Устройство для измерения фазовых характеристик

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения . Устройство содержит генератор I высокочастотных сигналов и регулят.ор 2уровня. Введение формирователя 3 боковых составляющих, фазозадающего блока 4, блока 5 восстановления несущей , демодулятора 6, индикатора 7 .и образование новых связей между элементами устройства позволяет производить определение фазовых характеристик фазометрической аппаратуры в широком динамическом.диапазоне (до 50-60 дБ) испытательных сигналов для Jлюбого заданного значения входной разности фаз с погрешностью, не превьшающей десятых долей градуса. 33.п. ф-лы. 1 ил. (П

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (Н) 1 Р 4 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Мйд„», Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21,) 3855723/24-21 (22) 11.02.85 (46) 30.07.86. Бюл. ¹- 28 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники .(72) Г.Ф. Дегтярев, С.H. Попов. и Г.Г. Красиков (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹,918882, кл. G 01 R 25/00, 1980.

Жилин Н.С. Метод поверки амплитудной погрешности фазометрических приборов. — Сб. Научное приборостроение для физических исследований, ч. 1./Под. ред. С.С. Кузнецкого

Красноярск, 1975, с. 190. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит генератор 1 высокочастотных сигналов и регулятор

2 уровня. Введение формирователя 3 боковых составляющих, фазозадающего блока 4, блока 5 восстановления несущей, демодулятора 6, индикатора 7 .и образование новых связей между элементами устройства позволяет производить определение фазовых характеристик фазометрической аппаратуры в широком динамическом. диапазоне (до

50-60 дБ) испытательных сигналов для

1 любого заданного значения входной разности фаз с погрешностью, не превьппающей десятых долей градуса.

3 з.п. ф-лы. 1 ил. С:

47690 2

c!!I налог(. Вход сигнала с частотой сдвига системы 8 ФЛПЧ с входом установочного фазовращателя 10 и образует второй вход формиро(затсля 3 боко5 Hb!x составляющих, под(спюче((н((й к одному нз в((ходов фазозадающего блока 4, Вход сигнала с частотой сдвига системы 9 ФАПЧ подключен к выходу установочного фазовращателя 10, а выход

10 этой системы ФЛПЧ образует второй выход формирователя 3 боковых составля(ощих, первый выход которого образован выходом системы 8 ФАПЧ. В свою

4 очередь, каждая из систем ФАПЧ содер15 жит подстраиваел(ый генератор, смеситель, фазовый детектор, фильтр нижних ч \cтот, управляющий элемент, замкнутые в кольцо фазовой автоподстройки частоты по вторичным биепням. Один

20 из входов смесителя образует вход . эталонного сигнала системы ФАПЧ.

Фазозадающий блок 4 (з, простейшем виде представляет собой генератор 1) сдвига, выход которого соединен с объед(н(енными входами двух фазовращателей — компенсирующего 11 и отсчетного !2. Выход компенсирующего фазовращателя 12 образует один выход фазозадающего блока 4, другой выход

ЭО блока 4 образован выходом отсчетного фазовращателя 13, Г>лок .5 восстановления несущей может быть выполнен с использованием методов однополосной модуляции. НаиЭ лучшие результаты дает приме (ение системы ФЛ11Ч по вторичным биениям, идентичной системе 8 ил((9 ФЛПЧ формирователя 3 боковых составляющих, при этом выход эталонного сигнала этой системы ФЛПЧ образует первый вход блока 5 восстановления несущей, подкюпоче(п(ый к первому выходу формирователя 3 боковых составляющих, а вход сигнала с частотой сдвига—

45 второй вход блока 5 восстановления несущей, подключенный к другому выходу фазозадающего блока 4. высокочастотных сигналов, регулятор

2 уровня, формирователь 3 боковых составляющих, фазозадающнй блок 4, блок 5 восстановления несущей, демодулятор 6, индикатор 7. Первь(((вход формирователя 3 боковых составляющих нодк(почен к выходу генератора 1 высокочастотных сигналов и образует перлу(о выходну(о клемму устройства.

Второй вход формирователя 3 боковых составляющих подкгпочен к одному из выходов фазозадающего блока 4, другой вь(ход которого соединен с вторым входом блока 5 восстановления несущей. Первый вход блока 5 восстановления несущей объединен с одним из входов демодулятора 6 н подкл(очен к первому выходу формирователя 3 боковых составляющих, второй выход которого соединен с другим входом демодулятора 6. Выход блока 5 восстановления несущей через регулятор 2 уровня соединен с третьим входом демодулятора 6, выход которого соединен с входом индикатора 7. Выход регулятора 2 уровня образует вторую выходную клемму устройства. I l2

Изобретение отпоснтся к радионзмерительной технике и л(ожет.быть использовано, для определения фазовых характеристик фазометрических устройств как в функции изменения входной разности фаз, так н в функции изменения амплитуды сигнала на нх входе.

1.(е((ь изобретения — г(овышение точности измерения путем уменьшения погре(оности, вносимой системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) при нзмепениях выходного уровня сигнала генератора.

1!а чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения фазовых характеристик содержит генератор 1

Формирователь 3 боковых составляющих может быть реализован на основе использования способов однополосной модуляции. 1!аилучшие результаты достигаются при использовании двух типовых систем ФАПЧ по вторичным биениям, вкл.оченных последовательно либо парагше((ьно. В последнем случае (см. чертеж) объединенные входы эталонного сигнала обеих систем 8 1(9 ФАПЧ образуют первый(вход формирователя 3 боковых < оставляющих и подключен к выходу генератора l высокочастотных

Дел(одулятор 6 может быть реализован на основе перемножителя (смесителя, синхронного детектора и т.п.), а также квадратичного элемента. В последнем случае демодулятор 6 содержит трехвходовой сумматор 14, входы которого одноврел(енно являются входамн демодулятора 6, квадратичный элемент 15, вход которого подключен к выходу сумматора 14, а выход соединен с входом фильтра 16. Выход

247690 у=а„+а, х+а х з фильтра 16 одновременно является выходом демодулятора 6 и соединен с входом индикатора 7. Два входа сумматора 14 подключены к выходам формирователя 3, а третий через регулятор 2 уровня — к выходу блока 5 восстановления несущей.

Устройство работает следующим образом.

На выходе генератора I

А,соя(и.! t+ ), где А,, u3,, Y, - соответственно амплитуда, частота и начальная фаза высокочастотного сигнала.

На выходах формирователя 3 боковых составляющих, соответственно

А (т.)=А cos ((! — Я)С+ Рс Ря Vк

A (t)=A cos ((cd +St)t+ + + Р +

1Г

2 где А — амплитуда боковых составляющих;

Я, Ч вЂ” соответственно частота и начальная фаза, сигнала с частотой сдвига на выходе генератора II; Р„,У состояния (фазовые сдвиги) компенсирующего 12 и установочного 10 фазовращателей соответственно.

На выходе блока 5 восстановления несущей формируется сигнал

A„(t ) =А„сов (> 1+, + о,)> где А — амплитуда выходного сигнала

H блока 5;

+0 — состояние (фазовый сдвиг) отсчетного фазовращателя 13.

Тогда испытательный сигнал на выходе регулятора 2 уровня (второй выходной клемме устройства) может быть представлен в виде

A„coз(4,1+ „+У вЂ” Ч +У ), где Аи — амплитуда исйытательного (тестового) сигнала;

Ч вЂ” фазовый сдвиг, создаваемый регулятором 2 в процессе изменения уровня выходного сигнала.

На вход квадратичного элемента 15 через сумматор 14 поступают три составляющие — боковые с выходов формирователя 3 и тестовый сигнал с выхода регулятора 2 уровня. Характеристика квадратичного элемента может быть описана полиномом второй степени вида где у — выходной сигнал квадратичного элемента 15; х — входное воздействие, в данном случае сигнал с выхода

5 сумматора 14, Фильтр 16 настроен на выделение составляющей выходного сигнала квадратичного элемента 15 с частотой Я, и после элементарных алгебраических

Ip и тригонометрических преобразований сигнал на выходе демодулятора 6 может быть записан как .

Ч„

A> cos (М â€” — 2 + Ре — Рк) cos (gt+ + +

15 Чу П

+V+ ---+ — )

2 2 где А — максимальное значение ампли8 туды этого сигнала.

Нулевые показания индикатора 7 обеспечиваются при ч у ч + — —" = +(2n-I)—

2 2 где n=0,1,2,...

В процессе измерения фазовых ха25 рактеристик фазометрических устройств значение Ч „ поддерживается постоянным, тогда

Ч „ П

y -y +М = — + (2n;I) — =const. (1)

2 2

В то же время разность фаз сигналов на выходных клеммах устройства (2)

Сравнивая (1) и (2) видим, что условие постоянства выходной разности фаз и условие обеспечения нулевых

35 показаний индикатора 7 совпадают и, следовательно, поддерживая 8 процес, се измерения фазовых характеристик (по нулевым показаниям индикатора 7)

40 можно обеспечить заданное значение разности фаз, определяемое т8лько состоянием отсчетного фазовращателя 13

ВЫХ

Можно выделить три основных режи45 ма работы устройства, Калибровка устройства. Компенсирующий фазовращатель 12 устанавливают в состояние, соответствующее нулевому фазояому сдвигу, регулятор

2 уровня - в режим, соответствующий прямому прохождению сигнала с выхода блока 5 восстановления несущей на вторую выходную клемму устройства, отсчетным фазовращателем 13 устанавSS ливают заданное значение выходной разности фаэ, установочным фазовращателем 10 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 7.

1247690

Измерение фазоамплитудных характеристик исследуемого образца — фазометра (поверка по фазоамплитудной погрешности). Производят калибровку устройства, как описано выше. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение уровня выходного сигнала, компенсирующим фазовращателем 12 восстанавливают нулевые (ми- 1п нпмальные) показания индикатора 7, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Затем регулятором 2 уровня про.изводят изменение амплитуды выходного (тестового) сигнала на заданную величину, компенсирующим фазовращателем 12 восстанавливают нулевые показания индикатора 7, производят отсчет показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровняиспытательного сигнала дает искомое значение ФАХ (фазоамплитудную погрешность). Последова- 25 тельно задавая ряд значений уровня тестового сигнала, отрабатывая компенсирующим фазовращателем 12 возникающие при этом в регуляторе 2 уров-! ня фазовые сдвиги (по нулевым или ц минимальным показаниям индикатора 7), с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех значешш искомой ФАХ для заданного значения выходной разности фаз тестового сигнала. Установив отсчет-— ный фаэовращатель 13 в другое состояние и повторив в указанной последовательности вышеприведенные операции по калибровке устройства, нахо- 40 дят-фазоамплитудную характеристику исследуемого образца для нового значения разности фаз испытательного сигнала.

Йзмерение фазовой характеристики исследуемого образца в функции изменения входной разности фаз (поверка по линейности). Производят калибровку устройства согласно вышеописанному. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение амплитуды тестового сигнала и компенсирующим фазовращателем 12 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые 55 сдвиги. Последовательно задавая отсчетным фазовращателем необходимые приращения выходной разности фаз и регистрируя каждый раз показания индикатора испытуемого образца, производят определение искомой характеристики для заданного значения амплитуды испытательного сигнала. Регулятором 2 уровня устанавливают новое значение амплитуды тестового сигнала и с помощью компенсирующего фазовращателя 1? по нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые сдвиги. Повторив в указанной последовательности вышеописанные операции, определяют искомую характеристику для нового значения уровня испытательного сигнала и т.д.

В предлагаемом устройстве фазовые сдвиги, возникающие в процессе регулировки уровня испытательного сигнала, отрабатываются путем введения в канал тестового сигнала компенсирующих фазовых сдвигов, определяемых с помощью фазочувствительного элемента, выполненного на основе обработки амплитудно-модулированного сигнала

AN с подавленной несущей. Поскольку фазоамплитудная погрешность таких элементов по сравнению с другими элементами аналогичного назначения принципиально на один-два порядка меньше, то реально Достижимая погрешность измерения фазовых характеристик фазометров с помощью предлагаемого устройства составляет десятые и сотые доли градуса. Действительно, устройство позволяет производить определение фазовых характеристик фазометрической аппаратуры в широком динамическом диапазоне (до 50-60 дБ) испытательных сигналов для любого заданного значения входной разности фаз с погрешностью, не превышающей десятых долей градуса, что на один — два порядка лучше, чем измерение указанных характеристик с помощью известных устройств.

Фо р м ул а из о б р е те ни я

1, Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее генератор высокочастотных сигналов и регулятор уровня, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнитель»о введены формирователь боковых составляющих, фазоэадающий блок, блок восстановления несущей, демодулятор

1247690

Составитель В. Шубин

Редактор Л. Веселовская Техред 0.Гортвай Корректор С ° Ш р

Заказ 4115/40 Тираж 728 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и индикатор, при этом первый вход формирователя боковых составляющих соединен с выходом генератора высо-, кочастотных сигналов, второй вход формирователя боковых составляющих соединен с первым выходом фазозадающего блока, второй выход которого соединен с первым входом блока восстановления несущей, второй вход которого соединен с первым входом демодулятора и с первым выходом формирователя боковых составляющих, а выход блока восстановления несущей через регулятор уровня соединен с вторым входом демодулятора, третий .вход которого соединен с вторым выходом формирователя боковых составляющих, а выход демодулятора соединен с входом индикатора, при этом выход генератора высокочастотных сигналов является первым выходом устройства, а выход регулятора уровня — вторым выходом.

2. Устройство по п. 1, о т л и- 25 ч а ю щ е е с я тем, что демодулятор содержит последовательно соединенные трехвходовой сумматор, квадратичный элемент, фильтр, причем входы сумматора являются входами демоду-щб лятора, а выход фильтра — выходом демодулятора.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь боковых составляющих состоит из двух систем фазовой автоподстройки частоты по вторичным биениям и фазовращателя, причем входы эталонного сигнала обеих систем фазовой автоподстройки частоты объединены и являются первым входом формирователя боковых составляющих, вход сигнала с частотой сдвига первой системы фазовой автоподстройки частоты является вторым входом формирователя боковых составляющих, вход сигнала с частотой сдвига второй системы фазовой автоподстройки частоты соединен с вторым входом .формирователя боковых составляющих через фазовращатель, выходь1 систем фазовой автоподстройки частоты являются соответственно первым и вторым выходами формирователя боковых составляющих.

4. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с.я тем, что блок восстановления несущей выполнен в виде системы фазовой автоподстройки частоты bio вторичным биения р, при этом вход эталонного сигнала системы фазовой автоподстройки частоты является первым входом блока восстановления несущей, вход сигнала с частотой сдвига системы фазовой автоподстройки частоты является вторым входом блока восстановления несущей.