Измеритель фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания

 

Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов , фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания радиоустройств и их элементов. Цель изобретения - повышение точности измерения . Цель достигается путем исключения фазоимпульсной погрешности, возникающей на входе и выходе смесителей , включая погрешность низкочастотной части измерителя. Для этого в измеритель введены развязывающие четырехполюсники 4,6,9,11,24,16, 18, коммутаторы 3,13,15.программируемые синтезаторы 1,8 частот.Информация , полученная в измерительных циклах режимов калибровки и измерений , во время которых переключаются сигналы и их частоты на входах смесителей 10,17, обрабатывается в микроЭВМ 21. Введением цифровых фазометров 19,20 обеспечивается регулировка Р широких пределах числа усреднений п и исключается промежуточное преобразование фаза - напряжение . 1 ил. 9 (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLlHA JlHCTÈ×ECHWÕ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 0! R 27/23

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4674!90/21 (22) 30. 01, 89 (46) 07. 02. 91. Бюл. !! - 5 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.Л.Кафанов, Р.Я.Николаев и Н.Н.Николаева 53) 621.317.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство ГССР

N- !226400, кл. G 04 F 10/06, 1986.

Mike J. Accuracy enhanced phase

measurements. — Colloquy Advance

S-Parameters Measurements MicroWavelengths, 23 мау, 1983, Electronic Division Professional Groups

Е 12 84 апй Е1. London, 1983, 13/1-13/6. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗОЧАСТОТНЬИ ХАРАКТЕРИСТИК И ГРУППОВОГО ВРЕМЕНИ ЗАПАЗДЫВАНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, фазочастатных характеристик и

„„SU„„1626202 А 1 группового времени запаздывания радиоустройств и их элементов. Цель изобретения — повышение точности измерения. Цель достигается путем исключения фазоимпульсной погрешности, возникающей на входе и выходе смесителей, включая погрешность низкочастотной части измерителя. Для этого в измеритель введены раэвязывающие четырехполюсники 4,6,9,11,l4,16, 18, коммутаторы 3,13,15,программируемые синтезаторы 1,8 частот.Информация, полученная в измерительных циклах режимов калибровки и измерений, во время которых переключаются сигналы и их частоты на входах смесителей 10,17, обрабатывается в микроЭВМ 21. Введением цифровых фазометров 19,20 обеспечивается регулировка в широких пределах числа усреднений и и исключается промежуточное преобразование фаза — напряжение. 1 ил, 1626202

Изобретение относится к радиоиэ" мерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, фаэоча"тотных характеристик и группового времени запаздывания радиоустройств и их элементов.

Целью изобретения является повы50 шение точности измерения путем исключения фаэоамплитудной погрешности, возникающей на входе и выходе смесителей включая погрешность низкочастотных r.àíàëîB.

1!а чертеже представлена структурная схема измерителя.

Измеритель содержит первый программируемый синтезатор 1 частот,первый согласующий блок 2, первьгй коммутатор 3, первый развязываюший четырехполюсник ч, первый смеситель 20

5, второй развязываюший четырехполюсник 6, второй 7 и третий 8 программируемьге синтезаторы частот, третий развязываюший четырехполюсник 9,второй смеситель 10, четвертый развязы- 25 ваюший четырсхполюсник 11, второй согласующий блок 12, второй коммутатор 13, пятый развязывающий четырехполюсник 14, третий коммутатор 15, шестой раэвязывяюший четырехполюсник

16, третий смеситель 17, седьмой развяэывающий чегырехполюсник 18, первый 19 и второй 20 цифровые фазометры и микроЭВ11 21. На схеме обозначен исследуемый объект 22.

Выход перв го программируемого синтезатора l частот соединен с входом первого согласующего блока 2, первый выход которого подключен к входу первого коммутатора 3, а вто- 40 рой выход соединен через первый развязывающий четырехполюсник 4 с сигнальным входом первого с. есителя

5, гетеродинный. вход которого подключен через второй развязывающий че- 45 тырехполюсник 6 л выходу второго программируемого синтезатора 7 частот, выход третьего програмлгируеt4o го синтезатора 8 частот соединен через третий развяэываюший четырехполюсник 9 с гетеродинным входом второго смесителя 10, сигнальный вход которого подключен через чствертый развяэывающий четырехг1очюсник

11 к второму выходу втop0I согла55 сующего блока 12, вход кот орог о соединен с восходом в "орого коммутатора

13, к ггервому входу котор го поггкэючается выход иссггед елюг i < ггъскта.

Второй вход второго коммутатора Т3 соединен с вторым выходом первого коммутатора 3, к первому выходу которого подключается вход исследуемого объекта. Первый выход второго согласующего блока 12 соединен через пятый развязывавший четырехполюсник с первым входом третьего коммутатора 15, второй вход которого подключен через шестой развяэывающий четырехполюсник 16 к сигнальному входу второго смесителя 10. Выход третьего коммутатора 15 соединен с сигнальным входом третьего смесителя

17, гетеродинный вход которого подключен через седьмой развязывающий четырехнолюсник 18 к выходу второго программируемого синтезатора 7 частот, вход синхронизации которого соединен с входом синхронизации третьего программируемого синтезатора 8 частот и с выходом синхронизации первого программируемого синтезатора 1 частот. Выход первого смесителя 5 подключен к первым входам первого цифрового 19 и второго 20 циЖровьгх фаэометров. Выход второго смесителя

10 соединен с вторым входом первого цифрового фазометра 19. Выход третьего смесителя 17 подключен к второму входу второго цифрового фазометра 20.

Информационная шина микроЭ311 21 соединена с информационными входами первого 1, второг 7 и третьего 8 программируемых синтезаторов частот и с информационными выходами первого 19 и второго 20 цифровых фаэометров.управляющая шина микроЭВ1! 21 подключена к управляющим входам-выходам программируемых синтезаторов I, 7 и 8 частот, коммутаторов 3, 13 и 15 и цифровых фазометров 19 и 20.

Измеритель работает следующим образом.

По кол1анде "Пускн производится начальная установка микроЭВ!! 2l,ïîñле которой микроЭВ11 21 переходит к подпрограмме ус,ановки режима работы. С пульта управления микроЭВ!" 21 задаются: начальная Я!г и конечная

Я!, частоты диапазона перестройки частоты, шаг перестройки частоты (количество точек) и число усреднений результатов измерений п 1 °

Работа измерителя осуществляется в двух режимах: калибровки и измерений, В обоих режимах производится m измерительных циклов, причем пг опре5 162 деляется количеством частотных точек (шагом перестройки частоты) в заданном диапазоне частот ° Каждый цикл сос тоит из двух тактов.

Д1я проведения калибровки микроЭВИ 2! выставляет на управляющую шину сигнал, поступающий на управляющие входы коммутаторов 3 и 13. В результате этого коммутаторы 3 и 13 устапавлив:.ются в положение, в котором первый выход согласующего блока 2 соединяется непосредственно с входом согласующего блока 12. !1еобходимый режим усреднения результатов измерений в цифровых фаэометрах 19 и 20 микроЭВМ 21 устанавливает, выставив на управляющей шине сигналы, переводящие цифровые фазометры 19 и 20 в режим работы с заданным числом усреднений результатов измерений.

В первом такте измерительного цикла режима калибровки микроЭВИ 21 переводит коммутатор 15 в положение, в котором сигнальный вход смесителя 17 подключается к выходу раэвязывающего четырехполюсника 14, и устанавливает частоты выходных сигналов программкр;"емых синтезаторов 1, 7 и 8 частот (например, типа Ч6 — 72).Для установки частоты Я, сигнала на выходе программируемого синтезатора I частот микроЭВМ 21 выставляет на управляющую шину разрешающий сигнал, который поступает на управляющий вход программируемого синтезатора 1 частот, подготавливая его к приему информации, Затем микроЭВМ 21 выставляет на информационную шину код час— тоты g, который записывается в программируемый синтезатор 1 частот.

Аналогично устанавливается частота

g, — g. (Q — промежуточная частота на выходах смесителей 5, 10 и 17) сигналов на выходах программируемых синтезаторов 7 и 8 частот.

Сигнал частоты Я1 с выхода программируемого синтезатора 1 частот поступает через согласующий блок 2 и развязывающий четырехполюсник 4 на сигнальный вход смесителя 5, на гетеродинный вход которого через раэвязывающий четырехполюсник 6 подается сигнал частоты 63; — Я с выхода программируемого синтезатора 7 час— тот. В результате преобразования час— тот на выходе смеситсля 5 образуется сигнал

620?

U1 = Um ваап(Ч?t + ql -10 (1) .тг ° где Ч вЂ” фазовый сдвиг, IIn Iaèêающий

5 в сигнальных цепях смесителя 5; (, — фазовый сдвиг, возникающий в гетероцинных цепях смесителя 5.

Полученный сигнал (I> подается на первые входы цифровых фазометров 19 и 20 (например, типа ФК2-35). Одновременно сигнал частоты (0 посту1 пает на сигнальный вход смесителя

10 через согласующий блок 2, коммутаторы 3 и 13, согласующий блок 12 и развяэывающий четырехполюсник ll, а на сигнальный вход смесителя 17 — через согласующий блок 2, коммутаторы

20 3 и 13, согласующий блок 12, развязывавший четырехполюсник 14 и коммутатор 15. На гетеродинные входы смесителей 10 и 17 подаются сигналы частоты Я, — Q. соответственно с выходов

25 программируемых синтезаторов 7 и 8 частот. На выходах смесителей образуются сигналы

Б = Б„siп(+t шг

+Ц вЂ” () (2) 3 в (" Чэ Чгъ (3) Чгг Юг ) (4) („= (о, +(„,) — (q, . р, — Щ, -q„, ), (5) где Я и (" фаэовые сдвиги, возникающие в сигнальных цепях соответственно

35 смесителей 10 и 17 г2 H ЧгЗ фазовые сдвиги возни кающие в гетеродинных цепях соответственно смесителей 10 и 17.

40 Сигналы (2) и (3) поступают на вторые входы соответственно цифровых фазометров 19 и 20. ИикроЭВМ 21 выдает разрешающий сигнал и сигнал запуска, которые по управляющей шине

45 поступают на управляющие входы цифровых фазометров 19 и 20, и переходит к подпрограмме ожидания сигнала готовности данных от цифровых фазометров 19 и 20. После заверю ния из50 мерения на информационных выходах цифровых фазометров формируются коды, соответствующие фаэовым сдвигам

Чкг (Vz Qzg) (Ч +Ч1Р) )626202 гдето,Ц) и Ц вЂ” фаэовые сдннII я 1

Ги 1 возникаю щие в цепях промежуточной частоты соответственно смесителей 5, 10 и 17, в том числе в каналах цифровых фаэометров

19 и 20.

Одновременно на управляющих выходах цифровых фаэометров 19 и 20 формируются сигналы готовности данных.

При поступлении этих сигналов микроЭВМ 21 поочередно подключает информационные выходы цифровых фазометрон

19 и 20 к информационной шине и считывает полученные данные, которые запоминаются.

Во втором такте измерительного цикла режима калибровки микроЭВМ 21 переводит коммутатор )5 н положение, в котором сигнальный вход смесителя

)7 подключается через раэвязывающий четырехполюсник 16 к сигнальному входу смесителя )О. Частоты сигналов на выходах программируемых синтезаторов 1 и 7 частот не изменяются, а на выходе программируемого синтезатора д частот устанавливается сигнал частоты Я; + Q, смещенной вверх относительно частоты сигнала на сигнальном входе смесителя 10 на промежуточную частоту. На первые входы цифровых фазометров 19 и 20 подается сигнал (1), На второй вход цифрового фаэометра 19 поступает сигнал

= UШ sin(Qt — Ч2 + Угг ) ° (6)

Щ2

Знак фазового сдвига Ц изменился, поскольку частота сигнала на гетеродинном входе смесителя 10 выше, чем на сигнальном нходе. Во втором такте сиГнал частоты Я, с выхода программируемого синтезатора 1 частот поступает на сигнальный вход смесителя

17 через согласующий блок 2, коммутаторы 3 и 13, согласующий блок 12, раэвяэывающие четырехполюсники )1 и

16 и коммутатор 15, поэтому на второй вход цифрового фазометра 20 поступает сигнал

= "м sin(gt + Ф Ч "3 ),(7)

После завершения измерений на информационных выходах цифровых фазометрон 19 и 20 формируются коды,соответствующие фаэовым сдвигам

Ч)г = (Ю2 Юга) (Ч Ч!а) ! (Чг2-Ч. ). (8) t

10 ЧК i ((+ÇG) Ч1 Ч д) — %з- Чг ) (() ) щий на входе смесителя 10 при отличии амплитуды сигнала (10) от амплитуды сигнала (2), при которой производилась калибровка Измерит еля.

На второй вход цифрового фазометра 20 поступает сигнал

П„= U). sin(gt

+, -(I„), (11) 45

50!

+ ЧХ + э

1 где фазовый сдвиг (фаэоамплитудная погрешность), возникающий на входе смесителя 17 которые записываются в микроЭВ) 2), Аналогично производится калибровка измерителя на других частотах н заданном диапазоне частот.

Для проведения измерения фазочастотной характеристики исследуемого объекта 22 микроЭВМ 21 переключает коммутаторы 3 и 13 в положение, в котором первый выход, согласующего блока 2 соединяется с входом согласующего блока 12 через исследуемый объект 22.

25 В первом такте измерительного цикла режима измерений положение коммутатора 15 и частоты сигналов на выходах программируемых синтезаторов 1, 7 и д частот полностью соответствуют первому такту измерительного цикла режима калибровки. Следовательно, на первые входы цифровых фазометров 19 и 20 поступает сигнал (1). На второй вход цифрового basoметра 19 подается сигнал

35 !

UÄ2 = U„sinQt +Чх + 62 + !

+ Ц вЂ” Я ), (10) где (— фазовый сдвиг, вносимьФ

40 исследуемым объектом 22 на частоте Q,; фазовый сдвиг (Аазоамплитуд1

2 ная погрешность), возникаю)626202

10 при отличии амплитуды сигнала (11) or амплитуды сигнала (3).

После завершения измерений микро5

ЭВ)) 21 запоминает коды, соответствующие фазовым сдвигам ()7)

45 (4 () (Чгэ (I ) которые считываются и запоминаются микроЭВМ 21, После окончания второго такта измерительного цикла режима измерений микроЭВ11 21 обрабатывает инбормацию, полученную в соответствующих циклах режимов калибровки и измерения, с целью коррекции фазоамплитудной погрешности и погрешности, обусловленной неидентичностью каналов измерителя. Дпя этого микроЭВИ 21 вычисляет разности фазовых сдвигов 1 12) 1 И И2 (-PX ) 2 2 ) ((-) 2 Q 2 Д ) ((I) - ) — (Ц) + ) ° () 2) 10 и n — Ч» 4 4 ) % Ч,)— — (® (t ) — (q„-qr, ), ()З)

ll и

Где ) 2 и фазоВые сдВиГи (фазо амплитудные погрешности), возникающие в трактах промежуточной частоты смесителей 10 20 и 17, включая цифровые фазометры 19 и 20, Второй такт измерительного цикла режима измерения полностью соответствует второму такту измерительного 25 цикла режима калибровки, поэтому на первые входы цифровых фазометров )9 и 20 поступает сигнал (!), а на вторы е входы — СИ гн алы

U = „sin(Qt — 1 — (, ). З0

1 (14)

U<> = " sin(Qt +ЧХ + Q >+

+ Ь,+(Р, -q„). (15)

На информационных выходах цифровых фаэометров образуются коды, соответствующие фаэовым сдвигам

I И21 (-ЧХ 6й,A ) (- Ч 2 +CP2Р) (Р q ) + ((Р Ц1 ) (16) 40 и (ч), (13) н (5), (16) и (В) () 7) и (9):.1 К21 К 21 ЧХ

ll Х 3 3

4 2 =ЧИЗ -Ч. =

1 3 ЧИ2 К2(I

-М,- h + Л2, Чх З З 2Я °

1 1 4 ЧИЪ! Ч К31

CP„= (q, — q ) /2 — ((!14 41 ) °

Аналогично существляется измерение фазовых сдвигов, Вносимых исследуемым объектом 22 на других частотах заданного диапазона частот. Измеренная фазочастотная харакгеристика исследуемого обьекта 22 индицирует.-я в виде цифровых данных или

rp афиче с ко го изображения .

Для определения частотной характеристики группового Времени запаздывания исследуемого объекта 22 вычисляется приращение фазового сдвига hg при малом приращении частоты (), в пределах которого групповое Время запаздывания остается постоянным, т.е.

"= ир!ли -(ip„(z,„>— 1 (G3, 3 M., где q„(u,) и g (Я,,) — фаэовые

СДВИГИ ИЗ меренные в соседних измерительных циклах соответственно на частотах

Я, >><

В результате проведения вычислений определяется частотная характеристика группового времени запаздывания в заданном диапазоне частот °

Предлагаемый измеритель позволяет также измерять прир,;ление фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания и проводить сравнение характеристик различных объектов. Для измерения приращений характеристик микроЭВ1" 21 вычисляет разности фазовых сдвиг )B п.1лученных в соответствующих частотны.: точках а затем определяет фазовый сдвиг

У

Вносимьп исследуемым объектом па частоте Я;, по алгоритму

1626202 заданного диапазона частот, относи— тельно фазового сдвига на исходной частоте Чк = P>j Ч ко

Сравнение характеристик объектов производится в два этапа. Сначала измеряется и запоминается характеристика эталонного объекта, à 3 ат ем измеряется характеристика исследуемого объекта и определяются ее отклонения относительно эталонной.

Формула и з о б р е т е н и я

Составитель Н.Михалев

Техред Л. Кравчук Корректор Т.Малец

Редактор О.К1рковецкая

Заказ 276 Тираж 409 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Измеритель фазочастотных характеристик и группового времени запаздывания, содержащий программируемый синтезатор частот, два согласующих блока, три смесителя и микроЭВМ,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены .лва дополнительных программируемых синтезатора частот, три коммутатора, семь развязывающих четырехполюсников и два цифровых фазометра, причем выход первого программируемого синтезатора частот соединен с входом первого согласующего блока, первый выход которого подключен к входу первого коммутатора, а второй выход соединен через первый раэвязывающий четырехполюсник с сигнальным входом первого смесителя, гетеродинный вход которого подключен через второй развязывающий четырехполюсник к выходу второго программируемого синтезатора частот,выход третьего программируемого синтезатора частот соединен через третий развяэывающий четырехполюсник с гетеродинным входом второго смесителя, сигнальный вход которого подключен через четвертый развязывающий четырехполюсник к второму выходу второго согласующего блока, вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый вход которого подключен к выходной клемме для подключения исследуемого объекта, а второй вход соединен с вторым выходом первого коммутатора, первый выход которого подключен к входной клемме для подключения исследуемого объекта, первый выход второго согласующего блока соединен через пятый развязывающий четырехполюсник с первым входом третьего коммутатора, второй вход которого подключен через шестой развязывающий четырехпопюсник к сигнальному вхогу второго смесителя. а выход соединен с сигнальным входом

20 третьего смесителя, гетеродинный вход которого подключен через седьмой развязывающий четырехполюсник к вы ходу второго программируемого синтезатораа частот, вход синхронизации которого соединен с входом синхронизации третьего программируемого синтезатора частот и с выходом синхронизации первого программируемого синтезатора частот, выход первого смесителя подключен к первым входам первого и второго цифровых фазометров, выход второго смесителя соединен с вторым входом первого цифрового фазометра, выход третьего смесителя подключен к второму входу второго цифрового фазометра, информационная шина микроЭВМ соединена с информационными входами первого, второго и третьего программируемых синтеза40 торов частот и с информационными выходами первого и второго цифровых фазометров, а управляющая шина подключена к управляющим входам-выходам программируемых синтезаторов частот, коммутаторов и цифровых фазометров.