Способ определения параметров полосового фильтра

 

Изобретение может быть использовано для контроля параметров полосовых фильтров при производстве телевизионной и приемопередающей техники, анализаторов спектра, анализаторов гармоник и т.д. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем использования в полосе прозрачности полосовогофильтра фазочастотной характеристики, Кроме того, расширяются функциональные возможности, заключающиеся в измерении относительной асимметрии полосы пропускания фильтра и его добротности. Вначале измеряют центральную частоту (tk и смещение Ду)1 фазочастотной характеристики полосового фильтра. Затем уменьшают и увеличивают частоты первого и второго тестовых сигналов соответственно. Контролируют фазовые сдвиги, вносимые полосовым фильтром в каждый из тестовых сигналов. При смещенной на относительно оси абсцисс фазочастотной характеристики полосового фильтра изменения частот ом и (Ofi тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов значений 45° + и-да - 45° + соответственно. При несмещенной фазочастотной характеристике, т.е. при 0 , изменение частот тестовых сигналов проводят до момента достижения соответственно положительного и отрицательного 45-градусных фазовых сдвигов между входным и выходным тестовыми сигналами. Измеряют значения частот и первого и второго тестовых сигналов, соответствующие указанным значениям фазового сдвига. Ширину полосы прозрачности 2 Q и ее относительную асимметрию df определяют из математических выражений, приведенных в описании изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ (КНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4469364/21 (22) 28,06,88 (46) 15.01,91.Бюл. Ve 2 (71) Институт кибернетики им. В,М.Глушкова (72) В,Т.Кондратов, В.И.Скурихин и Ю,А.Скрипник (53) 621.317.75(088.8) (56) Патент Ф РГ М 2545004, кл, Н 03 Н 3/00, 1974. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА (57) Изобретение может быть использовано для контроля параметров полосовых фильтров при производстве телевизионной и приемопередающей техники, анализаторов спектра, анализаторов гармоник и т,д.

Цел изобретения — повышение точности измерения — достигается путем использования в полосе прозрачности полосового фильтра фазочастотной характеристики. Кроме того, расширяются функциональные воэможности, заключающиеся в измерении относительной асимметрии полосы пропускания фильтра и его добротности. Вначале измеряют центральную частоту в, и смещение

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для определения полосы пропускания и степени асимметрии полосы прозрачности относительно центральной частоты при производстве телевизионной и приемопередающей техники, анализаторов спектра, анализаторов гармоник, антенных и селективных усилителей; кварцевых резонаторов и т.д.

„„Ы)„„1620962 А1

Ар1 фаэочастотной характеристики .полосового фильтра. Затем уменьшают и увеличивают частоты первого и второго тестовых сигналов соответственно. Контролируют фазовые сдвиги, вносимые полосовым фильтром в каждый из тестовых сигналов.

При смещенной на h,p> относительно оси абсцисс фазочастотной характеристики полосового фильтра изменения частот в 1 и в тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов значений р1 = 45 + h, p1 и- ра = — 45 + Л ф1 соответственно, При несмещенной фазочастотной характеристике, т.е. при

hp> = О, изменение частот тестовых сигналов проводят до момента достижения соответственно положительного и отрицательного 45-градусных фазовых сдвигов между входным и выходным тестовыми сигналами. Измеряют значения частот в 1 и в,1 первого и второго тестовых сигналов, соответствующие указанным значениям фазового сдвига.

Ширину полосы прозрачности 2 Я и ее относительную асимметрию 4 определяют из математических выражений, приведенных в описании изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем использования в полосе прозрачности фазочастотной характеристики, а также расширение функциональных возможностей, заключающееся в измерении относительной асимметрии полосы пропускания фильтра и его добротности, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого

1620962 способа: на фиг; 2 — эпюры напряжения, поясняющие способ измерения.

Устройство содержит первый 1 и второй

2 перестраиваемые генераторы, выходы которых через переключатель 3 подключены к 5 входу контролируемого фильтра 4, к выходу которого подключены цифровые фазометр 5 и вольтметр 6. К выходам первого 1 и второго 2 генераторов подключены также дифференциальный частотомер 7 и смеситель 8, 10 выход которого через фильтр 9 верхних частот и делитель 10 частоты на два подключен к входу цифрового частотомера 11, На полосовой фильтр разновременно воздействуют разночастотными тестовыми 15 сигналами

01(т) = Vmsln в,1 t (1)

Ug(t) = Vmsln ат2 t {2) 20 где в 1 и в 2 — частоты тестовых сигналов с одинаковыми амплитудами Vmq =Чпi2= Vm и нулевыми фазовыми сдвигами.

Устанавливают частоты тестовых сигналов (1) и (2) такими, чтобы фазовые сдвиги р1 и pz, вносимые полосовым фильтром, имели соответственно положительное и отрицательное значения в пределах полосы 30 прозрачности 2И

Выходные сигналы полосового фильтра описываются выражениями:

Ug(t) = K>Vmsln (О ц t + j)t ) (3) и

U4(t) = QVmsln (вт2 t — щ ) (4) где К1 и Кг — коэффициенты передачи филь,тра на частотах c0rt ив соответственно; р1 и pz — вносимые фазовые сдвиги на 40 частотах Й)у1 и иу

Измеряют и запоминают амплитудные значения первого и второго выходных сигналов (3) и (4) фильтра (фиг. 2а), а также значения вносимых фазовых сдвигов ".5 ср> и pz. В результате получают;

V) = K)Vm, (5)

Ч2 = KzVm, (6)

V3= КР1 {7) — v4= к(— +), (8)

Сравнивают амплитудные значения (5) и (6) первого и второго выходных сигналов (3) и (4) полосового фильтра с амплитудным значением Vm тестовых сигналов, т.е. опре- 5 деляют неравенства

Ч1 (%п (9)

V > Vm (10)

При Ч1< Vm увеличивают частоту первого тестового сигнала, а при Vz< Ч уменьшают частоту второго тестового сигнала.

Изменения осуществляют до значений Vi =

Vmи V2-=Vm, Сравнивают по модулю значения фазовых сдвигов, вносимых полосовым фильтром в первый и второй тестовые сигналы, так как определяют неравенство

ЧЗ Ч4 1 .

Подстраивают частоту в 2 у второго тестового сигнала (2) до значения вз, т.е.со,2 = ыз (фиг. 2а), при котором выполняется равенство

Чз= 1-V4 I (12) или

$1=i $4l ° (13)

Второй выходной сигнал полосового, фильтра в этом случае описывается выражением цф) - l4Vmsln (са t — р ), (14) где pj — отрицательный фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром во второй тестовый сигнал на частоте eg (фиг. 2 а,б);

Кз — коэффициент передачи полосового фильтра на частоте вз .

Повторно измеряют амплитудное значение второго выходного сигнала (14) полосового фильтра, В результате получают

Vs = KaVm. (15)

Сравнивают амплитудные значения тестовых сигналов (1) и (14), т.е. решают неравенство

V5 (Ч1, (16)

При Vg ФЧ1 изменяют частоту второго тестового сигнала до значения в,2 =в (фиг. 2а), при котором достигается равенство амплитуд. Вэтом случае второй выходной тестовый сигнал описывается выражением

Оф) = K>VmSin (Вд t — rp4 ), (17) где р4- вносимый фазовый сдвиг на частоте в4;

К1 — коэффициент передачи полосового фильтра на частоте со4, Измеряют и запоминают значение фазового сдвига р на частоте ом:

-Vs =-К Ч (18)

Определяют и запоминают полусумму фазовых сдвигов р1 и — p4 тестовых сигналов (3) и (17) (фиг. 26), т.е.

Л Ч1 = 0,5(Ч1 — Чб) = 0,5К (P> — сР4 ) = К Ь сР1 (19)

Полученное значение (19) или (20) разности фазовых сдвигов представляет собой смещение фаэочастотной характеристики вдоль оси ординат параллельно самой себе, Это обусловлено отклонением реактивных элементов активных и пассивных цепей полосового фильтра от номинальных эначе1620962

50 ний. В результате фазочастотная характеристика не переходит через нуль на центральной частоте полосового фильтра, Значение (19) (или (20)) смещения фазочастотной характеристики используется для высокоточного определения центральной частоты полосового фильтра.

Затем измеряют разность частот тестовых сигналов

Лвт = в4 — 0!1,,(20) уменьшают ее в четыре раза и полученный результат

Лв = Автои/4 = 0,25 (M — в1 ) (21) запоминают.

Увеличивают и уменьшают, соответственно, частоты вц и втг первого и второго тестовых сигналов на запомненное значение (21), При разновременной подаче смещенных по частоте тестовых сигналов на полосовой фильтр на его выходе получают сигналы

Ugt) = К4Ч„э п (в5 t + 7; (22)

U8(t) = KgV sin (ве t — об), (23) где Ж =вт1 + Лв; сж =втг — Лв- частоты первого и второго тестовых сигналов;

Кч и К вЂ” коэффициенты передачи полосового фильтра на частотах в-, ив6 соответственно; тр5 и у6 — вносимые фазбвые сдвиги на частотах и и в6 (фиг. 2 а, б).

Повторно измеряют и запоминают фазовые сдвиги сигналов (23) и (24) на установленных частотах в5 и в6 тестовых сигналов, В результате получают (фиг, 2б):

V7= Ктр5 (24) — Ча = -К тр6 (25)

Определяют полусумму полученных фазовых сдвигов, т.е.

AVz = 0,5(Чу — Чэ) - 0,5К (у — p> ) = К Л трг, (26) которую сравнивают с предыдущей полусуммой (19), т.е. решают неравенство лчг)(л Ч (27)

Подстраивают частоту второго тестового сигнала в направлении их равенства, т.е.

До ЬЧг ЬЛ1

Допустим, что это обеспечивается при частоте втг = ву второго тестового сигнала. На частоте ву паласовой фильтр вносит в тестовый сигнал фазовый сдвиг ру .

В этом случае выходной сигнал полосового фильтра описывается выражением

Ug(t) = К6Ч э!п(ву t — pg ), (28) где Ks — коэффициент передачи полосового фильтра на частоте ву.

Измеряют значение вносимого фазового сдвига — ру. В результате получают(фиг, 2 б) 10

-Ч9 =-К ру. (29)

Вновь определяют полусумму фазовых сдвигов р5 и- уу

Чз=0,5(Чу — Vg)=0,5К (тр5 — ру ) = К Лрз. (30)

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

Мз =ЬЧ1 (31)

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

Измеряют значения частот вт1 = и и втг =ву первого и второго тестовых сигналов

N> = Sar,; (32) г = йуу, (33) где S — крутизна преобразования.

По полусумме значений (32) и (33) частот тестовых сигналов судят о значении центральной частоты полосового фильтра (фиг. 2 а), т.е.

No = Sc0o = 0,5(N1+ йг) = 0,5S(Q)5+ву), (34)

После измерения центральной частоты в0 полосового фильтра уменьшают и увеличивают частоты вт и втг первого и второго тестовых сигналов путем, например, уменьшения значения рассройки

Лв частоты генераторов тестовых сигналов. Контролируют фазовые сдвиги, вносимые полосовым фильтром в каждый из тестовых сигналов.

При смещенной на Л рт (выражения (19) и (31)) относительно оси абсцисс фазочастотной характеристике полосового фильтра изменения частот вт ивтг тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов значений .p i = 45 + h,трт и — pa = — 45 + Лф1 соответственно. Допустим что это обеспечивается при

Вт1 = В8 И Втг = В9 (фИГ. 2), ТОГда ВЫХОДные сигналы полосового фильтра примут вид:

U t(}(l) = КуЧп э!п (вэ t + 45 + Ь p> ); (35) U q q(t) = KeV sin { Ng t — 45 + Ape 7, (36) где Ку и Кэ — коэффициенты передачи полосового фильтра на частотах вт> =caa и втг =вэ.

При симметричной АЧХ Ку = Кэ, если йуц =в0 — И,а в9 =eh+0.

1620962

100 )(=

100 С, (43) При несмещенной фазочастотной характеристике, т.е. при Л р =О, изменение частот тестовых сигналов (1) и (2) проводят до момента достижения соответственно положительного и отрицательного 45-градусных фазовых сдвигов между входным и выходным тестовыми сигналами. При

Ь 1- О тестовые сигналы на выходе полосового фильтра описываются выражениями:

01о (t) КтЧвз1п(вес+45 ); (37)

0ц (t) = КвЧmsln (egt — 45 ), (38) где фп = I -(Ргг! =45 =arctg (2 — сь), Л йЪ (39) где 2 Л- полоса прозрачности; ар- центральная частота;

0 — эквивалентная добротность полосового фильтра.

Как и в предыдущем случае (при

Ьpi Ф О) условие (39) обеспечивается на частотах ав =сто — Ли вя =вь+Л. Измеряют значения частот ат1 = вв и шт — éÝ

f первого и второго тестовых сигналов, соответствующие указанным значениям фазового сдвига. В результате измерений получают

Мз - S в,1 = S Ne (40)

N4= S т2 S оЪ (41) где $ — крутизна преобразования частоты, Ширину полосы прозрачности 2Л и ее относительную асимметрию 4 определяют по выражениям

2 йЛ = 2 $Л = N4 — йз = S (вв — мв ) =

=S (— со ), (42) N4 — Из

N5 — 46 б, 100 о(, 2 йЛ

) 100%=

$ (щ — йэц ) где й6- No йз = $Л1 =$ (иъ - w< )

N6 = N4 N6 $Л2 = S (ОЬ2 О о ) °

При $ = 1 выражение (42) принимает вид:

2Л=вгг -вц =Ms -ав. (44) llo полученным результатам измерения ширины полосы прозрачности (42) или (44) и центральной частоты и (34) может быть

55 определена эквивалентная добротность полосового фильтра из выражения (39). Так как

tä45о=1, то

2Л

1 = — Оэ, 04 (45) откуда — М.(+ ) (4 щ

2 Л вв — сов

Работа устройства для реализации предлагаемого способа заключается в следующем.

Трехполюсный переключатель 3 устанавливают в положение, указанное на фиг, 1, В результате на вход контролируемого фильтра 4 поступает первый тестовый сигнал (1),частотавт которого устанавливается равной в1 в пределах полосы прозрачности фильтра (фиг. 2), Одновременно этот сигнал поступает и на первый вход цифрового фазометра 5. На второй вход цифрового фазометра 5 поступает выходной сигнал (2) контролируемого фильтра 4, Этот сигнал поступает также на вход цифрового вольтметра 6 (фиг. 2), С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига р1, вносимого полосовым фильтром 4 в первый тестовый сигнал (1) на частоте ohl — а .

Результат измерения запоминают. С помощью цифрового фазометра 6 измеряют амплитудное значение (3) первого выходного сигнала полосового фильтра 4.

Затем трехполюсный переключатель 3 устанавливают в положение, противоположное показанному на фиг. 2. Устанавливают частоту второго генератора 2 равной йЛ =Nz (фиг. 2). В результате на вход полосового фильтра 4 и первый вход цифрового фаэометра 5 поступает второй тестовый сигнал (2). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал (4).

С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимого полосовым фильтром 5 во второй тестовый сигнал. Результат измерения (8) запоминают, а затем сравнивают по модулю со значением (7) фазового сдвига первого тестового сигнала, Затем подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 до значения а =en, при котором обеспечивается равенство (12) модулей фазовых сдвигов. В результате на выходе полосового фильтра 4

1620962

20 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 (5) первого выходного сигнала контролируемого полосового фильтра 4.

Изменяют полосу выходного сигнала генератора 2 до значения ca = иу4, при котором выполняется равенство амплитуд, т.е, Чв = V>. В этом случае выходной сигнал контролируемого фильтра описывается выражением (17). С помощью цифрового фазометоа 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимое полосовым фильтром на частоте а4, Результат измерения (18) запоминают. Определяют и запоминают полусумму (19) фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов (3) и (17), Затем с помощью дифференциального частотомера 7 измеряют разность частот тестовых сигналов (1) и (17), результат (20) уменьшают в четыре раза и запоминают, Увеличивают частоту О 1 выходного сигнала генератора

1 на запомненное значение (21), а частоту в,2 выходного сигнала генератора 2 уменьшают на это значение (21), В результате получают первый и второй тестовые сигналы с частотами щ, -и ав.

Переводят трехполюсный переключа,тель 3 в исходное положение, указанное на фиг. 1. В результате на вход полосового фильтра 4 и первый вход фазометра 5 с выхода генератора 1 поступает первый тестовый сигнал, а с выхода полосового фильтра 4 на вход цифрового вольтметра 6 и второй вход цифрового фазометра 5 поступает тестовый сигнал (22). С помощью цифрового фазометра 5 измеряют фазовый сдвиг ф5, вносимый полосовым фильтром

4 в первый тестовый сигнал на частоте м;.

Результат измерения (24) запоминают.

Затем переводят трехполюсный переключатель 3 в положение, противоположное указанному на фиг, 1, и измеряют фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал на частоте ore. Результат измерения (25) запоминают. Определяют полусумму (26) полученных фазовых сдвигов тестовых сигналов, которую сравнивают с предыдущей полусуммой (19) фазовых сдвигов, При их неравенстве (27) подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 в направлении их равенства, которое обеспечивается на частоте второго тестового сигнала (28). равной йуу, т.е. & = шу.

Измеренное с помощью цифрового фазометра 5 значение (29) фазового сигнала, вносимое контролируемым полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал на частоте шоу, в этом случае равно †, при котором обеспечивается равенство (31) полусумм (19) и (30) фазовых сдвигов, О значении центральной частоты фильтра судят по полусумме (34) частот г и соу первого и второго тестовых сигналов 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 тестовые сигналы с частотами в и ауу, то на выходе смесителя

8 появляются сигналы с частотами

No) =NT +08 (47) ймз2 = йуу — щ (48)

С помощью фильтра 9 верхних частот выделяется сигнал с частотой (47), С помощью делителя 10 частоты этот сигнал делится на два.

Частота выходного сигнала делителя 10 частоты измеряется с помощью цифрового частотомера 11, По полученному результату (34) судят о значении центральной частоты (34) полосового фильтра 4.

После измерения центральной частоты (34) уменьшают частоту си,1 первого тестового сигнала (1) и увеличивают частоту щ2 второго тестового сигнала (2) путем умень-шения значения рэсстройки Лжо частот генератора 1 и 2 тестовых сигналов. С помощью цифрового фаэометра 5 контролируют фазовые сдвиги, вносимые полосовым фильтром 4 в тестовые сигналы (1) и (2), поочередно подаваемые на вход полосового фильтра.

Если в. процессе измерения центральной частоты полосового фильтра было установлено, что его фаэочастотная характеристика смещена íà Л р + О параллельно оси абсцисс, то изменения частот оь1 и сог2 генераторов 1 и 2 тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов, контролируемых фазометром 5, значений р, — — 45 +Ьф1 и -ут2 = — 45 + Лф соответственно, Это условие обеспечивается при установке частоты генератора 1 первого тестового сигнала равной й)ц = вв и частоты генератора 2 второго тестового сигнала, равной вт2 - ул9 При Лр = О, р1 =45о,а

- = — 45 .

1620962

С помощью дифференциального частотомера 7 измеряют ширину полосы прозрачности полосового фильтра 4 как разность частот вв и cog тестовых сигналов. Результат измерения (42) запоминают и использу- 5 ют для вычисления значения относительной ассиметрии д полосы прозрачности полосоаого фильтра 4 согласно выражения (43).

Одновременно по результатам измерений значений центральной частоты (34) и шири- 10 ны полосы прозрачности (43) вычисляют и эквивалентную добротность Q> полосового фильтра согласно выражечия (46), Формула изобретения

1, Способ определения параметров по- 15 лосового фильтра, заключающийся в nooseредном зондировании полосового фильтра первым и вторым гестовыми сигналами перестраиваемых частот, расположенных эа пределами полосы прозрачности полосово- 20 го фильтра, иэмер.:нии амплитуд выходных сигналов полосового фильтра, подстройки значений частот тестовых сигналов до обеспе"ения равенства коэффициентов передачи указанных сигналов, измерении 25 значений частот тестовых сигналов по установленным критериям, с последующей обработкой результатов промежуточных измерений по определенным выражениям, отличающийся тем,что,сцелью 30 расширения функциональных воэможностей и повышения точности, уменьшают и увеличивают частоты первого и второго тестовых сигналов соответственно, контролируют фаэовые сдвиги, вносимые полосовым 35 фильтром в каждый из тестовых сигналов, при несмещенной фазочастотной характеристике, изменение частот тестовых сигналов проводят до момента достижения соответственно положительного и отрицательного 45-градусных фазовых сдвигов между входным и выходным тестовыми сигналами, измеряют значения частот первого и второго тесто ых сигналов, соответствующие указанным значениям фазового сдвига. а ширину полосы прозрачности 2Л, относительную асимметрию А, центральную частоту аъ и добротность полосового фильтра

Оэкв определяют по выражениям

2Л =й тг — м2, Л1 — ЛР 100

2Л где Л1 =аЬ вЂ” м1,Л =м, — ow;

®о = (вг1 + ать ) 2:

0экв =м) 2 Л.

2. Способ поп.1, отличающийся тем, что при смещенной относительно абсцисс фазочастотной характеристике полосового фильтра измерения частот тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов значений фт1 = 45 + A f1 и = — 45 + Л ф1 соответственно, где Лф1- смещение фазочастотной характеристики относительно оси абсцисс, Составитель H.Ìèõàëåâ

Редактор Т.Парфенова Техред М, Моргентал Корректор М.Шароши

Заказ 4244 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101