Устройство для контроля фазочастотных характеристик каналов связи

 

Изобретение относится к электросвязи. Цель изобретения - повышение точности. Устр-во содержит входной |блок 1 согласования, выпрямитель 2, блок 3 вьщеления тактовой частоты, частотный детектор 4, фильтр нижних частот (ФНЧ)5, индикатор 6, г-р 7 импульсов , выходной блок 11 согласования , соединенный с каналом 12 связи, коммутаторы 14, 24. С целью повышения точности в устр-во введены на передающей стороне последовательно соединенные коммутатор 8, делитель частоты 10 и счетчик 9, а на приемной стороне последовательно соединенные ФНЧ 18, выпрямитель 20, блок усреднения 21 и масштабный усилитель 22, умножитель частоты 13, блок селекции 15, блок определения начального фазового сдвига 16, формирователь импульсов 17, блок 19 определения знака наклона ФЧХ, коммутатор 23, блок 25 вычитания. 5 ил. (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 Н 04 В 3 46

gr„pe И уу gq

j13., „, ц

Вчийй Г",. Г.4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3990916/24-09 (22) 12. 12.85 (46) 07. 05. 88. Бюл. У 17 (71) Всесоюзный заочный электротехнический институт связи (72) В.А.Абрамов (53) 62 1.395.664(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1084996, кл. Н 04 В 3/46, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ СВЯЗИ (57) Изобретение относится к электросвязи. Цель изобретения — повышение точности. Устр-во содержит входной ,блок 1 согласования, выпрямитель 2, блок 3 выделения тактовой частоты, частотный детектор 4, фильтр нижних

„.$0„„)ЩЯЩ А1 частот (ФНЧ) 5, индикатор 6, г-р 7 импульсов, выходной блок f 1 согласования, соединенный с каналом 12 связи, коммутаторы 14, 24. С целью повышения точности в устр-во введены на передаюшей стороне последовательно соединенные коммутатор 8, делитель частоты 10 и счетчик 9, а на приемной стороне последовательно соединенные ФНЧ 18, выпрямитель 20, блок усреднения 21 и масштабный усилитель

22, умножитель частоты 13> блок селекции 15, блок определения начального фазового сдвига 16, формирователь импульсов 17, блок 19 определения знака наклона ФЧХ, коммутатор 23, блок 25 вычитания. 5 ил.

1394440

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для контроля фазочастотных характеристик каналов связи.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема устройства для контроля фазочастотных характеристик каналов связи; на фиг ° 2 — то же, блока селекции; на фиг ° 3 - то же, блока определения начального фазового сдвига; на фиг. 4 — то же, блока определения знака наклона фазочастот- 15 ной характеристики; на фиг. 5 — вре" менные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для контроля фазочастотных характеристик каналов связи (фиг. 1) содержит входной блок 1 согласования, первый выпрямитель 2, блок 3 выделения тактовой частоты, частотный детектор 4, первый фильтр 5 нижних частот, индикатор 6, генератор 7 импульсов, коммутатор 8, счетчик 9, делитель 10 частоты, выходной блок 11 согласования, соединенный с каналом 12 связи, умножитель 13 частоты, первый коммутатор 14, блок 15 селекции, блок 16 определения начального фазового сдвига, формирователь

17 импульсов, второй фильтр 18 нижних частот, блок 19 определения знака наклона фазочастотной характеристики, второй выпрямитель 20, блок

21 усреднения, масштабный усилитель

22, третий 23 и второй 24 коммутаторы и блок 25 вычитания.

Блок 15 селекции (фиг. 2) содержит первый 26, второй 27 и третий 28 фор- 4О мирователи импульсов, элемент 29 задержки, блок 30 дифференцирования, блок 31 запрета и фильтр 32 нижних частот.

Блок 16 определения начального фазового сдвига (фиг. 3) содержит ключ 33 усилители 34 и 35, фильтры

36 — 38 некиих частот, функциональные преобразователи 39 — 41, инвертор 42, сумматор 43, блок 44 деления и блок 50

45 сравнения.

Блок 19 определения знака наклона фаэочастотной характеристики (фиг.4) содержит коммутатор 46, диоды 47 и 48, инвертор 49, фильтр 50 нижних 55 частот и формирователь 51 импульсов.

Устройство работает слепуюшим образом.

Ф

Сигнал, проходя по каналу 12 связи, имеющему реактивность, приобрета- ет на его выходе постоянный фазовый сдвиг. При этом для разных частот этот фазовый сдвиг различный. Значит, между днумя разными частотами также есть фазовый сдвиг, который растет с увеличением этой разности частот.

В пределе фазовый сдвиг аср полученный на измеряемой частоте ы, относительно нулевой частоты, есть модуль фазы сигнала с частотой а, на выходе канала 12 относительно его входа при условии, что фазовый сдвиг на нулевой частоте отсутстнует. В соответствии с этим измеряется модуль фазы lq I для частоты Ю, относительно низкой частоты Q . Возникающую при этом погрешность можно скорректировать путем умножения результата измерения на соответствующий коэффициент с о

)ч1=ч о и м ц у, Однако значение (cp, не дает представления ни о знаке фазы, ни об ее истинной величине в случае, когда на частотах, близких к О, имеется начальный фазовый сдвиг cp„ .

Для нахождения величины начального фазового сдвига на низкой частоте испытательного сигнала используется соотношение

Бг+ц ц„=агс 1я — — -"-, 1<е где U, — напряжение первой гармоники в импульсном испытательном сигнале низкой частоты на входе канала 12 снязи;

U, — напряжение первой гармоники в импульсном испытательном сигнале низкой частоты на

его выходе.

Способом определения знака начального фазового сдвига rp является кратковременное изменение входного сопротивления входного блока 1 согласования. Если при уменьшении его входного сопротивления ц „ незначительно увеличивается или остается тем же, то это свидетельствует об емкостном характере начального фазового сдвига, если же уменьшается, то это свидетельство индуктивного характера начального фазового сдвига.

Для нахождения знака фазы используется свойство фаэочастотной характерис гики (ФЧХ), в соответствии

:3

13944 которым в возрастающем характере

ФЧХ изменения ча" òîòû от низкой к высокой соответствует приращение фазы с положительным знаком, а при падающем характере ФЧХ тому же приращению частоты соответствует приращение фазы с отрицательным знаком. Знак наклона ФЧХ может быть обнаружен с помощью блока 19.

Таким образом, фаза сигнала ц, частоты и, на выходе канала 12 связи относительно его входа находится через приращение фазы ь(„,„ между частотой (о и низкой частотой близкой к О. При отсутствии начального фазового сдвига с „ на частоте

Q величина

+o

= + q =+ц о — о изм Ь Ь 20

При наличии начального фазового сдвига ц„ на частоте Q, величина по = Чо 1 "- н °

Для этого импульсы с выхода генератора 7 (фиг. 5а) подаются на инфор- 25 мационный вход коммутатора 8 и на вход счетчика 9. Последний отсчитыва- . ет заданное количество импульсов от генератора 7 и выдает на своем выходе скачок напряжения из О в 1. Это напря-ЗО жение (фиг. 56) поступает на управляющий вход коммутатора 8, и под его воздействием коммутатор 8 подключает генератор 7 к делителю 10 который преобразует высокочастотный сигнал генератора 7 в низкочастотные импульсы. Этим же скачком напряжения счетчик .9 сбрасывается в исходное положение и начинается новый цикл счета, в конце которого происходит скачок напряжения из 1 в О. Это нулевое напряжение, поступая на управляющий вход коммутатора 8, воздействует на него так, что он подключает генератор 7 непосредственно к входу выход- 45 ного блока 11 согласования, минуя делитель 10. Таким образом, на входе выходного блока 11 согласования появляются то низкочастотные, то высокочастотные импульсы (фиг. 5Ь). Выходной блок 11 согласования служит для согласования с каналом 12 связи.

Согласование осуществляется по сопротивлению, амплитуде сигнала и типу сигнала (однополярная двоичная после- 55 довательность или квазитроичный сигнал) .

Сигнал с выхода выходного блока 11 согласования после его прохождения

4t)

4 через канал !2 связи (фиг. 5z) поступает на вход выходного блока 1 согласования, который осуществляет согласование с каналом 12 связи. Согласование производится по входному сопротивлению и амплитуде сигнала, при этом входное сопротивление этого блока можно кратковременно изменять.

Импульсная последовательность с выхода входного блока 1 согласования подается на вход первого выпрямителя 2, осуществляющего оцнополуперио дичное выпрямление однополярного сигнала (фиг. 5 ) или двухполупериодное выпрямление квазитроичного сигнала.

Эта же последовательность подается также на пнформациоИньп вход блока 1б определения начального фазового сдвига. В нем при подаче низкочастотной части испытательного сигнала осуществляется определение начального фазового сдвига по соотношению первых гармоник этого низкочастотного сигнала на входе и выходе канала 12.

Включение в работу блока 16 только при низкочастотном испытательном сигнале осуществляется путем подачи на его управляющий вход управляющего сигнала с выхода блока 15 селекции, который селектирует импульсы по частоте.

Умножитель 13 необходим для ïîâûшения частоты низкочастотной части испытательного сигнала перед подачей

его на блок 3 выделения тактовой частоты.

Сигнал с умножителя 13 частоты (фиг. 5t ) поступает на вход первого коммутатора 14, на управляющий вход которого подаются импульсы (фиг.5Ж) от блока 15. Под действием этих импульсов первый коммутатор 14 пропускает на свой выход либо высокочастотную часть испытательного сигнала с выхода первого выпрямителя 2, либо низкочастотную часть этого сигнала с выхода умножителя 13.

Блок 15 служит для обнаружения высокочастотной и низкочастотной частей испытательного сигнала и выдачи при их появлении управляющих сигналов.

Сигнал логической единицы действует на выходе блока 15 в течение всей серии высокочастотных импульсов испы- тательного сигнала, а логического нуля — в течение всей серии низкочастотных импульсов этого сигнала.

Импульсный сигнал с выхода первого коммутатора !4 поступает на вход фор5 13944 .мирователя 17, служащего для уменьшения длительности импульсов и, тем самым, увеличения в них амплитуд высокочастотных гармоник, что необходимо для устойчивой работы блока 3.

Блок 3 выделения тактовой частоты, соединенный своим входом с выходом формирователя 17, служит для получе" ния регулярного тактового колебания .одной частоты из приходящего испытательного сигнала двух разных, но кратных, частот, В простейшем случае блок 3 представляет собой узкополосный фильтр, настроенный на высокочастотную часть испытательного сигнала или на его ближайшую гармонику, и формирователь прямоугольных импульсов.

При поступлении в блок З,высокочастотной части испытательного сигнала, имеющего после прохождения через канал 12 связи определенный фазовый сдвиг, узкополосный фильтр, входящий в состав блока 3, начинает подстраиваться под фазу этих возбуждающих им- 25 пульсов, т.е. фазы сигнала на выходе блока 3, например, возрастают. Однако по мере приближения фазы сигнала на выходе блока 3 к фазе возбуждающих высокочастотных импульсов на его входе приращение фазы колебания на выходе блока 3 уменьшается и при точном совпадении фаз на входе и выходе это приращение становится равным нулю.

С приходом низкочастотной части испытательного сигнала, имеющего совершенно другой фазовый сдвиг, фильтр блока 3 перестраивается под эту фа"

sy и т.д, Таким образом, в регулярном тактовом колебании с выхода блока 3 (фиг. 5),u) постоянно меняются 40 приращения фазы. Такой сигнал является фазомодулированным. В фазомодулированном сигнале вместе с флуктуациями фазы происходит и флуктуация частоти.

Для выделения огибающей этих фазовых флуктуаций служит частотный детектор и совместно с первым фильтром 5 нижних частот напряжение с выхода первого фильтра 5 в виде косину- 50 соидальных импульсов положительной и отрицательной полярности (фиг.5к), амплитуда которых определяется разностью фаз между низкочастотной и высокочастотной частями испытательного 55 сигнала, поступает далее во второй фильтр 18 низких частот и в блок 19 определения знака наклона фазочастот40 6 ной характеристики. При положительФ ном знаке наклона фазочастотной характеристики канала 12 связи на выходе блока 19 появляется сигнал логической единицы, при отрицательном знаке наклона ФЧХ - логического нуля.

Эти сигналы остаются на выходе блока 19 в течение всего сеанса измерений.

Сигнал с выхода первого фильтра 5 подается также Во второй фильтр 18 нижних частот, служащий для фильтрации остатков высокочастотного тактового колебания, а, также подавления фазовых флуктуаций, вызванных наложением шумов, на испытательный сигнал при прохождении его через канал 12 связи. К-его выходу подключен второй выпрямитель 20, представляющий собой двухполупериодную схему и служащий для выпрямления напряжения огибающей фазовых флуктуаций.

Для исключения пульсаций выпрямленного напряжения (фиг. 5л) оно подается с выхода второго выпрямителя

20 в блок 21 усреднения.

Постоянное напряжение с выхода блока 21 усреднения поступает затем на вход масштабного усилителя 22, служащего для внесения поправки на о множитель — — —, при измерении ) y,1 о

Величина этого множителя определяет выбор коэффициента усиления масштабного усилителя 22, представляющего собой усилитель постоянного тока.

При измерении фазовых сдвигов ар между любыми частотами коэффициент усиления масштабного усилителя берется равным 1.

Сигнал с выхода масштабного усилителя 22 подается на вход второго коммутатора 24. На его управляющий вход, а также на управляющий вход третьего коммутатора 23 приходит сигнал блока 19 определения знака наклона фазочастотной характеристики.

Если знак наклона фазочастотной характеристики положительный, на управляющие входы второго 24 и третьего 23 коммутаторов поступает сигнал логической единицы с выхода блока 19.

Под действием этого напряжения сиг" нальный вход второго коммутатора 24 соединяется с его первым выходом, который, в свою очередь, подключен к первому (прямому) входу блока 25 вычитания. Одновременно под действием

1394440 этого же управляющего напряжения информационный вход третьего коммутатора 23 соединяется с его первым выходом, который, в свою очередь, подключен к второму (инверсному) входу блока 25. В результате вычитания двух постоянных напряжений формируется напряжение, пропорциональное фазе .сигнала на выходе канала 12 связи относительно его входае .Это напряжее ние, знак которого. определяется разностью напряжений на входе блока 25, подается на индикатор 6.

Если знак наклона ФЧХ отрицательный, на управляющие входы второго 24 и третьего 23 коммутаторов поступает сигнал логического нуля. Под действием этого сигнала информационный вход второго коммутатора 24 соединяется с его вторым выходом, который, в свою очередь, подключен к второму входу блока 25. Одновременно под действием этого управляющего напряжения информационный вход третьего коммута-25 тора 23 соединяется с его вторым выходом, который, в свою очередь, подключен к первому входу блока 25. Напряжение с его выхода, знак которого определяется разностью напряжений на его входе, подается на индикатор 6.

При измерениях фазовых сдвигов aq между любыми частотами, подаваемыми в канал 12 связи, сигнал на информационный вход третьего коммутатора.

23 не подается. 35

Блок 3 работает по принципу селекции импульсов по длительности. На- . чальный фазовый сдвиг в блоке 16 определяется по результатам сравнения напряжений первой гармоники на входе и выходе канала 12. Поскольку напряжение первой гармоники низкочастотной части испытательного сигнала на входе канала 12 априорно известно, оно представляется в виде известного напряжения постоянной величины. Для определения напряжения первой гармо" ники после прохождения через канал 12 используется конструкция блока 16 (фиг. 3). Импульсный сигнал поступает5О на вход ключа 33, который пропускает только низкочастотную часть испытательного сигнала по команде от блока 15 селекции. Далее эти импульсы поступают на усилитель 34, который 55 доводит их пиковое значение до величины, ранкой пиковому значению этих же импульсов на входе канала 12 связи. Следовательно, если плоская часть импульсов не искажена, напряжение первой гармоники в них такое же как и на входе канала 12, если искажена, то меньше. Выделение напряжения первой гармоники из импульсов осуществляется с помощью фильтра 36 нижних частот. Далее это напряжение выпрямляется, фильтруется и подается в функциональный преобразователь 39, осуществляющий операцию возведения в квадрат (U, ). Напряжение с его выхода после инвертирования в инверторе 42 подается на вход сумматора 43, на другой вход которого подается постоянное напряжение, пропорциональное U . Ha выходе сумматора 43 напряжение, пропорциональное U2-0 которое поступает затем на вход функционального преобразователя 40, выполняющего операцию извлечения квадратного корня. На его выходе напряжение, пропорциональное fU -U Далее сигнал подается на вход блока 44 деления, на другой вход которого поступает сигнал с выхода фильтра 38.

На выходе схемы деления напряжение, пропорннонепьное ГПЯ /П,е . Зто напряжение подается на вход функционального преобразователя 41, выполняющего операцию y=arct х. Сигнал с его выхода q =are tg U2-U ., /U, подается затем на вход третьего коммутатора 23.

Формула изобретения

Ус трой с тво для контр оля фаз очасжотных характеристик каналов свя»;: зи, содержащее на передающей стороне генератор импульсов и выходной блок согласования, выход которого является входом канала связи, а на приемной стороне — входной блок согласования, вход которого является выходом канала связи, последовательно соединенные блок выделения тактовой частоты, частотный детектор и первый фильтр нижних частот, первый выпрямитель, первый и второй коммутаторы и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены на переданхцей стороне последовательно соединенные коммутатор, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, делитель частоты, выход которого обьединен с другим выходом коммутатора и соеди» нен с входом выходного блока согласо1394440

10 вания, и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход — с управляющими входами коммутатора, делителя частоты и выходного блока согласования, а на приемной стороне — последовательно соединенные второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, второй выпря- 1О митель, блок усреднения и масштабный усилитель, выход которого соединен с сигнальным входом второго коммутаI тора, умножитель частоты, вход которого объединен с первым сигнальным входом первого коммутатора и соединен с выходом первого выпрямителя, а выход соединен с вторым сигнальным входом первого коммутатора, формирователь импульсов, вход которого со» единен с выходом первого коммутатора, а выход — с входом блока выделения тактовой частоты, блок определения знака наклона фазочастотной характеристики, первый вход которого д5 соединен с выходом первого фильтра нижних частот, блок селекции, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а выход — с управляющим входом первого коммутатора и с вторым входом блока определения знака наклона фазочастотной характеристики, блок определения начального фазового сдвига, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами входного блока согласования и блока селекции, блок вычитания, выход которого соединен с входом индикатора, и третий коммутатор, сигнальный вход которого соединен с выходом блока определения начального фазового сдвига, управляющий вход объединен с уп" равляющим входом второго коммутатора и соединен с выходом блока определения знака наклона фазочастотной характеристики, а первый и второй выходы объединены соответственно с первым и вторым выходами второго коммутатора и соединены соответственно с первым и вторым входами блока выч итания.

1;оставитель Э.Борисов

Редактор О.Головач Техред М.Ходанич Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2239/56 Тираж ббО Подписное

В11ИИ11И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое йредприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4