Устройство для измерения фазового времени задержки четырехполюсников

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения фазового времени задержки четырехполюсников. Устройство содержит высокочастотный генератор 1, элемент 2 перестройки частоты, исследуемый четырехполюсник 3, управляемый аттенюатор 4, преобразователи 5 и 6 частоты, гетеродин 7, фильтр 8 низкой частоты, усилитель-ограничитель 9, фильтр 11 низкой частоты, фазовый детектор 11, фильтр 12 низкой частоты, усилитель-ограничитель 13, фильтр 14 низкой частоты, калиброванную линию 15 задержки, коммутатор 16, АЦП 17, микроЭВМ 18, дисплей 19 и ЦАП 20. Цель обеспечивается уменьшением мультипликативной погрешности и исключением погрешности от дисперсии задержки за счет введения задержки &Tgr;<SB POS="POST">0</SB> на постоянной промежуточной частоте. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕаЪБЛИН (1) С 04 F 10/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г1О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП РЫТИЯМ

ПРИ ГННт ССа

1 (21) 4449483/24-2 1 (22) 27.06.88

{46) 15.04,90. Вюл. № 14 (71) Винницкий политехнический институт . (72) А.И.Гуцало и Ю.А.Скрипник (53) 62 1.317.3?3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1029133, кл. G 04 F 10/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР №- 1446587, кл. С 04 Р 10/06, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ ЧЕТЫРЕХПОЛОСНИКОВ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения фазового времени задержки четьipexno„.ЯО„„1557544 люсников. Устройство содержит высокочастотный генератор 1, элемент 2 перестройки частоты, исследуемый четырехполюсник 3, управляемый аттенюатор 4, преобразователи 5 и 6 частоты, гетеродин 7, фильтр 8 низкой частоты, усилитель-ограничитель 9, фильтр 10 низкой частоты, фазовый детектор 11, фильтр 12 низкой частоты, усилительограничитель 13, фильтр l4 низкой частоты, калиброванную линию 15 задержки, коммутатор 16, AIgl 17 микроЗВМ 18, дисплей 19 и ЦАП 20. Цель обеспечивается уменьшением мультипликативной погрешности и исключением погрешности от дисперсии задержки за счет введения задержки с на постояно ной промежуточной частоте. 1 ил.

1557544

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано дпя измерения с высокой точностью фазового времени задержки четырехполюсников и в широком диапазоне частот.

Целью изобретения является повьппение точности измерения фазового времени задержки четырехполюсников в широком диапазоне частот.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, входом подключенный 15 к выходу элемента 2 перестройки частоты, выход высокочастотного генератора 1 подключен одновременно к входной клемме для подключения исследуемого четырехполюсника 3 и к входу gp управляемого аттенюатора 4, выход исследуемого четырехполюсника 3 подключен к первому входу первого преобразователя 5 частоты, а выход управляемого аттенюатора к первому входу вто- 25 рого преобразователя 6 частоты, вторые входы первого.5 и второго 6 преобразователей частоты подключены к выходам гетеродина 7, управляемый вход которого подключен к выходу эле. 30 мента 2 перестройки частоты, выход ,первого преобразователя 5 частоты через последовательно соединенные первый фидьтр 8 нижних частот, первый усилитель-ограничитель 9 и второй фильтр 10 нижних частот подключен к первому входу фазового детектора 11, выход второго преобразователя 6 частоты через последовательно соединенный третий фильтр 12 нижних частот, 40 второй усилитель-ограничитель 13 и четвертый фильтр 14 нижних частот подключен через калиброванную линию

15 задержки к первому входу коммута" тора 16, второй вход которого подклю- 45 чен непосредственно к выходу четвертого фильтра 14 нижних частот, выход коммутатора 16 подключен к второму входу фазового детектора 11, выход которого через аналого-цифррвой преобразователь 17 соединен с шиной данных микроЗВ?1 18, к первому выходу ко- торой подключен цифровой .дисплей 19, а к второму выходу - многоканальный

) цифроаналоговый преобразователь 20, первый аналоговый выход которого соединен с управляющим входом элемента

2 перестройки частоты, второй выход— с управляющим входом управляемого атU, (t) = U< сов(а, +g, ), (1) где Ц(— начальная фаза испытательного сигнала, Сигнал, описываемый выражением (1), поступает одновременно на входную клемму исследуемого четырехполюсника

3 и на вход управляемого аттенюато-. ра 4.

Выходной сигнал исследуемого четырехполюсника 3 описывается выражением

U<(t) = K(g,)П сов(и, (t —,)+Ö)(2) где К(Я,) — коэффициент передачи исследуемого четырехполюсника на частоте Я,; и ь, — фазовое время задержки сигнала на частоте Я(.

Сигналы, описываемые выражениями (2) и (1), подаются на первые входы первого 5 и второго 6 преобразователей частоты. 11а вторые входы преобразователей частоты подается сигнал с выхода гетеродина 7 (3) U>(t) = U cos(Q„t +Ц,), где (— начальиая фаза сигнала ген те родина, В результате ПреОбразоВания сигналов (2) и (3) и (1) и (3) выходные сигналы преобраэователей 5 ..и G частоты при условии, что Я„> Q„oïèñûâàются выражениями:

U,() = -К(Ю,)??,??„, со (а,-а)—

Ю " +Ж Ч)+ cos j(©, + О, )t -Сд,ь,+

+(f,+Öс)}; (4) ид(t:) = -и С (соя ((Ы,-АД)С+

l (5)

+(с, -(Д +соя ((о), +и,) оса, + V@)}

Сигнал, описываемый выражением (4), подается на вход первого фильтра 8 нижних частот, на выходе которого выделяется сигнал с разностной частотой тенюатора 4 и третий выход — с управляющим входом коммутатора 16.

Устройство работает следующим образом.

На выходе высокочастотного генератора 1 с помощью элемента 2 перестройки частоты формируется испытательный сигнал с начальным значением частоты Я, 155 7544

3S

1

228 (<) = К(К 22))),22„3

SS (О.= (2) (")" (1, U< (t) = -К(Ц,)K,U,U cot ((и,-O„)t у + ((() + y J (6)

S где К вЂ” коэффициент передачи перв го

i фильтра 8 нижних частот; (. 3 — фазовый сдвиг, вносимьп3 этим фильтром .

С целью нормирования амплитуды . сигнала (6) и устранения влияния высших гармоник на результат измерения он поступает на вход первого усилителя-ограничителя 9 и с его выхода подается через второй (Ьильтр 10 нижних частот на первый вход фазового детектора 12. Этот сигнал описывается выражением

U (t) = -К((),)1;,К П соя (!Ы,-И,)t 20

7 2 )"("(+® А+ 2 3 +94+ А л 1 (7) где К вЂ” коэффициент передачи второго фильтра 10 нижних частот; 25

Я (— фазовый сдвиг, вносимь3й первым усилителем-о гр аничит елем 9;

Ц вЂ” t2)GSGBI:IH (pBHI рым фильтром 10 нижних час- 30 тот.

Учитывая, что разностью, -Ир=Qдолжна быть постоянной г, процессе измерения, выражение (7) можно предста-. вить в виде

22-,(t) = - К(Сд,)К,К,U«u„, cos(gt-63, +4-g +g>+q,+Ч,).

Аналогично можно показать, что по сле преобр азов ания сигналов (1) и (3) во втором преобразователе 6 частоты на его выходе выделяется сигнал промежуточной частоты который после прохождения через третий фильтр 12 нижних частот, второй усилитель-ограничитель 13 и четвертый фильтр 1 4 нижних частот описывается выражением х соз (яс+(, -(-p +9>+

1:1 — коэффициент передачи четвер2 того фильтра 14 нижн):х часTOI3 >

×3 юЦ .,ю

Ц„ — фазовые сдвиги, вносимые третьим фильтром l.". нижних частот, вторым усилителемограничителем 13 и четвертым фильтром 14 нижних частот соответственно, Сигнал, опись)ваемый выражецием (9), подается через коммутатор 16 на второй вход фазового детектора 11, При ( выполнении условий (=Ц„Ц = Ц+ и (Ц) =(- выходное напряжение фазового детектора 11 изменяется пропорционально (3, (,, и описывается выражением

А

2 = S(1+ h()M,, +Ri, (10) где S — крутизна преобразования разности фаз (f =Я, ь, в напряжение;

У

4S ((d)/S- относительная мультипликативная погре)пность преобразования ввиду зависимости чувствительности от частоты;

=Я(И,) — абсолютная аддитивная погрешность преобразования> обусловленная неидентичностью фазочастотных характеристик греобразовательных каналов, и ! при выполнении условий Cg3 =Ц)3 () = Ц,1 и(=(равна нулю, i

Напряжение, описываемое выражением (10), поступает на вход аналогоцифрового преобразователя 17, в котором кодируется и запоминается в памяти микроЭВМ 18.

Затем по команде с микроЭВМ 18 на первом выходе цифроаналогового преобразователя 20 формируется единичное приращение напряжения, которое воздействует на элемент 2 перестройки частоты и изменяет частоту высокочастотного генератора 1 и гетеродина 7 на величин3- шага>Q = Q, который выбирается из условия

208 Q ((—" 23- !ОУ где (3, — порог чувствительности Аазового детектора 11.

При этом выходное напряжение фазового детектора 11 возрастает до значения

1557544 где и F — погрешности преобразования второй разности фаз (= (И, +Я) с

Напряжение описываемое выражени9

5 ем (11), преобразуется в код аналогоцифровым преобразователем 17 и sanoминается в памяти микроЭВ11 18.

С приходом очередной команды напряжением с третьего выхода цифроана10 логового преобразователя 20 коммутатор 16 переключается, напряжение, описываемое выражением (9), поступает на второй вход фазового детектора 11 через калиброванную линию 15 задержки,15

Величина калиброванной задержки о также выбирается из условия работы фазового детектора 11 в пределах линейного участка характеристики

11

10 3 « 1"„c—

Ч 0 10

В этом случае выходное напряжение фазового детектора 11 уменьшается до значения

Пп = "-(1.,)(б:), О)("., -,) 1)9, (12) " где (и I)> — погрешности, третьего преобразования разности фаз ц)1 = (Я, +Я) (с,, — с, ), Напряжение, описываемое виражением 30 (12), кодируется и запоминается в памяти микроЭВМ 1 8.

После этого командой от микроЭВМ

18 выходное напряжение по первому выходу цифроаналогового преобразователя 20 приводится к исходному значению, при котором восстанавливается первоначальное значение частоты высокочастотного генератора 1 и гетеродина 7.

Полученное на выходе фазового детек- 40 тора 11 напряжение

U1o - 02 л

11

0 (17) Ь, = ((,)-,(И,);

662-"3(аъ) ь (Я)1 (19) ° ° ° 4 ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ь, =;(и) i (м ) 45

Программой микроЭВМ 18 предусмотрено изменение частоты испытательного сигнапа через равные интервалы, которые формируются из постоянного числа шагов изменения частоты, проведение четырех новых измерений при возвратных изменениях частоты на один шаг относительно установленной частоты и введение калиброванной задержки. (15) U„= 8(1+У,)О) (, - 0)+FQ (13) где )1 и 39 — погрешности четвертого преобразования разности

Л л фаз 9е = И1 (о1 — o ) кодируется и запоминается в памяти микроЭВМ 18.

Иэ зафиксированных значений напряжений (10) и (11) определяют их разность при услОвии что )) 1 и 3, =3,=8,=8,=3, U,.«U, = 8(1+У)а.1. (14)

Hs зафиксированных значений напряжений (12) и (13) определяют вторую разность

П„-U«-S(>+ )g(",— ).

Далее находят отношение разностны) напряжений

1 10 9 ("11 "1 ) ),- (- О) (16) Из полученного соотношения (16) находят значения л 1110 U9 с а)

Ф °

U -1. -U ++U

10 9 1! 1Т

Перед каждым следующим циклом измерений исключают калиброванную заи. держку 10 и, изменяя частоту испытательного и опорного сигналов, получают значения фазового времени задержР ки на частотахИ, =У;„ + + h C3q (1) (11

C (M ) = Г ) -» Г 1. (18)

11 1 «U111 «U 1 yyU((<1>. о 9 и где И, - текущее значение частоты сравниваемых по фазе сигналов.

Далее определяют частотные приращения фазового времени задержки относительно значения фазового времени задержки на самой низкой частоте:

По значениям частотных приращений (19) можно построить частотную характеристику фазового времени задержки исследуемого четырехполюсника и (i) (i)

) (20

U <0 -U9 л ю 09 011 +П«

) "о где Й вЂ” число дискретных частот, на которых измеряется фазовое время задержки, 57544

Составитель N.Катанова

Техред N.!!идык

Редактор Л.Реселовская

Корректор Л Гатай

Заказ 717 Тираж 350 Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.yæãîðoö, ул. Гагарина,101

9 15

Результаты ряда измерений обрабатываются в процессоре микроЭВМ S u соответствующая частотная характеристика фазового времени задержки исгледуемого четырехполюсника 3 воспроизводится на цифровом дисплее 19 °

Лнализ предложенного технического решения по сравнению с прототипом показывает, что введение дополнительных

1 узлов позволяет повысить точность измерения фазового времени задержки.

Так относительная погрешность прототипа составляет +2, Введение дополнительных узлов обеспечивает идентичность фазочастотных характеристик преобразовательных каналов, а поэтому абсолютные аддитивные погрешности преобразования каждой разности фаэ

1, (\

,3,3, О практически равны нулю.

Кроме того, как следует из выражения (20), на результат измерения не влияет мультипликативная, ) составляющая фазочастотной погрешности в рабочем диапазоне частот, а введение зал держки ь на постоянной промежуточной частоте исключает погрешность- от дисперсии задержки, присущей прототипу, что позволяет достигнуть относительной погрешности измерения не более

+!X. Следовательно, выигрыш в повышении точности измерения составляет не менее двух раз, а выбор фазовых при ращений порядка единиц градусов обеспечивает тапке исключение неоднозначности определения фазовых углов.

Формула изобретения

Устройство для измерения фазового времени задержки четырехполюсников, содержащее высокочастотный генератор, входом подключенный к выходу элемента перестройки частоты, выход высокочастотного генератора подключен к входной клемме для подключения исследуемого четырехполюсника и к входу

45 управляемого атФенюатора, фазовый детектор, одним входом подключенный к входу и выходу калиброванной линии задержки через коммутатор„ ныхсг,, фазового детектора через аналого-цифровой преобразователь соединен с шиной данчых микроЭВМ, K выходу Которой подключен цифровой дисплей и много -анальный цифроаналоговый преобразова- тель, первый аналоговый выхсд которого соединен с управляющим входом элемента перестройки частоты, второй гыход — с управляющим входом аттенюатора и третий выход — с управляющим входом коммутатора, о т л и ч.а ющ р. е с я тем, что, с целью повышения точности измерения фазового времени задержки четырехполюсников в широком диапазоне частст, в него доголнительно введены два преобразователя частоты, гетеродин, четыре фильтра нижних частот и два усилителя \ ограничителя„причем первый преобразователь частоты первым входом "..îäключен к выходной клемме для подключения исследуемого четырехполюсника, I а второй преобразователь частоты пе"вым входом подключеи к выходу управляемого .аттекюатора, вторые входы преобразователей частоты подключены к выходу гетеродина, управляемый вход которого подключен.к выходу элемента перестройки частоты, выход первого преобразователя .частоты через последовательно соединенные первый фильтр нижних частот, первый усилитель-ограничитель и второй фильтр нижних частот подключен к другому входу фазового детектора, вь.ход вто. рого преобразователя частоты через последовательно соединенные третий фильтр нижних частот, второй усилитель-ограничитель и четвертый фильтр нижних частот подключен одновременно к входу калиброванной линии задержки.