Устройство для измерения фазового набега четырех полюсников

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО НАБЕГА ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ по авт.св.,№885919, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения абсолютных фазовых углов в широком частотном диапазоне в него дополнительно введены последовательно соединенные аттенюатор. магазин задержек, автоматический переключатель, избирательный усилитель , амплитудный ограничитель, фазовый детектор, усилитель частоты коммутации, фазочувствйтельный выпрямитель и индикатор, причем второй вход дополнительного автоматического переключателя соединен с выходной клеммой контролируемого четьфехполюсника , вход аттенюатора и управляющий вход дополнительного фазового детектора объединены и соединены с одним из входов первого автоматического переключателя, управляющие входы дополнительных автоматического переключателя и. фазочувствительного . выпрямителя соединены с выходами низкочастотного управляющего генератора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01)

3(5() 6 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕ П=ЛЬСТВУ \

Ма

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 885919 (21) 3500511/18-21 (22) 15. 10. 82 (46) 30.03.84. Бюл.912 (72) В.И.Водотовка, Ю.А. Скрипник, Л.А.Глазков и P.Ë.Ãðèãoðüÿí (53) 612.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 885919, кл. (j 01 к 25/00, 12.11.79. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ФАЗОВОГО HABEI À ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ по авт.св.,9885919, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения абсолютных фазовых углов в широком частотном диапазоне в него дополнительно введены последовательно соединенные аттенюатор, магазин задержек, автоматический переключатель, избирательный усилитель, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, усилитель частоты коммутации, фазочувствйтельный выпрямитель и индикатор, причем второй вход дополнительного автоматического переключателя соединен с выходной . клеммой контролируемого четырехполюсника, вход аттенюатора и управляющий вход дополнительного фазового детектора объединены и соединены с одним из входов первого автоматического переключателя, управляющие входы дополнительных автоматического переключателя и. фазочувствительного . выпрямителя соединены с выходами низкочастотного управляющего генератора. !

1083125

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых углов пассивных четырехполюсников, в особенности, имеющих большое затухание 5 в полосе пропускания — декад магазинов, затуханий, заграждающих фильтров, фазовых корректоров, согласующих трансформаторов, ослабнтелей, а также для контроля физических свойств материалов и веществ фазометрическими способами.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для измерения фазового -набега .15

% четырехполюсников, содержащее пер—, вый и второй смесители,первый автоматический переключатель,низкочастотный управляющий генератор, соединенный с управляющим входом 20 первого автоматического переключате- .. ля, фазовый детектор, амплитудный ограничитель, индикатор, первый и второй генераторы радиочастот, фильтры верхних и нижних частот, первый и второй фазовращатели, первый и второй избирательные усилители, фаэочувствительный выпрямитель, один из входов первого и второго смесителей соединен с выходом первого генератора радиочастот, выход второго генератора радиочастот соединен с одним из входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого подключен через последовательно соединенI ные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входов первого автоматического переключателя и через фильтр верх40 них частот к другому его входу, а выход через контролируемый четырехполюсник, зашунтированный ключом, подключен к второму входу второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные первый изби45 рательный усилитель и ограничитель соединен с вторым входом фазового детектора, выход которого через второй избирательный усилитель соединен с одним из входов фазочувствительного выпрямителя,0 второй вход которого подключен к выходу низкочастотного управляющего генератора,а выход — к входу индикатора 1

Недостатком данного устройства является невозможность измерения 55 абсолютных значений фазового угла контролируемого четырехполюсника во всем диапазоне рабочей частоты, поскольку отсутствие данной информации об абсолютных значениях фазового угла не позволяет оценить в полной мере фаэовые искажения реальных четырехполюсников в полосе частот.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем измерения абсолютных фазовых углов четырехполюсников с большим затуханием в широком частотном диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазового набега четырехполюсников, содержащее первый и второй смесители, первый автоматический переключатель, низкочастотный управляющий генератор, соединенный с управляющим входом первого автоматического переключателя, фазовый детектор, амплитудный ограничитель, индикатор, первый и второй генераторы ,радиочастот, фильтры верхних и нйжних частот, первый и второй фазовращатели, первый и второй избирательные .усилители, фазочувствительный выпрямитель, один из входов первого и второго

Ю смесителей соединен с выходом первого генератора радиочастот, выход второго генератора радиочастот соединен с одним из входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входов первого автоматического переключателя и через фильтр верхних частот к другому его входу, а выход через контролируемый четырехполюсник, зашунтироI ванный ключом, подключен к второму входу .второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный усилитель и ограничитель подключен к второму входу фазового детектора, выход которого через второй избирательный усилитель соединен с одним иэ входов фаэочувствительного выпрямителя, второй вход которого соединен с выходом низкочастотного управляющего генера-. тора, а выход — с входом индикатора дополнительно введены последовательно соединенные аттенюатор, мага зин задержек, автоматический переключатель, избирательный усилитель, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, усилитель частоты коммутации, фаэочувствительный выпрямитель

1083125

3 и индикатор, причем второй вход дополнительного автоматического пере" ключателя соединен с выходной клеммой контролируемого четырехполюсника, вход аттенюатора и управляющий вход 5, дополнительного фазового детектора объединены и соединены с одним из входов первого автоматического переключателя, управляющие входы дополнительных автоматического переключателя и фазочувствительного выпрямителя соединены с выходами низкочастотного управляющего генератора.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения 15 фазового набега четырехполюсников.

Устройство содержит первый и второй генераторы 1 и 2 .радиочастот, первый смеситель,3, фильтр 4 нижних и фильтр 5 верхних частот, первый 26

- и второй фазовращатели 6 и 7, первый автоматический переключатель 8, низко-, частотный управляющий генератор 9, контролируемый четырехполюсник 10, ключ 11,.второй смеситель 12, первый 25 избирательный усилитель 13, первый амплитудный ограничитель 14, первый фазовый детектор 15, второй избира тельный усилитель 16, выпрямитель 17, первый индикатор 18, аттенюатор 19, 30 магазин 20 задержек, второй автомати-. ческий переключатель 21, третий избирательный усилитель 22, второй.амплитудный ограничитель 23, второй фазо вый детектор 24, усилитель 25 частоты коммутации, второй фазочувствительный выпрямитель 26, второй индикатор 27. Причеи один из входов первого .и второго смесителей

3 и 12 соединен с выходом первого 40 .генератора 1 радиочастот, выход второго генератора 2 радиочастот соединен с одним из входов первого . фазового детектора 15 и вторым входом первого смесителя 3, выход кото- 5 рого подключен через последовательно соединенные фильтр 4 нижних частот, первый и второй.фазовращатели

6 и 7 к одному из выходов первогоавтоматического переключателя 8, эо и через фильтр 5 верхних частот к другому его входу, а выход — через контролируемьф четырехполюсник

10 зашунтированный ключом 11 под ключен к второму входу смесителя .55

12, выход которого через последовательно соединенные первый избира-, тельный усилитель 13 и амплитудный ограничитель 14 подключен к второму входу первого фазового детектора

15, выход которого через второй из-. бирательный усилитель 16 соединен с однйм из входов первого фазочувстви ельного выпрямителя 17, второй вход которого соединен с выхоДом низкочастотного управляющего генератора 9, а выход — с выходом первого индикатора 18, вход аттенюатора

19 объединен с управляющим входом второго фазового детектора 24 и соединен с одним из входов первого автоматического переключагеля 8, выход аттенюатора подключен к последовательно соединенным магазину ..

20 задержек, второму. автоматическому ., переключателю 21 третьему избирательному усилителю 22, второму амплитудному ограничителю 23, второму фазовоиу детектору 24, усилителю 25 частоты коммутации, второму фазочувствйтельному выпрямителю 26„, второму индикатору 27, второй вход второго автоматического переключателя 21 соединен с выход- ной клеммой контролируемого четырех полюсника 10, управляющие входы второго автоматического переключателя

21 и второго фаэочувствительного выпрямителя 26 соединены с выходами низкочастотного управляющего генератора 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сигналы радиочастот первого генератора 1Ц= Цн,, C09(4)aft Ö,) и второго генератора 2 0 = 0 щ сов (сд << + уг) с амплитудами U и Ц н начальными фаэами pl и (у поступают на входы первого смесителя 3. В результате смешивания сигналов исходных частот образуется выходной сигнал

Oy*U gky(Mя(фi >c1 i Ч2 сое(М«Ф +«3 1/i гдеЦщ, -- К О цщ — амплитуда сме" шанного сигнала 5 — коэффициент преобразования смесителя

9 /в).

Из выходного сигнала Uy фильтром

4 нижних частот выделяют напряжение разностной частоты

04 0 cos(((d1 иФ ч 92 ч4) >

1083125 а фильтром 5 верхних частот напряжение суммарной частоты

Я5- ((в,соб ((и, +Q)t< 9(Ч 2 Q5$ а 5 щн (5 фазовые сдвиги, вносимые

1 фильтрами нижних и верхних частот.

Частоты генераторов 1 и 2 регулируют так, чтобы их разностная часто-. та оставалась йостоянной(.) - 4)2=up=const г а суммарная (д () Q чаг изменялась во всем диапазоне рабочих частот контролируемого четырехполюсника 10.

Сигнал разностной частоты U4 проходя через последовательно соединенные первый и второй фазовращатели 6 и 7, сдвигается по фазе а=" ape +(p 9 -Чз+Чн+Ч Ют}

25 где (cg — фазовые сдвиги фазовращателей на разностной частоте.

Сигналы Ug u Ug поступают на входы первого автоматического зо переключателя 8, управляемого напряжением низкочастотного генератора

9. Переключатель 8 формирует пакеты сигналов разностной и суммарной частот, поступающие поочередно на вход контролируемого четырехполюсника

10. На выход четырехполюсника 10 проходят ослабленные пакеты сигналов соответственно разностной и суммарной частот у 1 р 1ntsc>4Mp 1 Ч24 1 4 % ft М)

0< *kcU eche(aet y,+Ф24 Ч - С1

45 где V<, Q p - коэффициент передачи и фазовый угол контроли-. руемого четырехполюсника 10 на разностной час. тоте 4)p

МсЯс - коэффициент передачи и фазовый угол контролируемого четырехполюсника 10 на суммарной частоте са 55

Пакеты сигналов, ослабленные четырехполюсником 10, балансно смешивают с сигналом генератора 1, получая на выходе второго смесителя 12. 9 k U„> zUп1 coo(u

Р Ч 4 %6 т Ч7} Кр1

"U z(cos(v tty -ö4-(Р qz q>)thos((2w M

I U c K<>U,Ug=kq U,co&(w<<>(q„)kcU gcas>

"(1с Щ+Щт Чв-qc)-К,К„, l 1 1 сu

"(ms(wztsyzsyz-÷,1 ((г . гЩ„-Ц,-,-us%, где Kz< — коэффициент преобразования второго смесителя 12 j1/3J .

Таким образом, в выходных сигналах Uq и U > содержатся гармонические составляющие одинаковой частотыИ фильтруя поочередно сигналы Ци 0 0 первым избирательным усилителем 13, настроенным на частоту (а2 получают пакеты одночастотных сигналов

" "1а Z

КрК1 (1,u„соб(ЧЧ,,+ -q6-Ч,+ чь юйь

К К

<с К 50в 10 щ соб(щт +(4Щ5 Чь-9с) где М вЂ” коэффициент, усиления первого избирательногоусилителя э

٠— фазовый сдвиг, вносимый первым избирательным усилителем 13.

Усиленное. напряжение ограничивают по амплитуде первым амплитудным ограничителем 14 на уровне 0, получая соотношения

0>0+cd(etqttq -Ч4 Чь"Ч7 Ч, г5Р%4 1 Р}

Ug ОосОь(ччДЩ Цц М 5 Я!4 с}> где Ц 4 — фазовый сдвиг, вносимый первым амплитудным ограничителем 14.

Последовательность пакетов одной частоты на входе первого фазового детектора 15 представляет собой один непрерывный фазоманипулированный сигнал

Щ1

Q,Щ -Цв) 5 СО (Ч3Д Ц sign ЮнЯ } где О Uo — амплитуда фазоманипулированного сигнала на выходе ограничителя 14, 1083125

1iS, 4Ъ 4Р„4Ц44 5 Ча Чт4 Р с

1 средняя фаза манипулированного снг5 нала, индекс фазовой модуляции (ма-: нипуляции), Р 4 4Ч6% М5

С.помощью фазового детектирования 10 детектором 15 выделяют прямоугольное напряжение частоты коммутации Я, амплитуда которого пропорциональна индексу фазовой манипуляции

0 (= К 5bg< 6

15 (В/град) .

Низкочастотное напряжение U16 усиливается. усилителем 16 и выпрямляется фазочувствительным выпрями--. телем 17

0 -КщК

k1 — коэффициент преобразования. .фазочувствнтельного выпря- З0 .мителя 17;

1„=К, М Кп- общйй коэффициент преобразования.

Для исключения фазовых сдвигов, вносимых фильтрами 4 и 5 нижних

35 и верхних частот, из результата измерения производят операцию симметриро вания каналов при закороченном контролируемом четырехполюснике 10 ключом 11(,(=(q О) и минимальном эна40 чении су арной частоты 4}С1. Регулируемым фазовращателем 6 вводят дополнительную фазовую задержку ,в тракт прохождения сигнала разност-,. ной частоты до установления нулевого

45 показания индикатора 18 (предваритель но фазовращатель 7 устанавливают в нулевое положение). Тогда из усло-.

BHR Ц =О, следует, чтоЩ=-с, ф(р0, 6 т.е. полученное значение вводимой задержки равно РЬ.-(4+ +М.

Затем размыкают ключ 11 и произво. дят операцию установки нуля по индикатору 18 с помощью фазовращателя 55

7. С учетом значения(- 4 4(qy) инДекс фазовой моДУлЯЦии Щ,-(р4(1}С-.ф обращается в нуль на частоте С}, 8 ! при условии, что фазовращателем

7 введен фазовый сдвиг (р =(р+(фс . с

Для определения фазового угла контролируемого четырехполюсника 10 (с соответствующего. началу рабочего диапазона на частоте Ис проводят дополнительные измерения с использованием коммутационного преобразовательного канала, состоящего из элементов 19-27.

Сигнал разностной частоты подают через аттенюатор 19, ослабление которого устанавливают равным затуханию контролируемого четырехполюсника

10 на магазин 20 задержек. Тогда задержанный сигнал будет равен

0 ц К,фКр 1 z3 соь»

"(P< > < «4 6444 где К1 = Кр — соответственно коэффициенты ослабления аттенюатора 19 и магазина 20 задержек — задержка магазина 20 разиостиой частоте чр.

Далее задержанный сигнал поступает на один из входов второго автоматического переключателя 2 1.

Автоматические переключатели 8 и 21 работают синхронно и противофаэно, так что на выход переключа- теля, 21 проходят только пакеты разностнои частоты (}р . При этом> например, первый пакет колебайий проходит через контролируемый четырехполюсник 10, а второй - через аттенюатор 19 и магазин,20 задержек, а затем первый проходит через четирехполюсник 10 и т.д. Одночастотные пакеты усиливаются избирательным усилителем 22, настроенным на разностную частоту Ив . Два смежных пакета выходных сигналов усилителя

22 имеют вид

"20 "ЙК2Аиэсо4"р(-.М4Я,-Ч 4Щ4нфbi

Чт 121) 7

21 Р 220ЬЯСОВЬ" Р Щь 0 24444(3 Щч+

4 h -Чр) где K > g — коэффициент усиления и фазовый сдвиг, вносимый избирательным уси-, лителем 22 соответственно.

Выходные сигналы амплитудного ограничителя 23, ограничивающего уровни

1083125

% Yp @c< °

ЧсС PC< М1 О

Мс2 Чс14h1фт. указанных пакетов колебаний на уровне ограничения Uо соответственно равны

022- 1осж(аФ М " Ч21;® 1 ь Чт 922 1 2Й ) 5 2)0 Ñî t4 ð1Ô%,-Ц,«ЦФщ аЯ < 2« д-ЧД, где С вЂ” фазовый сдвиг, вносимый амплитудным ограничителем

23 ° . 10

Чередующиеся пакеты сигналов на выходе ограничителя 23 представляют собой фазоманипулированный сигнал разностной частоты

15 24 1в 24сс (р 1 24 з4ф1 94И ЯЯ.) где 0„ 2 - 00 — амплитуда фазоманипулированного сигнала;

<". 20

ti24=q1-Ч2ФФ4ФЧЬФЧТФЧ2ХФЧ23- 2 Фрб- средняя фаза манипулированного сигнала, Мг gp Wp4 ННреКс фазовой манипу 25 ляции.

Фазоманипулированный сигнал 024 поступает на один вход второго фазового детектора 24, опорным сигналом которого служит сигнал той же частоты, подаваемый с выхода фазовращателя

7. В процессе фазового детектирования выделяется прямоугольное напряжение частоты коммутации Й. с амплитудой, пропорциональной индексу фазовой модуляции 35

Ц "24 h+24 ь1фи einS?t, где K — коэффициент преобразования

4 фазового детектора 24 (B/град).

ВыхОднОЙ сигнал Цг фазового детектора 24 после прохождения через усилитель 25 частоты коммутации и выпрямления фазочувствительным выпря45 .мителем 26 измеряется индикатором 27

"гь""г4"25 "гь" гь bM2 "ср Мг

1 где Kg5 - коэффициент усиления усилителя 25; — коэффициент преобразова- 50 ния фазочувствительного выпрямителя 26, у="24 г дгС общий коэффициент lIpeo6 разования элементов 23-26.

55. Далее с помощью магазина 20 задержек путем выбора определенной задержки т, добиваются нулевого

10 показания индикатора 27. При этом

Цг =0 и h Ч2 = (f p- Ир откуда следует (р Ч Ь. с

Фазовый угол контролируемого четырехполюсника 10 на частоте G)« определяют .следующим образом. Фазовращателем 7 на частоте С4с было установлено значение угол Щ определен выше из соотношения Qp =- Яр 1 следовательно,11}С,=(f> -(,Ъ т.е. измеРЯемый Угол определяется из отсчетов фазовращателя 7 и магазина 20 задержек.

Переход к ближайшей точке рабочего диапазона частот от значения Ис1 к Ясг определяет изменение фазового угла Мс равное значению фазового набега контролируемого четырехполюсника 10 в частотном интервале(йс -c+, В результате изменения индекса фазовой модуляции А(ф на выходе фазового детектора 15 появляется прямоуголь, ное напряжение 47 l5(Ycg Qc<)51©1 Йн 1и где МСг — фазовый угол на частотеяС2, Показания индикатора 18 будут пропорциональные фазовому набегу, контролируемого четырехполюсника

10 при заданном приращении частоты измерительного сигйала

"29 1ММС2-

Вводя дополнительный фазовый сдвиг фаэовращателем 7, вновь добиваются нулевого показания индика-, тора 18, что соответствует. равенству гдеЩт- приращение фазового сдвига, вносимого фазовращателем 7..

Фазовый угол на частоте 43с определяемый из полученного соотношения равен

Далее процесс измерения фазового угла повторяется при изменении частоты сигнала до значения Ы . с с4. и т.д. до максимального значения суммарной частоты 4}q + 43q = (do °, 1083125

Составитель Н. Агеева

Редактор О. Сопко Техред T.Иаточка Корректор О. Билак

Заказ 1737/40 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,,ул. Проектная. 4

Таким образом, показания фазовращателя и магазина задержек, работающих на низкой фиксированной частоте (.)-ppnst позволяют измерять абсолютные

Р фазовые углы четырехполюсников с большим затуханием.