Способ определения фазового времени задержки сигнала

 

Изобретение может использоваться для измерения частотных характеристик фазового времени задержки. Цель изобретения - повьшение точности и исключение неоднозначности определения фазового времени задержки. При ступенчатом изменении частоты испытательного сигнала, проходящего через исследуемое звено в заданном диапазоне частот, и фиксировании на его выходе приращения сдвига фаз при измении частоты на малую величину производят измерение разности фаз на минимальной частоте испытательного сигнала. Затем увеличивают частоту сигнала на один шаг и измеряют возросшую разность фаз. После этого задерживают сигнал на калиброванную задержку и измеряют уменьшенную разность фаз. Вновь уменьшают частоту сигнала на один шаг и измеряют соответствующее значение разности фаз, Далее исключают калиброванную задержку ,, изменяют частоту испытательного сигнала на заданное число шагов и вновь осуществляют четыре измерения при возвратных изменениях частоты на один шаг и введении калиброванной задержки в опорный сигнал. Снова изменяют частоту испытательного сигнала и повторяют указанные операции через равные интервалы частот, а фазовое время задержки определяют по. формуле, приведенной в тексте описания . 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с (

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) ш 4 G 04 F 10/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /","-:

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4274628/24-21 (22) 02.07.87 .(46) 23.12.88. Бюл. 9 47 (71) Винницкий политехнический институт (72) Ю.А.Скрипник и А.И.Гуцало (53) 621.317. 77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1061248, кл. С 04 F 10/06. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВОГО ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛА (57) Изобретение может исполЬзоваться для измерения частотных характеристик фазового времени задержки. Цель изобретения — повышение точности и исключение неоднозначности определения фазового времени задержки. При ступенчатом изменении частоты испытательного сигнала, проходящего через исследуемое звено s заданном диапазоне частот, и фиксировании на его выходе приращения сдвига фаз при измении частоты на малую величину производят измерение разности фаз на минимальной частоте испытательного сигнала. Затем увеличивают частоту сигнала на один шаг и измеряют возросшую разность фаз. После этого задерживают сигнал на калиброванную задержку и измеряют уменьшенную разность фаз. Вновь уменьшают частоту сигнала на один шаг и измеряют соответствунхцее значение разности фаэ.

Далее исключают калиброванную задержку„ изменяют частоту испытательного сигнала на заданное число шагов и вновь осуществляют четыре измерения при возвратных изменениях частоты на один шаг и введении калиброванной задержки в опорный сигнал. Снова из ° . меняют частоту испытательного сигнала и повторяют указанные операции через равные интервалы частот, а фазовое время задержки определяют по формуле, приведенной в тексте описа- ния. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1446597

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения фазового времени задержки радиотехнических зве5 ньев в широком диапазоне частот.

Цель изобретения — повышение точности и исключение неоднозначности определения фазового времени задержки. 10

На чертеже приведен пример выполнения устройства для осуществления способ® определения фазового времени задержки.

Устройство содержит высокочастот«ый генератор 1 с элементом 2 перестройки частоты, к вьиоду генератора

1 подключено исследуемое звено 3 с задержкой c(u), вьиодом подключенное к входу линейного фазового детектора

4, второй вход которого через управляемый аттенюатор 5 и калиброванную линию 6 задержки с фазовой задержкой с и коммутатор 7 соединен с выходом генератора 1. Выход линейного 2g фазового детектора 4 через аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 8 соединен через шину ввода-вывода дан.ных с шиной данных микроЭВМ 9. Через шину вывода данных к микроЭВМ 9 под- З » ключены цифровой дисплей 10 и многоканальный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11. Первый аналоговый вьиод ЦАП 11 соединен с управляющим входом элемента 2 перестройки частоты, второй выход ЦАП 11 соединен с управляющим входом аттенюатора 5, а третий выход — c управляющим входом коммутатора 7.

Способ определения фазового време-4О ни задержки осуществляется следующим образом.

Высокочастотный сигнал изменяемой частоты П«(t) U cos(о,t+ cf,) разделяют на опорнь«й и испытательный сигналы. Испытательный сигнал проходит через исследуемое звено с контролируемой задержкой Щ и коэффициентом передачи К. Выходной сигнал исследуемого звена U (t)=KU cos д, (t- с )+ ЦД сравнивают по фазе с опорным сигналом U, (t) °

При изменении частоты испытательнога U (t) и опорного U (t) сигналов в заданном диапазоне частот фазовый сдвиг сравниваемых сигналов также изменяется в широких пределах

Ч mmQt-2 м (и+00, (1) где n — число целых циклов изменения разности фаз; о — доля фазового цикла.

Выходное напряжение линейного фазового детектора изменяется в функ ции от частоты по пилообразной зависимости. Каждый линейный участок преобразовательной характеристики соответствует изменению разности фаэ сравниваемых сигналов от 0 до 2 ii или от — ч до + 7 в зависимости от схемных особенностей фазового детектора.

При измерении задержки с, на начальной частоте сд, выходное напряжение линейного фазового детектора соответствует одному из линейных участков преобразовательной характеристики

Ц, S(1+У )g л (2) где S — крутизна преобразования разности фаз (, = И, „ в напряжение;

gS(CaÄ ) — — относительная мульти1 пликативная погрешность преобраэованйя из-за зависимости чувствительности от частотьц

8,= ЬЦ(И,) — абсолютная адцитивная погрешность преобразования из-за неиден.— тичности фазочастотных характеристик преобразовательных каналов °

Мультипликативная II, и аддитивная

3, погрешности фазового преобразования зависят от частоты сравниваемых сигналов (д, неравенства амплитуд этик сигналов, т.е. коэффициента передачи исследуемого звена на этой частоте К(Ц ), измеряемой разности фаз Cf (с ), температурной и временной нестабильности параметров линейного фазового детектора.

Вначале фиксируют результат первого измерения U . Затем изменяют частоту сравниваемых сигналов у, на величину шага », который выбирают из условия

108q a ус и —l

10 где Р«р — порог чувствительности фазового детектора.

При увеличении частоты сигналов на один шаг выходное напряжение ли-.

bQll -АQ (С,- CO) » о 10

1446597 нейного фазового детектора изменяет- стью фаз ц, =М,ь. Следовательно, ся в пределах одного линейного участ- относительные и абсолютные погрешнока характеристики и возрастает до . сти всех четырех.измерений можно счизначения 5 тать одинаковыми (|I, =д =у,= 4=1 ;

3, =Я,=h,= Я,= 8) .

8 (1+ ) (сд, +М))с,, + 3, (Д) Из зафиксированных значений первого и второго измерений определяют разгде f и о — погрешности преобразо- ность напряжений ц а вания второй разности 10 U Vi = S(1+ P| ) bM "с > (8) фаз а по результатам третьего и четвертога =(ь3 + (д) при коэффициенте переда- го измерений определяют следующую

1Е чи звена K(Q,+Ась) . разность напряжений

Далее задерживают опорный сигнал Ug — Uy = s(1+ g ) Ьс1 (а, - о) . (9) на калиброванную задержку r. кото- 15 Далее опреДелЯют отношение Разноаю рую выбирают также из условия изменения фазы в пределах части линейного

1 Яс, участка преобразовательной характе- 6:Г:(и -U ) с ристики

C.

20 (10) о

В этом случае выходное напряжение линейного фазового детектора уменьшается до значения

=S(1+() (Q +bM) (" <>) + з (6) где у и 3 — погрешности третьего

0 преобразования разности фаз

СУ,=(а,+ bV)(,—,).

Восстанавливают первоначальное значение частоты сравниваемых сигналов (bQ = О) и фиксируют получен,ное напряжение

V4 -Я(1+О4)u (c., -со)+8„(7) где 4 и э — погрешности четвертого преобразования разности фаз cg4 =Я;(с,— сo) при коэффициенте передачи звена К (Q) .

При выбранных приращениях фазового сдвига СО й, аа ср, ступенчатое изменение частоты на шаг bQ должно быть достаточно малым (ЛЯааЯ) . Поэтому коэффициент передачи исследуемого звена меняется также мало и можно считать, что К(Я, ) =К (Я, + э И) .

Выбранные изменения фазового сдвига от дополнительной задержки также малы с асср,, а поэтому результаты второго и четвертого измерений будут получены в окресностях первоначальной точки преобразовательной характеристики линейного фазового детектора, задаваемой первоначальной разноИз полученных соотношений находят значение

U — U

Таким образом, по результатам четырех измерений напряжений 15„, U<, U. и U+, пропорциональных разности фаз

30 сравниваемых сигналов, и дополнительно вводимой задержке а определяют контролируемую задержку с . на частоте

2, Далее исключают калиброванную за/%

З5 держку с и изменяют частоту высокочастотного сигнала до следующего

P значения я =сю,+,7 у„,где p — колик= чество шагов приращения частоты. При

40 частоте И опорного и испытательного сигналов производят следующие четыре измерения, используя описанные операц п в

45 U = s(1+ Il )сд +8 ° (12)

v, = s(1+r,)(а,+ья), +8 р (1З)

U, = S(1+g,)(а,+ а)(,—,)+8,;

50 (14)

U4 — S(1+ f,) а,(,,-)+0+, (15) гдес =MrE — фазовый сдвиг исследуемого звена на частоте

5S

Ыл °

Решая систему уравнений (12) (15) относительно нового значения фазового времени задержки на частоте

Ц, получаем

1446597

U — U, (18) 40 (19) (il (1)

U2 - U

50 ч ь".(а;,) -(„ )»

Я (i) (1) li) 2 l Ъ ф

U2 - Ul

5

П вЂ” U ъ

/ / (Я ) о °

U U, -1) +Б (16}

Исключают задержку и перестраивают частоту высокочастотного сигна" ла до следующего значения () Ы ь

+,, 6 Я(, и производят очередные к 10 четыре измерения B окресностях фазо" го сдвига opç Юз c> °

В результате решения четырех уравнений,аналогичных (12) — (15},получаем значение фазового времени задержки на частоте Q ьо

И И ll ll

Ц2 П U3 04 (17}

При дальнейшем изменении частоты испытательного и опорного сигналов получают значение фазового времени задержки на частоте

Р

Q; =Q; +, ь ((а ; Г; (д;) (ь) «U (i)

2. ь! ° 6

0() 0(ь) U "()+ U(.) з где Я; - текущее значение частоты сравниваемых по фазе сигналов.

Далее определяют частотные приращения фазового времени задержки относительно значения фазового времени задержки на самой низкой частоте ;, =;(а;} - Cl(è,} °

По значениям частотных приращений (19) строят частотную характеристику фазового времени задержки исследуемого звена

U U П U oü ь где tt — число дискретных частот, на которых измеряют фазовое время задержки °

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Высокочастотный сигнал генератора проходит через исследуемое звено 3 с контролируемой задержкой(.(ц)и воздействует на один вход линейного фазового детектора 4. На другой вход линейного фазового детектора 4 воздействует сигнал генератора 1, проходящий через управляемый аттенюатор

5 и линию б задержки с калиброванной задержкой . Выходное напряжение линейного фазового детектора 4 с помощью АЦП 8 преобразуется в код и запоминается в памяти микроЭВМ 9. С помощью выходных напряжений ЦАП 11 устанавливается требуемая частота генератора 1 и положение коммутатора

7, подключающего линию 6 задержки в опорный канал линейного фазового детектора 4 по команде микроЭВМ 9.

Вначале по команде микроЭВМ 9 с помощью ЦАП 11 устанавливается начальное значение частоты высокочастотного сигнала (д, в левое по чертежу положение коммутатора 7. Выходное напряжение U линейного фазового де( тектора 4, пропорциональное разности фаз q кодируется в АЦП 8 и запоминается в памяти микроЭВМ 9. Далее на первом выходе ЦАП 11 формируется единичное приращение напряжения, которое воздействует на элемент 2 перестройки и изменяет частоту генератора 1 на величину шага gу, Полученное на выходе линейного фазового детектора 4 возросшее напряжение U преобразуется в код и запоминается.

С приходом очередной команды напряжением с третьего выхода ЦАП 11 коммутатор 7 переключается и тем самым вводится калиброванная задержка с,, в опорный сигнал линейного фазового детектора 4. Уменьшенное выходное напряжение U кодируется и запоминается в памяти микроЭВМ 9.

После этого командо. от микроЭВМ 9 выходное напряжение по первому выходу ЦАП 11 приводится к исходному ,значению, при котором восстанавливается первоначальное значение частоты. Соответствующее значение выходного напряжения линейного фазового детектора П,). кодируется и запоминается в микроЭВМ 9. После выполнения по формуле (20) соответствующих вычислений выходное напряжение ВЯЛ 1,1

14465 по первому выходу увеличивается íà P шагов, что изменяет частоту испытательного и опорного сигналов до значения 7 . Сигналом по третьему выходу ЦАП 11 исключают калиброванную задержку и вновь по предыдущему циклу программы производят четыре измерения при соответствующих изменениях частоты и задержки сравнивае- 70 мых сигналов. В память микроЭВМ 9 введено в виде константы значение калиброванной задержки, которая периодически вводится в схему коммутатором 7. Коэффициент передачи атте- 15 нюатора 5 вначале устанавливают примерно равным коэффициенту передачи исследуемого звена 3 на частоте с2,, чтобы уравнять амплитуды сравниваемых по фазе сигналов. Io мере измене- 20 ния частоты по командам с микроЭВМ 9 на аттенюатор 5 с второго выхода ЦАП

11 поступают управляющие сигналы, изменяющие вносимое аттенюатором ослабление в направлении поддержания >5 примерного равенства амплитуд сравниваемых но разе сигналов при изменении их частоты.

Программой микроЭВМ 9 предусмотрено изменение частоты испытатель- 30 ного сигнала через равные интервалы частот, которые формируются из постоянного числа maroa изменения частоты, проведение четырех новых измерений при возвратных изменениях частоты на .один шаг относительно установленной частоты и введение калиброванной задержки.

Результаты ряда измерений ф =

Я а Я ° ° °, Cp; = N t; обра- 4О батываются в процессоре микроЭВМ 9 и соответствующая частотная характеристика фазового времени задержки исследуемого звена воспроизводится на цифровом дисплее 10. 45

Анализ показывает, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить точность определения фазового времени задержки за счет 50 исключения фазочастотных и амплитуд-, но-частотных погрешностей. При этом, как следует из выражения (20), на результат определения не влияет аддитивная 3 и мультипликативная составляющие фазочастотной погрешности во всем диапазоне частот, а малые изменения частоты ю;в окресностях фазового сдвига ц ; = Я; ; испытательного

97

8 и опорного сигналов на один шаг ьа аз, несущественно изменяют амплитуду сигнала на выходе исследуемого звена, что уменьшает влияние частотной зависимости коэффициента передачи K(63;), т.е. неравномерности его амплитудно-частотной характерис-. тики на точность определения фазового времени задержки. Кроме того, при выборе фазовых приращеник иу ; и ; с„ порядка единиц градусов в соответствии с выражениями (3) и (5) исключается неоднозначность определения фазовых углов g, .= Ы,с,, ср

=Ы .„...,с ; = а; ь;, возникающая изза периодического характера фазочастотной характеристики исследуемого звена.

Формула изобретения

7. Способ определения фазового времени задержки сигнала, основанный на ступенчатом изменении частоты испытательного сигнала, проходящего через исследуемое звено в заданном диапазоне частот, фиксировании на его выходе приращения сдвига фаз при изменении частоты испытательного сигнала на малую величину, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и исключения неоднозначности определения фазового времени задержки, после измерения разности фаз на минимальной частоте испытательного сигнала увеличивают частоту сигнала на один шаг и измеряют возросшую разность фаз, задерживают опорный сигнал на калиброванную задержку и измеряют уменьшенную разность фаз, уменьшают частоту сигнала на один шаг и измеряют соответствующее значение разности фаз, исключают калиброванную задержку и изменяют частоту испытательного сигчала на заданное число шагов, вновь производят четыре измерения при возвратных изменениях частоты на один шаг к введении калиброванной задержки в опорный сигнал, изменяют частоту испытательного сигнала и повторяют указанные операции через равные интервалы частот, а фазовое время задержки определяют по формуле

1446597 значениях через постоянный интервале п — число интервалов в заданном диапазоне частот.

Составитель М.Катанова

Техред M.Ходанич Корректор М.Васильева

Редактор А.Ворович

Заказ 6746/52

Тираж 373 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где U, U<, U» U<- напряжение, соот- 5 ветствующее разности фаэ сравниваемых напряжений прн начальной частоте, увеличе- 10 нии частоты на шаг, введении калиброванной задержки H уменьше- 15 нни частоты на шаг; .,- калиброванная задержка;

1 — порядковый номер измерения фазового времени задержки на дискретных

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что шаг изменения частоты испытательного сигнала и калиброванную задержку выбирают такими, чтобы возникающая при этом дополнительная разность фаз испытательного и опорного сигналов превышала порог чувствительности линейного фазового детектора на менее, чем в три раза, и была меньше десятых долей периода изменяемого по частоте испытательного сигнала, а интервал частот формируют из постоянного числа шагов из-, менения частоты испытательного сигнала.