Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик
Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет расширить функциональные возможности устройства. Передающая часть устройства содержит генератор 1 несущей частоты, а приемная - идеальный ограничитель 6, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, усредняющий фильтр 8 и индикатор 9. Введение в передающую часть устройства амплитудного модулятора 2 и источника 3 модулирующих сигналов, а в приемную часть частотного детектора 10, интегрирующего фильтра 11 и гетеродина 12 обеспечивает возможность измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи и нелинейных устройств с некогерентными входными и выходными колебаниями. В описании приведен пример реализации источника 3 модулирующих сигналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. SS о: с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU»1401397 (50 4 6 01 R 25 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4096033/24-21 (22) 23.07.86 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича (72) Г. В. Антонов и И. В. Гуревич (53) 621.317.7 (088.8) (56) Крылов Г. М. и др./ Под ред. Г. М. Крылова Амплитудно-фазовая конверсия. М.:
Связь, 1979.
Патент США № 4025848, кл. Ci Ol R 25/00, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ФАЗОАМПЛИТУДНЪ|Х ХАРАКТЕРИСТИК (57) Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет расширить функциональные возможности устройства.
Передающая часть устройства содержит генератор 1 несущей частоты, а приемная— идеальный ограничитель 6, элемент ИСКЛЮЧАЮШEE ИЛИ 7, усредняющий фильтр 8 и индикатор 9. Введение в передающую часть устройства амплитудного модулятора 2 и источника 3 модулирующих сигналов, а в приемную часть частотного детектора !О, интегрирующего фильтра 11 и гетеродина 12 обеспечивает возможность измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи и нелинейных устройств с некогерентными входными и выходными колебаниями. В описании приведен пример реализации источника 3 модулирующих сигналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
1401397
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-фазовой конверсии раз личных нелинейных четырехполюсников (усилителей, ограничителей и т.д.) и каналов связи.
Амплитудно-фазовой конверсией называют изменение фазы выходного высокочастотного синусоидального колебания при изменении амплитуды (уровня) колебания на входe устройства. Амплитудно-фазовая конверсия присуща многим СВЧ-устройствам при использовании их в нелинейном режиме.
Типичным представителем устройства с амплитудно-фазовой конверсией является лампа бегущей волны при использовании ее в режиме, близком к насыщению. Основным показателем амплитудно-фазовой конверсии является фазоамплитудная характеристика, т.е. зависимость изменения фазы выходного колебания от амплитуды на входе.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в обеспечении возможности измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи и нелинейных устройств с некогерентными входными и выход, ными колебаниями.
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для измерения фазоамплитудных характеристик; на фиг. 2 функциональная схема источника модулируюгцих сигналов; на фиг. 3 — временные диаграммы сигналов на выходе источника модулирующих сигналов (а), на выходе модулятора (б), на выходе генератора тактовой частоты (в) и на управляющем входе мультиплексора (г).
Передающая часть устройства для измерения фазоамплитудных характеристик состоит из трех основных узлов: генератора 1 несущей частоты, выход которого соединен с входом амплитудного модулятора 2 и источника 3 модулирующих сигналов, выход которого соединен с модулирующим входом модул ято р а 2.
Приемная часть содержит следующие узлы: линию 4 задержки, последовательно соединенные преобразователь 5 частоты, идеальный ограничитель 6, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, усредняющий фильтр 8 и индикатор 9, последовательно соединенные частотный детектор 10, интегрирующий фильтр 11 и гетеродин 12, выход которого соединен с преобразователем 5 частоты, выход идеального ограничителя 6 соединен с входом частотного детектора 10 и входом линии 4 задержки, выход которой соединен с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7.
Источник 3 модулирующих сигналов содержит генератор 13 тактовых импульсов, выходом соединенный с делителем 14 частоты на два, последовательно соединенные информационными цепями и-разрядные мультиплексор 15, регистр 16 хранения и циф5
2 роаналоговый преобразователь 17, выход которого является выходом источника 3 модулирующих сигналов, а также блок и-переключателей 18 на два положения, выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами мультиплексора 15, первые входы которого соединены с источником 19 уровня логической единицы, с которым соединены также первые входы п-переключателей, вторые входы которых соединены с источником 20 уровня логического нуля, выход генератора 13 тактовых импульсов соединен с синхронизированным входом регистра 16 хранения, а выход делителя 14 частоты соединен с управляющим входом мультиплексора 15. Входная клемма 21 исследуемого канала связи соединена с выходом амплитудного модулятора 2, а выходная клемма 22 — с высокочастотным входом преобразователя 5 частоты.
Рассмотрим работу устройства для измерения фазоамплитудных характеристик.
Передающая часть устройства формирует амплитудно-манипулированный сигнал (фиг. Зб). Он представляет собой следующие дриг за другом пары посылок равной длительности Т, причем амплитуда Ь, первых посылок пар фиксирована, а амплитуда U-, вторых посылок пар устанавливается в процессе измерения и может принимать значения от нуля до U,(О (U„(V,).
Значение несущей частоты обуславливается входной частотой исследуемого объекта. Сигнал, подаваемый на входную клемму
2l канала связи, вырабатывается путем амплитудной модуляции колебания несущей частоты кварцевого генератора 1. Модулирующий сигнал (фиг. 3a) вырабатывается источником 3 сигнала, основу которого составляет цифроаналоговый преобразователь 17. На вход цифроаналогового преобразователя 17 в течение первой посылки пары от регистра 16 хранения поступает двоичный цифровой код, содержащий логические единицы во всех разрядах, что обуславливает максимальное значение выходного напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 1?. В течение второй посылки пары на вход цифроаналогового преобразователя 17 поступает цифровой код, устанавливаемый переключателями 18, диапазон изменения этого кода — от логических нулей во всех разрядах до логических единиц во всех разрядах, что обеспечивает выполнение указанного неравенства.
Переключение п-разрядного двоичного кода при переходе от первой посылки ко второй осуществляется и-разрядным мультиплексором 15. Длительность Т посылок задается генератором 13 тактовых импульсов (фиг. Зв), а управление переключением мультиплексора 15 осуществляется выходным напряжением делителя 14 частоты на два (фиг. Зг).
Приемная часть измерителя работает следующим образом.
1401397
Ц у ™ (2
Fi (8) 3
Обозначим сигнал на посылке с неменяющейся амплитудой Ue(t), а на посылке с изменяемой амплитудой — U„(t):
U,(t) = V,cos iiut; (1)
U, (t) = U„cosa t, (2) где м„„ — частота генератора 1 (начальная фаза тестовых сигналов без потери общности может быть принята равной нулю).
Величина U„e процессе снятия фазоамплитудной характеристики меняется от 0 до UсАмплитудно-манипулированный сигнал, проходя через измеряемый объект, обладающий свойством амплитудно-фазовой конверсии, приобретает дополнительную фазовую манипуляцию.
Сигналы на входе преобразователя 5 на соответствующих посылках U, и U„ будут иметь вид
U, = U,cos (ОэпР1+ 1); (3)
U„= V„COS (03с р1+ 2), где Q)np — частота на выходе канала связи, в общем случае не совпадающая с частотой Q)na.
После прохождения через преобразователь 5 сигналы приобретают вид
U,(t) =„U",cos (pt+rpi);
U„ (t) = U„cos ( Преобразователь 5 используют для понижения частоты, что позволяет снизить требования к быстродействию последующих элементов и тем самым повысить точность измерений. После преобразователя частоты сигнал поступает на идеальный ограничитель 6, на выходе которого сигналы, манипулированные по амплитуде и фазе, превращаются в фазоманипулированные сигналы вида U,(t) = Upsign (cos( U, (t) = Ups1gtl (cos ( Задержанное в линии 4 задержки на время Т колебание U",(t) поступает на один из входов логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а на другой ее вход поступает колебание U„(t) . На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сигнал будет иметь вид 11 (t) =11...Г (U,(t — Т) ° U„(t) ) (6) на нечетных интервалах Т и () (1) =11- F (U „"(t — Т) 11, (t) ) (7) на четных интервалах Т. Если принять, что элемент 7 питается от положительного и отрицательного источников питания с равными напряжениями и что усредняющим фильтром 8 выделяется постоянная составляющая, то в пределах изменения разности фаз,меньших +90; выходное напряжение фильтра 8 при условии, что ьюТ=кП может быть представлено выражением 4 где Л р= р — yi — измеряемая разность фаз; М вЂ” масштабный коэффициент, зависящий от напряжения питания и параметров фильтра 9. Как показывает (8), шкала индикатора 9 является линейной. Частотный детектор 10 осуществляет жест кую связь между временем Т задержки в линии задержки и промежуточной частотой прибора и>.. В реальных системах значение частоты ur„медленно меняется. Это привопреобразователя 5 отличается от сто, что вызывает погрешность измерения. В данном измерителе при отклонении частоты на выходе преобразователя 5 от значения сто на выходе частотного детектора появляется сигнал ошибки, который изменяет частоту управляемого гетеродина 12 до тех пор, пока частота на выходе преобразователя 5 не станет достаточно близкой к ао. Сигнал ошибки проходит через интегрирующий фильтр 11, постоянная времени интегрирующего фильтра 11 значительно больше Т, что обеспечивает подавление шумов в такте автоматической подстройки частоты. Переключатели 18 устанавливаются в положение -«Все единицы», что соответствует U-., = U,. Показания индикатора при этом максимальны и соответствуют Л р = О. Нулевое отклонение индикатора соответствует Л р = 90 . Шкала индикатора является линейной. Меняя при помощи переключателей значение U-, от U, до О, получаем на индикаторе соответствующие значения Л . Набор значений является двоичным. Набранное значение U-, определяется следующим образом: где К;=О, если соответствующий переключатель в положении «О», и К; = 1, если соответствующий переключатель в положении «1». Большинство узлов устройства реализуется на интегральных микросхемах, таких как цифроаналоговый преобразователь К1118ПА1, регистр хранения К500ИР141, мультиплексор, К500ТМ173, генератор тактовой частоты К500ЛМ105 с кварцевым резонатором в цепи обратной связи, делитель частоты на два К500ТМ131. Амплитудный модулятор и преобразватель частоты выполняются на микросхемах К174ПС1 или К526ПС1, в качестве идеального ограничителя можно использовать компаратор на микросхеме К597СА1, опорный вход которого соединен с шиной нулевого потенцила элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ К500ЛП107, частотный детектор К174УРЗ. В качестве линии задержки удобно использовать отрезок коаксиального кабеля, если 1401397 время задержки менее 1 мкс. При больших длительностях целесообразнее исполь, зовать линию задержки на 1 С-элементах. Фильтр 8 реализуется как фильтр нижних частот на 1 С-элементах, индикатором может служить любой вольтметр, например стрелочный, шкала которого проградуирована в градусах в пределах от 0 до 90 . Фильтр 11 — пропорционально интегрирующий — выполняется, например, на RC-элементах. Генераторы 1 и 13 выполняются на транзисторах, частота генератора 1 стабили зируется кварцевым резонатором, а час тота генератора 13 управляется варикапом. С помощью устройства для измерения l фазоамплитудных характеристик можно про извести прямые измерения амплитудно-фазовой конверсии каналов связи. Форула изобретения l. Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик, содержащее генератор несущей частоты, входную и выходную клеммы для подключения исследуемого канала связи, последовательно соединенные . идеальный ограничитель, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, усредняющий фильтр и индикатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи с некогерентными входными и выходными сигналами, в него введены на входе исследуемого канала связи источник модулирующих сигналов и амплитудный модулятор, высокочастотный вход которого соединен с генератором несущей частоты, управляющий вход — с выходом источника модулирующих сигналов, а выход — с входной клеммой исследуемого канала связи, на выходе исследуемого канала связи введены линия задержки и последовательно соединенные частотный детектор, интегрирующий фильтр, гетеродин и преобразователь частоты, высокочастотный вход которого соединен с выходной клеммой исследуемого канала связи, а выход — с входом идеального ограничителя, выход которого соединен с входом частотного детектора и входом линии задержки, выход котоf5 рой соединен с вторым входом логического элемента ИСКЛ ЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ. 2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что источник модулирующих сигналов содержит генератор тактовых импульсов, выходом соединенный с делителем частоты 20 на два, блок из п переключателей на два положения, последовательно соединенные информационными цепями и-разрядные мультиплексор, регистр хранения и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом источника модулирующих сигналов, первые входы всех разрядов мультиплексора соединены с источником уровня логической единицы, а вторые входы — с и выходами блока переключателей на два положения, первые входы которого соединены с источником уровня логической единицы, а вторые входы — с источником уровня логического нуля, выход генератора тактовой частоты соединен с синхронизирующим входом регистра хранения. 1401397 с g tty 3т 4т Хт Ют Составитель Ю. Макаревич Редактор А. Ворович Техред И. Верес Корректор A. Зимокосов Заказ 2517/44 Тираж 772 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Г1роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
