырехполюсников Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения зависимости фазового сдвига на выходе исследуемого четырехполюсника от изменения амплитуды гармонического сигнала на его входе.

Известно устройство, содержащее в своем составе источник испытательного сигнала, соединенный со входом испытуемого четырехполюсника и фазометра, соединенный с его выходом Cl.

К недостаткам известного устройства следует отнести низкую точность измерения-в широком частотном и динамическом диапазонах входных испытательных сигналов.

Наиболее, близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения фазоамплитудных характеристик четырехполюсников. Известное устройство содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, формирователь испытательного сигнала, двухканальный измерительный преобразователь, низкочастотный фазометр и индикатор, а также схему управления фазоизмерительным устройством.

С его помо1 фью возможно измерение характеристик в динамическом диапазоне до 75 дБ с фазоамплитудной погрешностью ±1,5° , но в частотном диапазоне лишь до 40 МГц, причем при измерении в более широком динамическом и частотном диапазоне погрешность измерения возрастает до нескольких единиц градусов 2.

10

Недостатком такого устройства для измерения фазоамплитудных характеристик четырехполюсников является низкая точность измерения в широком ди15намическом и частотном диапазонах. Низкая точность измерения обусловлена тем обстоятельством, что известные двухканальные преобразователи, с помов1ью которых осуществляется ста20билизация амплитуды испытательного сигнала и перенос измеряемой разности фаз на фиксированную частоту, на которой работает низкочастотный фазометр, вносят сумественные амплитуд25нозависимые фазовые сдвиш, возрастающие с ростом .частоты испытательного сигнала. Амплитудно-занимаемые фазовые сдвиги в измерительных преобразователях вносятся входными устрой30 .ствами и смесителями. С целью устранения влияния смесителей на точность измерения в двухканальные преобразователи вводят входные устройства, позволяющие сжать динамический диапазон испытательного сигнала до уровня, при котором амплитуднозависимые фазовые гдвиги смесителей достаточно малы. Так, в известном устройстве эту задачу выполняют усилители с АРУ. Од- нако известные компрессоры амплитуды в том числе и усилители с АРУ, в. про цессе стабилизации амплитуды сами вносят существенные фазовые сдвиги, значительно возрастающие с расширением частотного диапазона. Цель изобретения - расширение динамического и частотного диапазонов Поставленная цель достигается тем что в известное устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, ин дикатор, формирователь испытательног сигнала, двухканальный измерительный преобразователь, у которого выходы соединены со входами низкочастотного фазометра, один из входов соединен с одним из выходов формирователя испытательного сигнала непосредственно а два других соединены со вторым выходом формирователя испытательного сигнала через исследуемые четырехполюсники, а также блок управления, соединенный тремя выходами соответственно с управляющим входом формирователя испытательного сигнала, низ кочастотного фазометра и индикатора соединенного с выходом низкочастотного фазометра, введены два запомина ющих блока, блок вычитания, порого вый блок, два управляющих ключа и элемент совпадения, причем генератор тактовых импульсов соединен со входом формирователя испытательного сиг нала через элемент совпадения, вход которого соединен также с одним из входов блока управления, входы порогового блока соеденеиы с выходами двух канального измерительного преобразователя, а три выхода порогового блок соединены соответственно со вторьм входом элемента совпадения, с управляювдим входом двухканального измерительного преобразователя и .с другим входом блока управления, выход низко частотного фазометра через один из управляемых ключей и запоминающий блок соединен с одним из входов блок вычитания и одновременно через второ управляемый ключ.соединен с другим входом блока вычитания, выход которо го, в свою очередь, через второй запоминающий блок соединен со входом ввода коррекции низкочастотного фазометра, управляемые входы первого и второго ключа соединены, соответственно, с четвертым и пятым выходами блока управления, а управляющие входы вышеназванных запоминающих блоков соединены с шестыми и седьмыми выходами того же блока управления. На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства. Устройство Для измерения фазоамплитудных характеристик четырехполюсников содержит последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов, элемент 2 совпадения, формирователь 3 испытательного сигнала, исслддуемые четырехполюсники 4 и 5, двухканальный измерительный преобразователь 6, низкочастотный фазометр 7, индикатор 8, Выход низкочастотного фазометра 7 через управляемый ключ 9 и запомина10 чий блок 10 подключен к одному из входов блока 11 вычитания и одновременно через второй управляемый ключ 12 подключен к другому входу блока 11 вычитания, выход которого через второй запоминающий блок 13 подключен ко входу ввода коррекции низкочастотного фазометра 7. Входы порогового блока 14 соединены с выходами двухканального измерительного преобразователя б, а вуходы порогового блока подключены ко второму входу элемента 2 совпадения, к управляющему входу двухканального измерительного преобразователя 6 и ко входу блока 15 управления, к другому входу которой подключен выход элемента 2 совпадения. Выходы блока 15 управления подключены: первый - к формирователю 3 испытательного сигнала, второй - к низкочастотному фазометру 7, третий - к индикатору 8, четвертый и пятый - к управляющим входам ключей 9, шестой и седьмой - к управляющим входам запоминающих блоков 10 и 13. Формирователь 3 испытательного сигнала содержит задающий генератор, блок смещения частоты, двоичный счетчик и модулирующий блок и служит для получения сигнала в виде амплитудномодулированного гармонического колебания, поступающего на исследуемый четырехполюсник. Одновременно с его помощью формируют сигнал, являющийся гетеродинным для смесителей двухканального измерительного преобразователя . Двухканальный измерительный преобразователь б содержит входные блоки, смесители и осуществляют перенос измеряемой разности фаз на фиксированную частоту, а также компрессию ам.плитуды входного сигнала. При использовании электронно-лучевой трубки для одновременного измерения и наблюдения ФАХ блок 15 управления фазоизмерительным устройством осуществляет развертку луча ЭЛТ, заает время измерения, время обратного хода луча; во время обратного хоа луча формирует на экране ЭЛТ нулевую линию и т.д. Пороговый блок 14 срабатывает при достижении сигналом на любом из входов заданного уровня. При измерении ФАХ в динамическом диапазоне более 100 дБ таких уровней может оказаться несколько. Входные блоки двухканального изме рительного преобразователя 6 имеют два режима работы. При малых амплиту дах входного сигнала, лежащих на уров не собственных шумов смесителей, вход ные блоки работают в режиме усиления а после срабатывания порогового блока 141переходят в режим ослабления вход ного сигнала. Уровни срабатывания порогового блока и значение коэффициента ослабления входных блоков выбираются исходя из того, чтобы амплитуда сигнала на входе смесителей измерител ного преобразователя в процессе изме рения ФАХ все время находилась в диапазоне, в котором амплитудно-зависимые фазовые сдвиги, вносимые смесителями, допустимо малы. Устройство работает следуюс им образом. Импульсы тактового генератора 1, поступая на вход двоичного счетчика, управляющего работой мо лирующего блока формирователя 3 испытательного сигнала, дискретно изменяют его коэффициент передачи. В результате на вход исследуемых четырехполюсников 4 и 5 подается испытательный сигнал со ступенчатым изменением амплитуды. Изменение фазы исследуемого четырехполюсника от амплитуды на его входе переносится двухканальным измерительным преобразователем б на фиксированную частоту низкочастотного 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 испытательного сигнала на входе иссле:-, дуемого четырехполюсника соответствует минимальному значению его динамического диапазона. После начала измерения ФАХ процесс нарастания амплитуды испытательного сигнала ка входе четырехполюсника будет продолжаться до тех пор, пока не достигнет порогового значения. При достижении амплитуды входного сигнала порогового значения пороговый блок 14 с помощью элемента 2 совпадения отключает генератор 1 тактовых импульсов от входа формирователя 3 испытательного сигнала и на входе исследуемого четырехполюсника фиксируется значение амплитуды испытательного сигнала, при котором был достигнут порог срабатывания. Одновременно пороговый блок 14 выра батывает команду для блока iS управления, по получении которой открывается ключ 9 и гасится индикатор 8. Низкочастотный фазометр оказывается подключенным к запоминающему блоку 10, в котором записывается измеренное значение фазы для данной амплитуды. По истечении времени записи пороговый блок 14 переключает входные блоки двухканального измерительного преобразователя б в-режим ослабления и вырабатывает команду для блока 15 управления. По получении этой команды. блок управления запирает ключ 9 и открывает ключ 12 так, что низкочастотный фазометр оказывается непосредственно подключен ко входу блока 11 вычитания. Одновременно с этим на блок 11 вычитания поступаетзначение разности фаз, ранее записанное в запоминающем блоке 10. Вычитающий блок 11 вырабатывает сигнал, пропорциональный скачку фазы, возникшему в результате переключения входных блоков преобразователя 6. Этот сигнал коррекции записывается в запоминающем блоке 13, с выхода которого вводится в низкочастотный фазометр 7 таким образом, что компенсирует ранее возникший скачок фазы. После этого значение фаз для амплитуды испытательного сигнала, при котором был достигнут порог срабатывания, индицируется индикатором 8. По истечении времени, необходимого для введения коррекции и индика ции разности фаз для рассматриваемого значения амплитуды, блок управления вырабатывает команду на запирание ключа 12 и разрешение прохождения мпульсов генератора 1 тактовых импульсов на вход формирователя испытательного сигнала 3. Процесс измерения ФАХ продолжается. После окончания всего цикла измерения ФАХ входные и запоминающие блоки возвращаются в первоначальное положение. Таким образом, в предлагаемом устройстве в момент, когда амплитуда сигнала на входе смесителя достигает значения, при котором могут возникнуть недопустимые с1мплитуднозависимые фазосые сдвиги, происходит остановка процесса измерения ФАЗ, изменение коэффициента передачи входных блоков измерительного преобразователя б на величину, гарантируемую при дальнейшем продолжении измерения ФАХ, отсутствиетамплитуднозависимых фазовых сдвигов смесителей.-, Возникающее при этом за счет изменения коэффициента передачи входных устройств приращение фазы устраняется в результате автоматического введения поправки в низкочастотный фазометр. Частотный диапазон измерения фаэо амплитудных характеристик четырехпоюсников, разработанный по предлагаемой схеме, в пять раз превышает частотный диапазон известного устройства при менЫией погрешности измерения. Формула изобретения Устройство для измерения фаэрамплитудных.характеристик четырехполюсников, содержащее генератор тактовых импульсов, индикатор, формирователь испытательного сигнала, двухканальный измерительный преобразователь, у которого выходы соединены с входами, «йз кочастотного фазометра, один из вхо-дов соединен с из выходов фогяли рователя испытательного сигнала непо средственно, а два Других - с вторым выходом формирователя испытательного сигнала через исследуеглле четырехпон люсники, а также блок управления, со единенный . тремя вьисодами соотйетственно с управляющим входом формирова теля испытательного сигнала, низкочастотнога.фазометра и индикатора, соединенного с. выходом низкочастотного фазометра, отличают ее с я тем, что, с целью расширения динамического и частотного диапазонов, в него введены два запоминающих блока, блок вычитания, пороговый бло два управляемых ключа и элемент совпадения, причем генератор тактовых импульсов соединен, с входом формиров теля испытательного сигнала через элемент совпадения, выход которого соединен также с одним из входов блока управления, входы порогового бло.ка соединены с выходом двухканального измерительного преобразователя, а три выхода порогового блока соединены соответственно с вторым входом . элемента совпадения, с управляющим входом двухканальногр измерительного преобразователя и с другим входом блока управления, выход низкочастотного фазометра через один из управляемых ключей и запоминаюишй блок соединен с одним из входов блока вычитания и одновременно через второй управляемый ключ соединен с другим входом блока вычитания, выход которого через . второй запоминающий блок соединен с входом ввода коррекции низкочастотного фазометра, управляемые входы первого и второго ключей соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блокауправления/ а управляющие входы запоминающих блоков соединены с шестым и седьмым выходами того же блока управления. Источники информации, принятые вез внимание при экспертизе 1.Витмаер Г. А. и др. Об автомат тизации комплексных измерений фазоста,. бильных УСТРОЙСТВ. Труды IV Всесоюзной конференции. Каунас, 1971, т. III,, с. 65-68. 2.Витмаер Г. А. и др. Прибор для автоматического измерения фазоамплитудных характеристик четырехполюсников. ПТЭ, 1971, .№ 5; с. 266.