Способ измерения фазовой погрешности преобразования частоты смесителей

 

СПОСОБ ИЗ EPEHЙЯ ФАЗОВОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ СМЕСИТЕЛЕЙ, основанный на формировании трех когерентных колебаний опорного , гетеродинного и сигнального смешивании гетеродинного и сигнального колебаний в исследуемом смесителе и измерении фазового сдвига между опорным колебанием и выходным сигналом смесителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, производят сдвиг частоты сигнального колебания на фиксированную величину от 0,01 до 0,1 Гц, измеряют наибольший, затем наименьший фазовый сдвиг между опорным колебанием и выходным сигналом смесителя, а искомую погрешность вычисляют как половину разности между (Л измеренными значениями фазового сдвига. д 9д X) ;о 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(ц G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

tjw

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H ABTOPCHOl9IV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3515709/24-21 (22) 29. 11, 82 (46) 30, 11.84. Бюл. У 44 (72) В.И.Евграфов и А.Ф,Симонюк (71) Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (53) 621.317.7(088.8) (56) 1, Жилин Н.С, 0 точности фазовой синхронизации в многоканальных системах ФАПЧ. — "Радиотехника и электроника", 1977, 1(7, 2. 11евашкин Г.И, Об одном из видов нелинейной фазовой ошибки, проявляющейся при преобразовании частоты. Известия ТПИ. Т. 116, Томск, 1962 (прототип), (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОЙ

ПОГРЕШНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

СМЕСИТЕЛЕЙ, основанный на формировании трех когерентных колебаний— опорного> гетеродинного и сигнального. смешивании гетеродинного и сигналь- ного колебаний в исследуемом смесителе и измерении фазового сдвига между опорным колебанием и выходным сигналом смесителя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, производят сдвиг частоты сигнального колебания на фиксированную величину от 0 01 до

О,1 Гц, измеряют наибольший, затем наименьший фазовый сдвиг между опорным колебанием и выходным сигналом смесителя, а искомую погрешность вы- щ числяют как половину разности между измеренными значениями фазового сдвига. С:

1126894

Изобретение относится к области фазовых измерений в, радиотехнике и может быть использовано при измере, нии фаэовой погрешности смесителей фазометров или калибраторов фазового сдвига, использующих преобразование частоты, Известен способ определения фаэовой погрешности преобразования частоты, по которому при моногармоническом воздействии на смеситель измеряют амплитуды спектральных составляющих выходного сигнала, затем значения амплитуд спектральных составляющих подставляют в их аналитические выражения, полученные на основе аппроксимации характеристики нелинейного элемента смесителя степенным полиномом, и, решая систему алгебраических уравнений, вычисляют значения коэффициентов аппроксимирующего полинома, которые затем используются для расчета искомой погрешности j1j, Однако данный способ-имеет большую трудоемкость и низкую точность определения погрешности из-за допущений математической модели преобразователя.

Известен способ прямого измерения фазовой погрешности преобразователей частоты, по которому на частоте сигнала задается калиброванный фазовый сдвиг, а на промежуточной частоте фазовый сдвиг измеряется фазометром, разность между фазовым сдвигом, задаваемым фазовращателем и измеряемым фазометром, является искомой погрешностью преобразования частоты смесителя. Все три используемые частоты сигнала, гетеродина и опорная, равная промежуточной) находятся в строго целочисленном соотношении j2) .

Однако известный, способ имеет низкую точность, вследствие применения калиброванного фазовращателя, так как погрешности фазовращателя и фазоиэмерителя суммируются, а погреш" ность фазовращатейя на. высоких частотах велика.

Цель изобретения — повышение точности измерения фазовой погрешности смесителей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения фазовой погрешности преобразования частоты смесителей, основанному на формировании трех когерентных колебаний — опорного, гетеродинного и сигнального, смешивании гетеродинного и сигнального колебаний в исследуемом смесителе и измерении фазового сдвиrа между опорным колебанием и выходным сигналом смесителя, производят сдвиг частоты сигнального колебания на фиксированную величину от

О,О1 до О,1 Гц, измеряют наибольший, затем наименьший фазовый сдвиг между

10 опорным колебанием и выходным сигналом смесителя, а искомую погрешность вычисляют как половину разности между измеренными значениями фазового сдвига;

Соотношение частот сигнала, гетеродина и промежуточной частоты определяется по формулам:

k f +h. c + пц

20 где k — целое число 1, 2, 3...,, f — частота сигнала;

fд„— промежуточная частота;

hf — частота рассогласования,определяемая желаемой скоростью

25 колебания показателей фазометра,измеряющего разность фаз между опорным сигналом, частота которого равна значению промежуточной частоты, 30 и сигналом промежуточной частоты исследуемого смесителя.

На фиг,1 приведена векторная диаграмма, поясняющая суть способа; на фиг," — устройство, реализующее предлагаемый способ.

Большинство фаэометров СВЧ диапазона имеют в своем составе узлы, так называемые преобразователи частоты, 40 основная функция которых заключается в том, чтобы информацию об измеряемой разности углов сдвига фаз между двумя электрическими сигналами перенести без погрешности на промежуточ45 ную частоту f Преобразователь час. тоты — это нелинейное устройство, в котором наряду с основными сигналами преобразования U, Uäö возникает масса паразитных 11пц„(фиг. 1), где

50 вектор опорного сигнала; U i, ö вектор основного сигнала преобразова. ния частоты; 13,„- вектор суммы паразитных сигналов преобразования;

Uqц — вектор сигнала на выходе смесителя.

Сущность способа состоит в использовании трех когерентных колебаний и

1126894 образцового фазометра на промежуточной частоте.

Первые два колебания используются в качестве сигнального и гетеродинного напряжений, подаваемых на исследуемый смеситель, третье — в качестве опорного на второй вход фазометра, на первый вход которого поступает выходной сигнал смесителя.

Наиболее нежелательны паразитные 10 сигналы. преобразования, которые имеют частоту, равную промежуточной частоте, Причиной их образования являются как высшие гармоники сигналов, подаваемых на преобразователь, так и нелинейность5 самого преобразователя. При целочисленной кратности преобразования паразитные сигналы U приводят к систематической погрешности измерения разности фаз углов. сдвига фаз междудвумя сигналами.

Если нарушить условие целочисленной кратности, то частота паразитных сигналов не будет равна промежуточной

25 частоте и возникнет периодическое изменение разности фаз между опорным и измеренным Up сигналами в каО налах.

Соотношение частот. выбирают таким, чтобы кратность преобразования

30 частоты, определяемая отношением частот сигнала и промежуточной

fïè была близка к целочисленному значе- 35 нию, но не равна ему в точности, В этом случае частота основного сигнала преобразования, равная разности частот сигнала и гетеродина faro — и частоты паразитных KQM 40

1ъ бинационных сигналов преобразования

+nf + mf образованных высшими гармониками напряжЕний сигнала и гетеродина, будут отличаться на желаемую величину, например не- 45 сколько десятых или сотых долей герц, Высшие гармоники колебаний сигнала и гетеродина в процессе .преобразования частоты возникают на нелинейном элементе (H3) смесителя даже в том слу- 50 чае, если на смеситель поступают идеальные сигналы, свободные от высших гармоник. В реальном случае к образованию паразитных комбинационных продуктов преобразования приводят55 как нелинейные искажения приходящих на смеситель сигналов, так и высшие гармоники, возникающие на НЭ смесителя ° Вектор. суммы паразитных комбинационных сигналов, приводящих к фаэовой погрешности преобразования, будет вращаться относительно вектора основного продукта преобразования со скоростью, определяемой степенью отличия величины q от целочисленного значения, т,е. соотношением частот сигнала и гетеродина. Скорость эта выбирается достаточно малой для того чтобы исключить динамическую погреш- ность применяемого образцового фазометра ° Вращение вектора комбинационных сигналов преобразования относительно вектора основного приводит к периодическому изменению разности фаз между опорным колебанием и суммой основного и комбинационных сигналов преобразования.

Сущность происходящего процесса поясняет фиг. 1, Если отсутствует вектор U„„„либо его фазовый сдвиг относительно вектора U o остается неизменным, измеряемый между U и U „ угол фазового сдвига остается постоянен и равен Цв, При вращении вектора 4 дц в определенных пределах изменяется . Фазометр отслеживает эти изменения, отсчитав максимальное значение Ц „,а, а Далее(0„„., рассчитывается значение 1о ах ч о и (=

Величина С характеризует погрешность из-за отмеченных источников погрешности.

За значение искомой погрешности с." сителя принимают половину интерва. ла колебания фазометра.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг,2) состоит из опорного генератора l первого, второго и третьего синтезаторов 2, 3 и

4 частот соответственно, смесителя 5 и фазометра 6, В первую очередь устанавливают желаемое значение частоты третьегО синтезатора 4, равное fpq, затемзначение частоты сигнала второго син" тезатора 3, равное с 1 ПЧ вЂ” 0 где .Ь f определяется желаемой скоростью вращения вектора паразитных про-, дуктов преобразования; k = 1,2,3... числа натурального ряда.

1 l 26894

Со ставит ель Н. Каплин

Редактор М.Петрова Техред С,Легеза Корректор Л.Пилипенко

Заказ 8686/34 Тираж 7 I О Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Затем первым синтезатором 2 устанавливают значение частоты гетеродина f>- =f© + f,. После этого наблюдают интервал изменения показаний фазометра, половина которого будет искомям значением фазовой погрешности преобразования частоты исследуемого смесителя.

Преимуществами предлагаемого способа являются более высокая точность измерения погрешности преобразования частоты смесителей; наличие серийно

5 выпускаемых приборов для его реализации; более высокая производительность труда при измерении; простота автоматизации процесса измерения.