Устройство для измерения малых коэффициентов гармоник
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ГАРМОНИК, содержащее анализатор спектра, о т личающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый, второй, третий и четвертый фазовращатели, первый и второй инверторы, первый, второй и третий аттенюаторы, первый и.второй балансный модуляторы, первый и второй сумматоры, гетеродин и импульсный генератор, при этом вход устройства является входом первого и второго фазовращателя и первого аттенюатора, а выход первого фазовращателя через последовательно соединенные первый инвертор, первый сумматор, второй вход которого через импульсный генератор подключен к выходу первого фазовращателя, и первый балансный модулятор подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу анализатора спектра, второй вход через последовательно соединенные второй балансный модулятор и второй инвертор - к выходу второго фазовращателя , а третий вход - к выходу первого аттенюатора, при этом, второй Q S вход первого балансного модулятора (Л через последовательно соединенные второй аттенюатор и третий фазовращатель , а второй вход второго балансного модулятора через последовательно соединенные третий аттенюатор и четвертый фазовращатель подключены к выходу гетеродина.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 1 (51) т 01 R 23/20
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
r10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ф Г : с
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 (21) 3644165/24-21 (22) 16.09.83 (46) 15.04.85. Бюл. В 14 (72) И.А.Тешев (53) 621.317.353.1(088.8) (56) 1. Справочник по радиоиэмери" тельным приборам. Под ред. В.С.Насонова, т 3, с. 193, 1974. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
NAnblX КОЭФФИЦИЕНТОВ rAPNOHHKt | адержащее анализатор спектра, о т - . л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый, второй, третий и четвертый фазовращатели, первый и второй инверторы, первый, второй и третий аттенюаторы, первый и, второй балансный модуляторы, первый и второй сумматоры, гетеродин и импульсный генератор, при этом вход устройства является входом первого и второго фазовращателя и первого аттенюатора, а выход первого фазовращателя через последовательно соединенные первый инвертор, первый сумматор, второй вход которого через импульсный генератор подключен к выходу первого фазовращателя, и первый балансный модулятор подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу анализатора спектра., второй вход через последовательно соединенные второй балансннй модулятор н второй инвертор - к выходу второго фазовращателя, а третий вход — к выходу первого аттенюатора, при этом, второй вход первого балансного модулятора через последовательно соединенные второй аттенюатор и третий фазовращатель, а второй вход второго балансного модулятора через последовательно соединенные третий аттенюатор и четвертый фаэовращатель подключены к выходу гетеродина.
1 f50573
Изобретение относится к радиоизмерениям и может использоваться для измерения коэффициентов гармоник сигнала с прецизионной формой волны.
Известны анализаторы спектра, 5 предназначенные для визуального наблюдения спектра сигнала и измерения амплитуды и частоты отдельных спектральных составляющих, состоящих иэ последовательно соединенных Ю смесителя, первый вход которого является входом прибора, усилителя промежуточной частоты, детектора, вертикально отклоняющих пластин осциллографической трубки, гори- 15 зонтально отклоняющие пластины через
råíåðàòîp развертки и управляемый частотно-модулированный гетеродин подключены к второму входу смесите" ля (11 . 2О
Однако в известных анализаторах спектра за счет наличия нелинейных элементов при измерении малых коэф" фициентов гармоник вносится дополнительная погрешность, обусловленная нелинейным и комбинационными искажениями входного сигнала и сигнала гетеродина, которая приобретает тем большее влияние на результат измерений, чем меньше измеряемые 3п коэффициенты гармоник.
Цель изобретения — повышение
"".очпос ти измерения, Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения малых коэффициентов гармоник, содержащее анализатор спектра, введены первый, второй„ трстии и четвертый разовращатели, первый и второй инверторы, первый, второй и третий аттенюаторы, первый и в "oðoé балансный модуляторы, первый и второй сумматоры, гетеродин и импульсный генератор, при этом вход устройства является входом первого и второго фазовращателя и первого аттенюатора, а выход первого фазовращателя через последовательно соединенные первый инвертор, первый сумматор, второй вход которого через импульс- 5О ный генератор подключен к выходу первого фазовращателя, и первый балансный модулятор подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к входу анализатора спектра, второй вход через последовательно соединенные второй балансный модулятор и второй инвертор — к выходу второго фазовращателя, а третий вход — к выходу первого аттенюатора, при этом второй вход первого балансного модулятора через последовательно соединенные второй аттенюатор и третий фазовращатель, а второй вход второго балансного модулятора через последовательно соединенные третий аттенюатор и четвертый фазовращатель подключены к выходу гетеродина.
На чертеже представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит первый, Второй, третий и четвертый фазовращатели,,2,3 и 4, первый и второй инверторы 5 и 6, первый, второй и третий аттенюаторы 7,8 и 9, первый и второй балансные модуляторы 10 и первый и второй сумматоры 12 и
13, гетеродин 14, импульсный генератор 15 и анализатор 16 спектра. причем вход устройства соединен с входами первого и второго фазовра-щателей 1 и 2 и первого аттеьюатора
7, при этом выход первого фазовращателя 1 через последовательно соединенные первый инвертор 5,, первый сумматор 12, первый балансный модулятор 10 подключен к Входу второго сумматора 13, выход которого подключен к входу анализатора 16 спектре. второй вход сумматора 13 через последовательно соединенные второй балансный модулятор 11 и второй инвертор 6 годключен к выходу второго фазовращателя 2, -". третий — к выходу первого аттенюатора 7., Второй вход первого модулятора 10 через последовательно соединенные второй аттенюатор 8 и третий фазовращатель а BY opoA Bebop B opo о log"". oä
11 через последовательно подключенные третий аттенюатор 9 и четвертый фазовращатель ч подключен к вь ходу гетеродина 14.
Работа устройства заключается в следующем.
На вход устройства;ьодается сигнал Видя (1}
GO
0<=2 a„coS(kg% + !41 4 кй ( К-) где К вЂ” номер гармонической составляющей, Й вЂ” частота основной гармоники, 1 oIy,,h„- коэффициенты, через которые вычисляется амплитуда К-й гармоники. 1150573 Вследствие того, что высшие гармоники предполагаются малыми, счи-! / I 11 таем, что о, Ъ, » а„+ b< при К> 2. Фаэовращатели 1 и 2 дают сдвиг фаз на + 7 /4, на их выходах получаем соответственно сигналы Ug, = (a.cî kà Ь«,, п }, д1 « nKQ 4h cogggg) (2) 10 2 Ц 2л 30 4 " < cos(kg% q) где U — амплитуда импульсного сигнала, — фаза, зависящая от задержки импульсного сигнала, 8 — скважнасть. Амплитуда импульсного сигнала (1 много меньше амплитуды первой гармоники сигнала (1) и одного порядка с а амплитудами высших гармоник этого сигнала. В инверторах 5 и 6 сигналы Lt< иЦ 1 2 инвертируются, т.е. получаются сигHBJIbI BHpа 3g H — U g . .) 1 Я 45 Б сумматоре 12 складываются сигналы lj1, и-U, сумма этих сигналов, а. также сигнал 0 поступают на 2 первые входы балансных модуляторов 10 и 11 соответственно. Гетеродин 14 генерирует сигнал, содержащий, кроме основной частоты, еще набор гармоник, и записывается в виде t3> = 2 Ancos(вСМ 41 Вп%о1пы1+«/4 (5) n= Отличие коэффициентов в (1) и (2) объясняется тем, что в последующих блоках устройства, содержащих нелинейные элементы, происходит ис- 15 кажение входного сигнала (i) так как эти искажения считаем одного порядка с искажениями входного сигнала, то по-прежнему О1 " "с к 4, При К > 2 (3) 20 остается в силе. В импульсном генераторе 5 засинхронизованным сигналом Llg происходит генерация прямоугольных импульсов нецелочисленной скважности, например 8 =2 5 для того, чтобы в сигнале присутствовали все гармоники где и — номер гармонической составляющей; — частота основной гармоники, я, — коэффициенты, через которые вычисляется амплитуда К-й гармоники 1 8, >А„+8„ при К » 2. Фазосдвигающие устройства 8 и 9 дают сдвиг фаз íà < n/4, на их выходах получаем соответственно сигналы Оr, = Е A„cos nut + Bn sin n vt; г = — -An в n nM В„соуп и1 n=-s Сигналы (1,, и U< через аттенюаторы 8 и 9 подаются на первые входы балансных модуляторов 10 и 11 соответственно. В балансных модуляторах 10 и 11 происходит модуляция сигналов 0<; и 0 сигналами 0> U и Ug соответственно. Предположим, что нелинейные элементы B балансных модуляторах 10 и 11 имеют одинаковые характеристики: 3 = C() C) g t C U 7 где LI — действующее на нелинейных элементах напряжение. Для простого балансного модулятора 10, состоящего из двух нелинейных элементов, справедливо Цо, 4 16 ) "î. = = Ue Оц Uð где U,,0 z — напряжения, действующие на 1 и 2 нелинейных элементах простого балансного модулятора. С учетом того, что нелинейные элементы в простом балансном модуляторе включены встречно, выходной ток будет равен «=10 -1а =СО С,(1, СZUs Ñо-С,02-С20 2 =2С,(-Ug, U4)+4Cz(Uy + "д "г ° (7) Аналогично в модуляторе 11, имея , -(1я, U .) О =" "c.) подставляя в (7), получаем « =-2С,Оя -4(г0л Ог — таки нелинейных элементов (1 модулятора 1О, описываемые (7), О„,(1< - напряжения, действующие на и 2 нелинейном элементе модуляторà 11. 1150573 Токи j„è(к складываютсЯ в сУммак, к торе 13 (X 1К 11„=ЯС,()(Ц+ (2}Р,- 0 )1ФСайОUÃ В силу (5) можно ограничиться рассмотрением только одной первой гармоники Ог, таким образом после преобразования получим ГГ20 Юк (2с), f) stn соэ(ка((- 12а cos« « K(Kat xa/2)-bc a sin(cat U ЯВ); А — sin sin(Kat2fot2q2oncsjn ()К 8 А2 2 8х n (ь", 8 -cos(lnxsf)t(A2ax28,8„)+ lprB (), 2 21)(, sjn(sft-KAt2accsjn -х()1 к Охх 2 82 (8) Последнее слагаемое второй суммы сигнала (8) рассматривать не будем, так как вследствие малости гармоник импульсного сигнала и значительной разности частот Q и 11(я )я)влияние его на низкочастотную часть спектра будет ничтожно. На третий вход сумматора 13 через ЗО аттенюатор 7 подается входной сигнал (1) и складывается с полученным сигналом (8). Такая (Раза 1-й гармоники сигнала (1) при искажении его можно считать 35 не меняется, т.е.а,/(),=а2)58позтому t ) можно полностью компенсировать первую гармонику низкочастотной составлякпцей сигнала (3), на выходе сумматора 13 и на входе анализатора спектра будем иметь сигнал вида 2e„— stn "со {Мн ЯС,Š— 11) « 2 ее» Г 8(("Я 9 1 "к cos (K at 2q ) x fn (ax cos (K at 2-" } + 2bxsj»(sat 22<}}- (8(ох»ос(ко(2 2 )+ Я Э 870 (), (2ф К 2bx sin(sat 2g)f)+Sang — sin x К=1 xsIn(KAt2 oft» qi a»csin 82 28 82 82 соо(схххох)х(В,a„+ В b„)+ ., ) (9) где rrl — коэффициент ослабления аттенюатора 7. Изменяя 0 и g импульсного сигна-. ла, можно добиться компенсации К-й гармоники в высокочастотной составляющей в спектре сигнала (9), при этом должны выполняться два услоВИЯ g q 0, 1(2 К -Г А, ь1 —. 51 ъ = А1а к )- 8, ):) к к 8 7 Ы)( пусть з, и р ((К 8 и второе условие: А, g 1(8) c stn -, (10) Аг+ В 1 1 Первое условие предполагает равенство амплитуд, а второе — равенство фаз компенсируемых сигналов. Преобразуем левую часть (10): А,ВАВЬ1-A)B(+8, A,-B, г 22282 А2282 8,.8, ; 8 1Е1 " 922, St n (O)) C» n А + в ) At loin(a»csin ))a PA,(coo q-sin q) 2 A,28, и +P8,(S1n q cos(. (11) Для выполнения равенства. (10) необходимо, чтобы ак 9ъсозЧ»n(12) 7 Ък»9(18)(1со q) (12) Рассмотрим низкочастотную часть сиг- нала (9),опуская первуюгармонику: Щ Q (1 K Е Ä si» cos(sat 2q)2»f(a „cos(KAtx )8 К Ф 1 1q )«„ч1п ()(Ы1)Я)-Я(а)(cos (kA + x /2) l ь х ох» (8 о (х 8 (х)х) ) . K t sin о" х «(Со (-соЭ Кй1-в п(узап Ка1,)+г()ркео « г ) x(Kat 2 "/s)xbxsin(Kot 2-f })- — l cos Kat x х(оххЪх)--ох» 822((Ъ „-ax)) Подставляя (12), получим 0(7 Z m((fxxcos(Katfsfx)xbxx(»{ca(2 "2хх))х к.а +Р(cosqcosхat-slnq sin õat)-с Ссоо Хat «I 2co5g-2 stnkS24-9 268n(}) ) Е ())(.Ъ(«" . ко2 хсоо(хосх-)xbxx»(xnti"-)). (2)) Итак, компенсируя К-ю гармонику с частотой, равной k Я 8 у высокочастотной части спектра сигнала (9) путем подбора Ц и с импульсного сигнала, в низкочастотной части спектра того же сигнала, как это видно из (13), получаем К-ю гармонику вХодного сигнала с частотой )Kg, 1150573 Составитель Н.Михалев Редактор М.gambia Техред З.Палий Корректор О.Тиг ор Заказ 2137/35 Тираж 748 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, которую можно измерить анализатором 16 спектра. При рассмотрении сигнала (9) можно видеть, что при прохождении его по нелинейным трактам анализатора спектра нелинейные искажения не повлияют на результат измерений, так как первая гармоника импульсного сигнала ввиду того, что амплитуда U много меньше первой гармоники сигнала (1), будет примерно одного уровня с измеряемой гарМоникой, комбинационные искажения также не повлияют на результат Hsмерения в силу условия (5). Перед измерением гармоник сигнала (5) необходимо на экране анализатора 16 спектра добиться регулировками в балансных модуляторах подавления гармоники частотой 61 введением ослабления аттенюаторами 8 и 9 подавления гармоники с частотой Сд - g введением ослабления аттенюатора 7 подавления гармоники с частотой ; регулировкой задерж5 ки сигнала, генерируемого импульсным генератором 15, подавления гармоники с частотой 6) ik q . После указанных операций на экране анализатора спектра можно считать значение амплитуды гармоники с частотой х 2 сигнала (1) . В предлагаемом устройстве с помощью простых средств достигается повышение точности при измерении малых коэффициентов гармоник сигнала с прецизионной формой волны, так как из исследуемого сигнала первая гармоника исключается и, следовательно, не создает дополнительных комби-. 20 национных искажений на нелинейных элементах анализатора спектра.
