Способ измерения центральной частоты полосового фильтра

 

Изобретение относится к технике измерений и служит для повьппения точности измерения центральной частоты полосового фильтра. Сущность способа заключается в разновременном воздействии на полосовой фильтр разночастотными тестовыми сигналами. Причем частоту первого тестового сигнала устанавливают такой, чтобы вносимый фазовьй сдвиг,имел, например , положительное значение в пределах полосы прозрачности. Измеряют и запоминают значение вносимого фазового сдвига и амплитудное значение первого выходного сигнала полосового фильтра. Затем на полосовой фильтр подают второй тестовый сигнал с частотой, при которой вносимый отрицательный фазовый сдвиг по модулю равен вносимому фазовому сдвигу первого тестового сигнала. Измеряют и запоминают амплитудное значение второго выходного сигнала полосового фильтра и результат сравнивают с амплитудным значением первого выходного сигнала фильтра. Изменяют частоту второго тестового сигнала до их равенства . Затем измеряют значение вносимого фазового сдвига на зтой частоте, определяют и запоминают полусумму фазов сдвигов, вносимых полосовым фильтром и первый и второй тес.товые сигналы. Измеряют разность частот этих тестовых сигналов, уменьшают ее в четыре раза и запоминают. Увеличивают, и уменьшают соответственно частоты первого и второго тестовых сигналов на запомненное значение . Попарно измеряют и запоминают вносимые фазовые сдвиги на установленных частотах. Определяют их полусумму , которую сравнивают с предыдущей полусуммой фазовых сдвигов, и подстраивают частоту второго тестового сигнала в направлении их равенства . О значении центральной частоты полосового фильтра судят по полусумме частот первого и второго тестовых, сигналов. 2 ил. $ сл 4 СП Од ;О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК (д) 4 С 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4185428/24-21 (22) 03.11.86 (46) 07.02.89. Бюл. У 5 (71) Институт кибернетики им. В.М.Глушкова (72) В.И.Скурихин, В.Т.Кондратов и Ю.А.Скрипник (53) 621. 317.616 (088.8) (56) Розов В.М., Тараненко А.Д. и Ермилов В.В. Измерения и контроль в однополосном радиооборудовании.

М,: Связь, 1974, с. 40, рис.2.8. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ

ЧАСТОТЫ ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА (57) Изобретение относится к технике измерений и служит для повышения точности измерения центральной частоты полосового фильтра. Сущность способа заключается в разновременном воздействии на нолосовой фильтр разночастотными тестовыми сигналами.

Причем частоту первого тестового сигнала устанавливают такой, чтобы вносимый фазовый сдвиг, имел, например, положительное значение в пределах полосы прозрачности. Измеряют и запоминают значение вносимого фазового сдвига и амплитудное значение первого выходного сигнала полосового фильтра. Затем на полосовой фильтр подают второй тестовый сигнал с

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения центральной частоты

„„Я0„„1456911 А1 частотой, при которой вносимый отрицательный фазовый сдвиг по модулю равен вносимому фазовому сдвигу первого тестового сигнала. Измеряют и запоминают амплитудное значение второго выходного сигнала полосового фильтра и результат сравнивают с амплитудным значением первого выходного сигнала фильтра. Изменяют частоту второго тестового сигнала до их равенства. Затем измеряют значение вносимого фазового сдвига на этой частоте, определяют и запоминают полусумму фазовых сдвигов, вносимых полосовым фильтром и первый и второй тестовые сигналы. Измеряют разность частот этих тестовых сигналов, уменьшают ее в четыре раза и запоминают.

Увеличивают.и уменьшают соответственно частоты первого и второго тестовых сигналов на запомненное значение. Попарно измеряют и запоминают вносимые фазовые сдвиги на установ- > ленных частотах, Определяют их полусумму, которую сравнивают с предыду- р щей полусуммой фазовых сдвигов, и подстраивают частоту второго тестового сигнала в направлении их равенства. О значении центральной частоты полосового фильтра судят по полусумме частот первого и второго тестовых. сигналов. 2 ил. полосовых фильтров телевизионных и приемопередающих устройств, анализаторов спектра, анализаторов гармо1456911

U (t) - U„sinu,е (5) И, и (и К 1) . (8) U, (t) = U sinu,t (9) 4 l 4 (10) К Пщь или ник, антенных и селективных усилителей, кварцевых резонаторов и т.д., содержащих в полосе пропускания амплитудно-фазовые искажения и несим5 метричную относительно центральной частоты фаэочастотную характеристику.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг,1 приведена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2а — амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра на фиг.26 — его несимметричная фазочас тотная характеристика. 15

Сущность способа заключается в следующем.

На полосовой фильтр разновременно воздействуют разночастотные тестовые сигналы с одинаковыми амплитуда- 20 ми U = U„ = U и нулевыми фазовыми сдвигами.

Частота M первого тестового сигнала устанавливается равной Я = О для того, чтобы фазовый сдвиг (P, выходного сигнала полосового фильтра имел положительное или отрицательное значение в пределах полосы пропускания 2й.по уровню 0,7U„ „ . Допустим, что на вход полосового фильтра посту- 30 пает первый тестовый сигнал (фиг.2а) с частотой О,, лежащей в пределах полосы пропускания 2й, т.е. (Q, — Q K Q,ñ è, + а ), где а, — измеряемая центральная частота.

На выходе полосового фильтра появляется первый выходной сигнал

Б (t) = K,U sin(Q t + (p, ), (2) где К„ — коэффициент передачи полосового фильтра на частоте У,, 45 например, с положительным начальным фазовым сдвигом ср<.

Измеряют и запоминают амплитудное значение первого вьмодного сигнала фильтра (фиг.2а) 50 и напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу ц, (фиг.26), 55

Ug = K, (4) где К вЂ” коэффициент.пропорциональности, Затем на полосовой фильтр подают второй тестовый сигнал с частотой следования 4) = И, +563, (фиг.2а), например, @ra, 2g.

На выходе полосового фильтра появляется второй выходной сигнал

U (t) = К UÄ sin(u t — y ) э (6) где К вЂ” юоэффициент передачи полосового фильтра на частоте

Я с отрицательным начальным фазовым сдвигом -Ц .

При,этом амплитудное значение

П К 0 (7) второго выходного сигнала (6) фильтра не должно быть меньше амплитудного значения (5) второго тестового сигнала, т.е;

В противном случае увеличивают частоту первого тестового сигнала (2) или уменьшают частоту второго тестового сигнала за счет уменьшения значения ожидаемой полосы пропускания полосового фильтра. Измеряют значение напряжения, пропорцибнального отрицательному фазовому сдвигу вносимому полосовым фильтром во второй тестовый сигнал на частоте я, и регистрируют результат измерения (фиг ° 26) . который запоминают.

Полученное значение фазового сдвига (p второго тестового сигнала сравнивают по модулю со значением фазового сдвига (p, первого тестового сигнала, т.е.

9 hI 921 (11) Подстраивают частоту второго тестового сигнала (5) до значения И, (фиг.2а), при котором равны модули фазовых сдвигов, т.е.

1456911 (12) (20) 6 <

U>(t) = U sin(D>t. (13) (21) К4 (17) 7 () — < 4 запоминают. (19) 6 4 ч =l- Al

В результате на вход полосового фильтра поступает второй тестовый сигнал с частотой Яq(фиг,2а), т.е.

Второй выходной сигнал полосового фильтра в этом случае может быть представлен выражением

U4(t) = К У„,вьп(Из — 4 э ), (14) где (- () — отрицательный фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром во второй тестовый сигнал (13) на частоте Q (фиг. 2а, б);

К4 — коэффициент передачи полосового фильтра на час- тоте О

Измеряют и запоминают амплитудное значение второго выходного сигнала (14) полосового фильтра. В результате получают (фиг.2а) О, - К,U. (15)

Затем амплитудное значение (15) второго выходного сигнала полосового фильтра сравнивают с амплитудный значением (3) первого выходного сигнала фильтра, т.е ° решают неравенство < < ° (16}

При U H U изменяют частоту второго тестового сигнала до значения у4 (фиг.2а) . В этом случае на вход полосового фильтра поступает сигнал

Выходной сигнал полосового фильтра

Описывается выражением

US(t) K4U<4säï(ð4t ф» ) ° (18) где К вЂ” коэффициент передачи по4 лосового фильтра на частоте и4 > (-Cp4) — вносимый фазовый сдвиг на частоте М4.

Измеряют и запоминают амплитудное значение сигнала (18) (фиг.2б), т.е .

Частоту второго тестового сигнала изменяют до значения Q4, при котором обеспечивается равенство амплитудных значений (3) и (19) первого и второго выходных сигналов (2) и (18) полосового фильтра (фиг.2б), т.е. или равенство коэффициентов передачи полосового фильтра на частотах 6)4 и

Q т.е.

1О

Затем измеряют и запоминают значение фазового сдвига (- p ) на частоте Q4. В результате получают

15 (фиг.2б) -U = -K(p . (22) Определяют и запоминают полусумму фазОВых сдВиГОВ (p, и ((g4) пер

20 вого и второго выходных сигналов (2) и (18) полосового фильтра, т.е. д<у, = (cg, — ср+)/2, (23) или (фиг.2б)

25 ч 4) 24

Кдц,.

Значение фазового сдвига 4q, определяемое выражениями (23) или (24), З0 представляет собой смещение (или напряжение. смещения) фазочастотной характеристики по оси ординат параллельно самой себе. В большинстве реальных полосовых фильтров из-за внутЗ5 ренних набегов фазовых сдвигов, вносимых отклонением реактивных элементов активных и пассивных цепей от номинальных значений, фазочастотная характеристика смещена и поэтому не

40 переходит через нуль на центральной частоте.

Смещение фаэочастотной характеристики используется для высокоточного определения центральной частоты поло45 сового фильтра. Для чего измеряют разность частот тестовых сигналов уменьшают ее в четыре раза и полу50 ченный результат

Д0 = Д 4< /4 = 0,25(Q4 Сд< ) (26) 55 Затем увеличивают и уменьшают, соответственно, частоты первого и второго тестовых сигналов (1) и (17) на запомненное значение (26) частоты д(0, В результате чего полу1456911 (27) (38) 10

15 (40) 20 или (41) (31) UÄ =Kg

-U = -Kg.

9 6 (32) 4 = (ср — ф )/2 (33) (34) hQ< +c 4Ч, (35) U, () U sinu t. (37) чают, соответственно, первый и второй тестовые сигналы в виде

U (t) = U sin(03, + ьи,) С = — П

1 и

U î (t) U sin((ilq dc > ) (28)

= U sinu t.

При разновременной подаче сигналов (27) и (28) на вход полосового фильтра íà его выходе появляются первый и второй выходные сигналы в виде

U«(t) =К U sin(u,t+g ) (29) и

U (q (t) = KsU sin(vent "q< ), (30) где К и К вЂ” коэффициенты передачи полосового фильтра на частотах И и я соответственно;

Ц и (-Cg6) — вносимые фазовые сдвиги на частотах а и м (фиг .2а,б).

Повторно измеряют и запоминают фазовые сдвиги сигналов (29) и (30) на установленных частотах р и Q< тестовых сигналов. В результате чего получают (фиг;2б) величины

Определяют полусумму полученных фазовых сдвигов, т.е.

GUS = Оэ5(Пз - Пу) =

= О,5К(Ч, - 9 ) = K @ которую сравнивают с предыдущей полусуммой (23) или (24) фазовых сдвигов, т.е. решают неравенство

5U dU< . (36)

Подстраивают частоту, второго тестового сигнала в направлении их равенства. Допустим это обеспечивается при частоте их второго тестового сигнала (фиг.2а) В этом случае второй выходной сигнал полосового фильтра может быть представлен в виде

U, (t) — К U sin(u,t ср, ), где К вЂ” коэффициент передачи по7 лосового фильтра на частоте Ит, (-Щ ) — вносимый фазовый сдвиг.

Изме яют значение вноСимого фазового сдвига (- „). В результате чего получают (фиг.2б) величину

1О 1 7 (39) Вновь определяют полусумму фазовых сдвигов и (Ч )

ЬЧ, = (q, — Ф,)/2

3 — 095 (Пб Б(О

= О, 5К«4- 4т ) = К Жэ

Следует отметить, что необходимое

25 количество аналогичных тактов итерации проводят до момента равенства полусумм фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов полосового фильтра. Пусть на частоте сд (фиг.2а) обеспечивается равенство полусумм фазовых сдвигов, т.е.

4 Ц =. Ь Ц>, (42) "з (43)

Фактическое число тактов итерации устанавливают в зависимости от допустимой погрешности сравнения по40 лусумм фазовых сдвигов.

О значении центральной частоты фильтра судят по полусумме частот

Q и Я (фиг.2а) первого и второго тестовых сигналов (27) и (37), т,е.

Q = 05(са5 + (йт ) (44) Устройство (фиг. 1), реализующее способ, содержит перестраиваемые генераторы 1 и 2 частот первого и вто50 рого тестового сигналов, трехполюсный переключатель 3, контролируемый полосовой фильтр 4, цифровой фазометр 5, цифровой вольтметр 6, дифференпиальный частотомер 7, смеситель 8, фильтр 9 верхних частот, делитель 1g частоты на два и цифровой частото мер 11, Работа устройства заключается в следующем.

1456

Трехполюсный переключатель 3 ус-. танавливают в положение, указанное на фиг.1 ° В результате на вход контролируемого полосового фильтра 4 поступает первый тестовый сигнал (1), частота которого устанавливается равной Я, в пределах полосы пропускания фильтра 4. Одновременно этот сигнал поступает на первый вход циф- 10 рового фазометра 5. На второй вход цифрового фазометра 5 поступает выходной сигнал (2) контролируемого фильтра 4. Этот сигнал поступает также на вход цифрового вольтметра 15

6 (фиг. 1) .

С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига(p вносимого полосовым фильтром 4 в первый тестовый сигнал (1) на час- 20 тоте Q, . Результат измерения запоминают. С помощью цифрового вольтметра 6 измеряют амплитудное значение (3) первого выходного сигнала полосового фильтра 4. 25

Затем трехполюсный переключатель

3 устанавливают в положение, противоположное показанному на фиг.1.

Устанавливают частоту второго генератора 2 равной Я . В результате на 30 вход полосового фильтра 4 и первый вход цифрового фазометра 5 поступает второй тестовый сигнал (5). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал (6) °

40 С помощью цифрового фаэометра

5 измеряют фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром в первый тестовый сигнал (27) на частоте 03

Результат измерения (31) запоминают.

45 Затем проводят трехполюсный переключатель 3 в положение, противоположное указанному на фиг.1, и измеряют фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал

50 (28) на частоте а,.

С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимого полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал. Результат измерения (9) запоминают, а затем сравнивают по модулю со значением (4) фазового сдвига первого тестового сигнала.

Затем подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 до значения Q при котором обеспечивается равенство (12) модулей фазовых сдвигов. В результате на вход контролируемого полосового фильтра 4 поступает второй тестовый сигнал, описываемый выражением (13). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал, описываемый выражением (14). С помощью цифрового вольтметра 6 измеряют амплитудное значение сигнала (14). Результат измерения (15) запоминают, а затем сравнивают с амплитудным значением

911 1О (3) первого выходного сигнала контролируемого полосового фильтра 4.

Изменяют частоту выходного сиг-. нала генератора 2 до значения (д4 при котором выполняется равенство (20). В этом случае входной и выходной сигналы контролируемого фильтра

Ъ

4 могут быть представлены выражениями (17) и (18) соответственно.

С.помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового адвига, вносимое полосовым фильтром на частоте Q4. Результат измерения (22) запоминают.

Определяют и запоминают полусумму (24) фазовьщ сдвигов первого и второго выходных сигналов (2) и (18).

Затем с помощью дифференциального частотомера 7 измеряют разность частот тестовых сигналов (1) и (17), результат уменьшают в четыре раза и запоминают.

Увеличивают частоту выходного сигнала генератора 1 на запомненное значение (26), а частоту выходного сигнала генератора 2 уменьшают на зто значение (26). В результате получают первый и второй тестовые сигналы (27) и (28) с частотами (д и с>

Переводят трехполюсный переключатель 3 в исходное положение, указанное на фиг.1. В результате на вход полосового фильтра 4 и первый вход фазометра 5 поступает сигнал (27), а с его выхода на вход цифрового вольтметра 6 и второй вход цифрового фазометра 5 — сигнал (29).

Результат измерения (32) запоминают. Определяют полусумму (33) полученных фазовых сдвигов тестовых сигналов, которую сравнивают с предыдущей полусуммой (23) фазовых сдвигов.

При их неравенстве подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 в направлении их равенства, которое

1456911 12

Формула изобретения (45) (о (+ +s (46) (от ч + < ° обеспечивается на частоте второго тестового сигнала (37), равной Я

С помощью цифрового фазометра 5 измеряется значение фазового сдви"

ra p» вносимого контролируемым филь тром 4 во второй тестовый сигнал (38) на частоте Q . В этом случае обеспечивается равенство (42) полусумм (23) и (40) фазовых сдвигов.

0 значении центральной частоты фильтра судят по полусумме частот и <д первого и второго тестового

5 Т сигналов (27) и (37), определяемой по показанию цифрового частотомера 11

Последний подключен к выходу смесителя 8 через делитель 10 частоты на два и фильтр 9 верхних частот.

Поскольку на входы смесителя 8 поступают, в конечном счете, сигналы (27) и (37) с частотами Ю и Q то на выходе смесителя 8 появляются сигналы с частотами

С помощью фильтра 9 верхних частот выделяется сигнал с частотой (45). С помощью делителя 10 частоты этот сигнал делится на два. Частота (44) выходного сигнала измеряется с помощью цифрового частотомера 11 и по полученному результату судят о значении центральной частоты контролируемого полосового фильтра 4.

Способ измерения центральной час5 тоты полосового фильтра, основанный на определении полусуммы частот тестовых сигналов при равенстве коэффициентов передачи симметричной амплитудно-частотной характеристики и фа10 зовых сдвигов фазочастотной характеристики полосового фильтра на этих частотах, выбранных слева и справа относительно измеряемой центральной частоты, отличающийся . 15 тем, что, с целью повьппения точнОсти измерения центральную частоту определяют через полусумму частот тестовых сигналов, выбранных слева и справа относительно измеряемой цент20 ральной частоты внутри плоского участка симметричной амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра при равенстве ее коэффициентов передачи на этих частотах и равенстве полусуммыфазовых сдвигов фазочастотной характеристики на этих частотах полусумме фазовых сдвигов фазочастотной характеристики, получаемых при равенстве коэффициентов

З0 передачи симметричной амплитудно"частотной характеристики на частотах, выбираемых слева и справа относительно измеряемой центральной частоты за пределами плоского участка амплитуд35 но-частотной характеристики полосового фильтра,,456911

Корректор В. Бутяга т

Тираж 711

Подписное

ВНИИПИ Го"óäàðñòâåííîãî комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Редактор В.Данко

Заказ 7549/45

Составитель Л.Муранов

Техред M.Дидык