Устройство для измерения уровней высокочастотных и сверхвысокочастотных гармонических сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГАРМОНИЧЕС-КИХ СИГНАЛОВ, содержащее первый строб-преобразователь , первый вход которого соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные усилитель-ограничитель , полосовой фильтр и первый фазовращатель на 90°- с одним из входов фазового детектора, опорный генератор, выход которого подключен к другому входу фазового детектора и одному из входов частотно-фазового детектора, соединенного другим входом с выходом усилителяограничителя , усилитель постоянного тока и генератор поиска, входы которых подключены к выходам соответственно фазового и частотно-фазового детекторов, а выходы - к входам блока управления, подстраиваемый генератор, вход которого соединен с выходом блока управления, первый формирователь строб-импульсов, вход которого подключен к выходу подстраиваемого генератора, а выход - к второму входу первого строб-преобразователя , отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения и расширения частотного диапазона, в него введены второй строб-преобразователь, блок памяти, буферный узел, вольтметр постоянного тока, фильтр нижних частот, второй фазовращатель на 90°, управляемый фазовращатель, второй формирователь строб-импульсов, импульсно-фазовый SS детектор и интегратор, причем первый вход второго строб-преобразователя (Л соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные блок памяти и буферный узел с вольтметром постоянного тока, вход фильтра нижних частот подключен к выходу усилителя-ограничителя, а выход через второй фазовращатель ч на 90 - к первому входу импульсноАазового детектора и через управляе q ел мый фазовращатель к входу второго формирователя строб-импульсов, со управляющий вход управляемого фазовращателя соединен с выходом интегратора , выход второго формирователя строб-импульсов подключен к второму входу второго строб-преобразователя , первому входу интегратора и второму входу импульсно-фазового детектора, а выход импульсно-фазового детектора соединен с вторым входом интегратора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3680637/24-21 (22) 27.12.83 (46) 07.09.85. Бюл. №- 33 (72) А.В.Никонов (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.317.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 805189, кл ° G 01 К 19/00, 1979.

Измеритель разности фаз комбинированный ФК2-12, Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1977. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УРОВНЕЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее первый строб-преобразователь, первый вход которого соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные усилитель-ограничитель, полосовой фильтр и первый фазовращатель на 90 — с одним из входов фазового детектора, опорный генератор, выход которого подключен к другому входу фазового детектора и одному из входов частотно-фазового детектора, соединенного другим входом с выходом усилителяограничителя, усилитель постоянного тока и генератор поиска, входы которых подключены к выходам соответственно фазового и частотно-фазового детекторов, а выходы — к входам блока управления, подстраиваемый генератор, вход которого соединен с выходом блока управления, первый

„„SU„„1177753 А формирователь строб-импульсов, вход которого подключен к выходу подстраиваемого генератора, а выход — к второму входу первого строб-преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения частотного диапазона, в него введены второй строб-преобразователь, блок памяти, буферный узел, вольтметр постоянного тока, фильтр нижних частот, второй фазовращатель на 90, управляемый фазовращатель, второй формирователь строб-импульсов, импульсно-фазовый детектор и интегратор, причем первый вход второго строб-преобразователя соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные блок памяти и буферный узел— с вольтметром постоянного тока, вход фильтра нижних частот подключен к выходу усилителя-ограничителя, а выход через второй фазовращатель

O на 90 — к первому входу импульснофазового детектора и через управляемый фаэовращатель к входу второго формирователя строб-импульсов, управляющий вход управляемого фазовращателя соединен с выходом интегратора, выход второго формирователя строб-импульсов подключен к второму входу второго строб-преобразователя, первому входу интегратора и второму входу импульсно-фазового детектора, а выход импульсно-фазового детектора соединен с вторым вхо. дом интегратора.

1177753

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации образцовых вольтметров.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния нестабильности шага считывания и амплитуды стробимпульсов, а также за счет оценки уровней сигналов с помощью вольтмет- 10 ра постоянного тока, и расширение частотного диапазона сверху путем осуществления стробирования в точках минимальной крутизны сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения уровней высокочастотных и сверхвысокочастотных гармонических сигHBJIOB

Устройство содержит строб-преобразователь 1, блок 2 памяти, буферный узел 3, вольтметр 4 постоянного тока, интегратор 5, формирователь 6 строб-импульсов, управляемый фазовращатель 7, фильтр 8 нижних частот, 25 о фазовращатель 9 на 90, импульснофазовый детектор 10, строб-преобразователь ll, усилитель-ограничитель 12, полосовой фильтр 13, фазоо вращатель 14 на 90, фазовый детек- 30 тор 15, опорный генератор 16, форми. рователь 17 строб-импульсов, подстраиваемый генератор 18, блок 19 управления, усилитель 20 постоянного тока, генератор,I поиска и частотно-З5 фазовый детектор 22. Первый вход строб-преобразователя 1 соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные усилительограничитель 12, полосовой фильтр 13 40 и фаэовращатель 9 на 90 — с одним из входов фазового детектора 15.

Выход опорного генератора 16 подключен к другому входу фазового детектора 15 и одному из входов частотнофаэового детектора 22, соединенного другим входом с выходом усилителяограничителя 12. Входы усилителя 20 постоянного тока и генератора 21 поиска подключены к выходам соответственно фазового детектора 15 и час- тотно-фазового детектора 22, а выходы — к входам блока 19 управления. Вход подстраиваемого генератора 18 соединен с выходом блока 19 управления. Вход формирователя 6 строб-импульсов подключен к выходу подстраиваемого генератора 18, а выход — к второму входу строб-преобразователя 1. Первый вход стробпреобразователя 11 соединен с входом устройства, а выход через последовательно включенные блок 2 памяти и буферный узел 3 - с вольтметром 4 постоянного тока. Вход фильтра 8 нижних частот подключен к выходу усилителя-ограничителя 12, а выход через фазовращатель 14 на 90 — к первому входу импульсно-фазового детектора 10 и через управляемый фаэовращатель 7 к входу формирователя 17 строб-импульсов, Управляющий вход управляемого фазовращателя 7 соединен с выходом интегратора 5. Выход . формирователя 17 строб-импульсов подключен к второму входу строб-преобразователя 11, первому входу интегратора 5 и второму входу импульсно-фазового детектора 10. Выход последнего соединен с вторым входом интегратора 5.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал (в диапазоне частот 1 (МГц-3 ГГц) преобразуется в строб-преобразователе 1 в сигнал промежуточной частоты 20 кГц, который в дальнейшем используется для регулирования частоты следования строб-импульсов и работы системы автоматической подстройки фазы на 90 о (ЛПФ 90 ), в которую входят блоки 5, 7, 8, 14 и 10. Поэтому ошибка переноса информации об уровне входного сигнала на промежуточную частоту не влияет на точность устройства. Характер выходного сигнала строб-преобразователя 1 — сигнал переменного тока. Поэтому он снимается с выхода строб-преобразователя 1 через разделительный конденсатор. Строб-преобразователи 1 и 11 — строб-преобразователи с обратной связью (с кольцевыми смесителями).

Для обеспечения работы системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) в амплитудном динамическом диапазоне

80 дБ сигнал промежуточной частоты поступает на фазовый детектор 15 через усилитель-ограничитель 12, полосовой фильтр 13 и фазовращатель 9 на 90 .

Усилитель-ограничитель 12 имеет динамику 100 дБ, а полосовой фильтр t3 характеризуется нижней частотой среза 2 кГц и верхней частотой среза

22 кГц. Данный фильтр, имея полосу пропускания 2-22 кГц, позволяет осу1177753 ществить работу системы АПЧ в режиме поиска и захвата, а затем в режиме удержания при промежуточной частоте 20 кГц. Опорный генератор 16 также. работает с частотой

20 кГц.

Выходное напряжение фазового детектора 15 поступает на усилитель 20 постоянного тока. На один из входов частотно-фазового детекто- 1О ра 22 подается импульсный сигнал от усилителя-ограничителя 12, а на другой вход — от опорного генератора 16. Пля того, чтобы сигнал промежуточной частоты имел ту же частоту (5 и фазу, что и входной сигнал, предусматривается действие кольца АПЧ.

Генератор 21 поиска вырабатывает пилообразное напряжение, меняющее частоту подстраиваемого генерато" 2о ра 18 до тех пор, пока частота промежуточного сигнала не окажется равной 20 кГц, т.е. идентичной с частотой опорного генератора 16.

Далее качание прекращается. Система 25

АЛЧ вводится в синхронизм на нужной боковой частоте. Работа устройства на одной и той же боковой частоте позволяет повысить стабильность измерений. Синусоидальный сигнал от под- 50 страиваемого генератора t8 подается на формирователь 6 строб-импульсов, который при переходе входным сигналом нулевого уровня с положительной производной формирует короткий строб35 импульс длительностью 60-80 пс, используемый в строб-преобразователе 1 для стробирования входного сигнала.

Входной сигнал устройства поступает .также на первый вход строб-преоб- 40 разователя 11, на второй вход которого подаются строб-импульсы сдвинуо

У тые на 90 относительно указанных переходов через нуль входного сигнапа, от формирователя 17 строб-импульсов. 45

Выходной сигнал строб-преобразователя 11 представляет собой напряжение постоянного тока, что определяется когерентностью и фазовыми соотношениями частот сигнала и стробирования. 50

Он снимается с выхода строб-преобразователя 11 непосредственно, без разделительного конденсатора. Фазовый сдвиг между входным сигналов и стробимпульсами, равный 90, автоматически55 поддерживается системой АПФ 90О ° При этом сигнал с выхода усилителя-ограничителя 12 через фильтр 8 нижних частот поступает через управляемый фазовращатель 7 на формирователь !7 строб-импульсов. Фильтр 8 нижних частот представляет собой фильтр Чебышева, выделяющий из выходного сигнала усилителя-ограничителя 12 (падаваемого на вход фильтра) первую гармонику частотой 20 кГц (равную частоте промежуточного сигнала). Фаза стробимпульсов с выхода формирователя 17 строб-импульсов относительно перехода входного сигнала через нуль с положительной производной равной

О

90 и поддерживается неизменной импульсно-фазовым детектором 10. В дан-. ном случае обрабатывается информация о разности фаз между строб-импульсами и сигналом на входе строб-преобразователе 11.

Интегратор 5 представляет собой усилитель постоянного тока, имеющий возможность усиливать сигнал переменного тока до частот 30 кГц. Сигналы более высокой частоты не усиливаются. Это позволяет системе АПФ 90 автоматически в режиме поддержания разности фаз 90 между сигналами отрабатывать быстрые отклонения разности фаз от 90 . Если управляющее напряжение на фазовращателе 7 положительное, разность фаз уменьшается, если отрицательное — увеличивается (с учетом знака). Для более четкого

"захвата" фазы можно подстройкой фазовращателя 14, имеющего ручную подстройку, установить максимальный уровень на вольтметре 4. При изменении частоты входного сигнала происходит, следовательно, отработка фазового сдвига управляемым фазовращателем 7 и этот процесс повторяется через период стробирования.

При уровнях входного сигнала устройства О, 1 м — 1,5 В строб-преобразователь 11 работает на линейном участке амплитудной характеристики, малое паразитное прохождение стробимпульсов на его выход несущественно, так как их длительность мала. Сигнал на выходе строб-преобразователя 11 представляет собой постоянное напряжение, равное амплитудному значению сигнала на входе устройства. На период стробирования это напряжение запоминается блоком 2 памяти и подается через согласующий буферный узел 3 на вольтметр 4, который дает информа1177753 цию об амплитудном значении сигнала, циональными возможностями строб-преобна входе устройства. Нижняя граница разователя 11 и имеет величину Q, 1 входного напряжения определяется функ- 0,5 мВ.

5

Составитель Л.Морозов

Редактор И. Николайчук Техред Ж. Кастелевич Корректор С.Черни

Заказ 5548/45 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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