Измеритель добротности колебательных систем

 

Изобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано для измерения добротности объемных резонаторов в СВЧ-диаетазоне, а также колебательных систем в радиочастотном диапазоне. Целью изобретения является повышение точности измерения добротности колебательных систем . Измеритель добротности колебательных систем содержит перестраиваемый генератор 1 высокой частоты, колебательную систему 3, первый амплитудный детектор 4, перестраиваемый генератор 10 низкой частоты , блок 13 отношения частот, блок 15 управления. Введение в измеритель амплитудного модулятора 2, фильтра 5, низкочастотного детектора 6, электронного коммутатора 7, аналого-цифрового преобразователя 8. цифроаналогового преобразователя 9, делителя 11 частоты, второго амплитудного детектора 12. блока 14 индикации позволяет обеспечить повышение точности за счет исключения операции взятия второй производной из измерительного процесса, а также за счет исключения погрешностей , обусловленных неравномерностью в диапазоне амплитудно-частотной характеристики амплитудного детектора 4 и неравномерностью в диапазоне частот выходного уровня перестраиваемого генератора 1 высокой частоты. 5 ил. т С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!! ) (я)ю G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792074/21 (22) 08.12.89 (46) 07.03.92. Бюл. hh 9 (71) Севастопольский приборостроительныйй институт

P2) А.H.Òðóojêèè, А.Д.плоткин и И.Л.Афонин (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 519650, кл. G 01 R 27/26, 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 750389, кл. G.01 Я 27/26, 1977. (54} ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕSATEËÜHÛX СИСТЕМ (57) Изобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано для измерения добротности объемных резонаторов в

СВЧ-диапазоне, а также колебательных систем в радиочастотном диапазоне. Целью изобретения является повышение точности измерения добротности колебательных систем. Измеритель добротности колебательных систем содержит перестраиваемый генератор 1 высокой частоты, колебательную систему 3, первый амплитудный детектор 4, перестраиваемый генератор 10 низкой частоты, блок 13 отношения частот, блок 15 управления. Введение в измеритель амплитудного модулятора 2, фильтра 5, низкочастотного детектора 6, электронного коммутатора 7, аналого-цифрового преобразователя 8, цифроаналогового преобразователя 9, делителя 11 частоты, второго амплитудного детектора 12, блока 14 индикации позволяет обеспечить повышение точности за счет исключения операции взятия второй производной иэ измерительного процесса, а также эв счет исключения погрешностей. обусловленных неравномерностью в диапазоне амплитудно-частотной характеристики амплитудного детектора 4 и неравномерностью в диапазоне частот выходного уровня перестраиваемого генератора 1 высокой частоты, 5 ил.

1718144

20

40

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для измерения добротности объемных резонаторов в СВЧ-диапазоне, а также колебательных систем в радиочастотном диапазоне.

Известно устройство для измерения добротности колебательных контуров, содержащее измерительный контур, входной и выходной согласующие элементы, широкополосные усилители„ блок автоматической регулировки амплитуды, блок регистрации . момента возбуждения и ключи.

Недостатком устройства является большая погрешность измерения из-за значительной погрешности определения полосы пропускания.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является устройство для измерения добротности колебательных контуров, содержащее перестраиваемые генераторы высокой и низкой частоты, выходы которых соединены с блоком отношения частот и выходами частотного модулятора, а управляющие входы через запоминающие устройства и нуль-органы подключены к выходам блоков выделения первой и второй производной, причем выход блока выделения первой производной также соединен с. входом блока выделения второй производной, а вход блока выделения первой производной через амплитудный детектор и измеряемый контур — с выходом частотного модулятора.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения добротности из-за значительной погрешности определения полосы пропускания, особенно для высокодобротных колебательных систем (объемных и коаксиальных резонаторов в СВЧ-диапазоне, кварцевых резонаторов в радиочастотном диапазоне), При определении резонансной частоты и полосы пропускания используются блоки выделения первой и второй производной соответственно, включенные последовательно. Каждый из указанных блоков вносит соответствующую погрешность. При определении второй производной погрешность измерения полосы пропускания существенно возрастает, так как в этом случае производная. берется от функции, определенной с погрешностью.

Кроме того, погрешность измерения резонансной частоты также значительна за счет собственной неравномерности выходного уровня сигнала перестраиваемого генератора высокой частоты и .неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) амплитудного детектора, Цель изобретения — повышение точности измерения добротности, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения добротности колебательных контуров введены второй амплитудный детектор, блок индикации, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), делитель частоты, фильтр, низкочастотный детектор, электронный коммутатор, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и амплитудный модулятор, первый вход которого соединен с выходом перестраиваемого генератора высокой частоты и входом второго амплитудного детекто ра, выход которого соединен с вторым входом электронного коммутатора, выход которого соединен с входом АЦП, вход-выход которого соединен с соответствующими входами перестраиваемого генератора высокой частоты, блока отношения частот, блока индикации, электронного коммутатора и соответствующими входами-выходами блока управления и цифроаналоговог0 преобразователя, выход которого соединен с входом перестраиваемого генератора низкой частоты, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом амплитудного модулятора, выход которого соединен с входом колебательной системы, выход йервого амплитудного детектора через фильтр соединен с входом. низкочастотного детектора. выход которого соединен с первым входом элект- . ронного коммутатора.

Сравнение известного устройства е предлагаемым изобретением показывает, что заявляемое устройство проявляет новые технические свойства, выраженные в повышении точности измерения резонансной частоты и полосы пропускания эа счет исключения из измерительного процесса операции взятия второй производной, коррекции неравномерности уровня выходного сигнала перестраиваемого генератора высокой частоты и исключения влияния на точность измерения неравномерности АЧХ амплитудного детектора.

На фиг. 1 приведена структурная схема йзмерителя добротности колебательных систем," на фиг. 2 — блок-схема программы калибровки измерителя; на фиг, 3 блок-схема программы измерений; на фиг.

4 — амплитудно-.частотная характеристика колебательной системы и спектр амплитудно-модулированного сигнала; на фиг. 5— временные диаграммы: а, б — управляющих напряжений на входах перестраиваемых генераторов вйсокой и низкой частоты; в—

1718144 зависимости коэффициента yl, вычисляемого по алгоритму; r — управляющего напряжения на входе электронного коммутатора 7; д — напряжения запуска АЦП, е — напряжения запуска блока отношения частот. 5

Измеритель содержит соединенные последовательно перестраиваемый генератор

1 высокой частоты, амплитудный модулятор

2, исследуемую колебательную систему 3, первый амплитудный детектор 4, фильтр 5, 10 низкочастотный детектор 6, электронный коммутатор 7 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, соединенные последова- тельно цифроаналоговый преобразователь

9, перестраиваемый генератор 10 низкой 15 частоты и делитель 11 частоты, выходом подключенный к второму (управляющему) входу амплитудного модулятора 2, второй амплитудный детектор 12, входом соединенный с выходом перестраиваемого гене- 20 ратора 1 высокой частоты, à выходом подключенный к второму входу электронного коммутатора 7, блок 13 отношения частот, первым входом соединенный с выходом генератора 1, а вторым входом подключен- 25 ный к выходу генератора 10, блок 14 индикации, блок 15 управления (функции которого выполняет микроЭВМ 16 с интерфейсом 17), подключенный к управляющим и информационным входам генератора 1, 30 электронного коммутатора 7, АЦП 8, ЦАП 9, блока

13 отношения частот и блока 14 индикации, Измеритель работает следующим образом.

Режиму измерения предшествует ре- 35 жим калибровки, когда исследуемая колебательная система 3 исключается, а выход модулятора 2 подключается к входу амплитудного детектора 4.

Микро-ЭВМ 16 через интерфейс 17 с 40 помощью своих сигналов осуществляет установку генератора 1 на нижнюю частоту fs рабочего диапазона измерителя, коммутатор 7 в состоянии, когда на вход АЦП 8 поступает сигнал с выхода детектора 6, ус- 45 танавливает на выходе ЦАП 9 напряжение управления генератором 10, соответствующее частоте сигнала F <>, а также запускает

АЦП 9.

Генератор 1 вырабатывает СВЧ-сигнал 50 с частотой fH, который подается на ампли. тудный модулятор 2 и второй детектор 12, Под действием сигнала ЦАП 9 генератор 10 устанавливается на частоту FM H. Поделенный по частоте на два, сигнал с выхода де- 55 лителя 11 поступает на второй управляющий вход модулятора 2. Модуля-. тор .2 осуществляет амплитудную модуляцию ВЧ.-сигнала, который, и ройдя колебательную систему 3, детектируется детектором 4. В результате на его выходе появляется сигнал

О4 = К4Е (1 + М cos 2л Fzt), где К4 — коэффициент преобразования детектора 4;

М вЂ” коэффициент амплитудной модуляции ВЧ-сигнала на частоте модуляции Fz;

Š— амплитуда сигнала на выходе генератора 1;

F2 = Рми j2 — частота модулирующего сигнала.

Детектор 12 детектирует поступающий с генератора 1 сигнал, в результате на его выходе появляется напряжение

О12 = К12Е где К12 — коэффициент преобразования 12, Сигнал.V4 поступает на фильтр 5, который выделяет его первую гармонику

О6= К4К6МЕ cos 2mFzt, (1) где К6 — модуль коэффициента передачи фильтра 5, С выхода фильтра 5 сигнал О6 подается на детектор 6, где детектируется. В результате йа его выходе появляется сигнал О6, который через коммутатор 7 поступает на вход АЦП 8

О6 = К4К6К6МЕ, где К6 — коэффициент преобразования детектора 6.

АЦП 8 преобразует сигнал О6 в цифровой эквивалент N6. Микро-ЭВМ 16 через интерфейс 17 считывает.и запоминает значение кода N6.

В соответствии с блок-программой, приведенной на фиг. 2. микро-3ВМ 16 устанавливает коммутатор 17 в состояние, когда на вход АЦП 8 с выхода детектора 12 подается сигнал О12, который преобразуется в

АЦП 8 в цифровой эквивалент N1z. МикроЭВМ 16 считывает код N12, вычисляет и запоминает значение коэффициента а

N12 К12

Й6 К4 К5К6М

На этом калибровка на частоте f> заканчивается и по сигналу с микро-3ВМ 16 генератор 1 перестраивается на следующую частоту, Процедура определения а на этой и других частотах остается прежней.

После определения а в на верхней частоте рабочего диапазона калибровка заканчивается и на экране блока индикации 14 появляется текст "Калибровка закончена", В режиме измерения вместо регулярного волновода в тракт ВЧ измерителя включается исследуемая колебательная система

4. Оператор запускает измеритель нажатием кнопки. В соответствии с блок-программой измерения (фиг, 3) микро-ЭВМ 16 через ин1718144 терфейс 17 устанавливает генератор 1 на нижнюю частоту fH, коммутатор 7 в состоянии, когда на вход АЦП 8 поступает сигнал с детектора 6, устанавливает на выходе ЦАП

9 напряжение управления генератором 10, соответствующее частоте F>«, осуществляет сброс в нулевое состояние регистров блока 13 отношения частот и блока 14 индикации, а также осуществляет запуск

АНП 8.

Процедура получения сигналов 04, 05, 06, U1Z И ВЫЧИСЛЕНИЕ КОЭффИцИЕНтОВ а н На нижней и других частотах рабочего диапазона генератора l в режиме измерения аналогична описанной для режима калибровки

N6 К4К5К6М КЗ Тн

812 К12

В соответствии с блок-программой измерения(фиг. 3) микро-ЭВМ 16 извлекает из памяти значение коэффициента акн, соответствун3щее частоте fH, вычисляет коэффи-циент ун по алгоритму

«г н = %сн (Хин = КЗ(н), (2) где Кз(4) — модуль коэффициента передачи колебательной системы 3 на частоту fH, и запоминает его значение.

Далее микро-3ВМ 16 перестраивает генератор 1 на частоту fH + hf, определяет сигналы 04, U5, 06, U12, y), где Л f — шаг перестройки генератора 1, и проверяет выполнение условия

14 — ӄ(0, (3)

Процедура перестройки частоты генеpampa 1, вычисление у и проверка выполнения условия(3) проводятся микро-ЭВМ 16 до тех пор, пока оно не будет выполнено. В этом случае генератор оказывается настроенным на резонансную частоту fpee колебательной системы 3, и значение 14 максимально. Микро-ЭВМ 16 вычисляет коэффициент

)Ф,5 Гмакс/2 = КЗ макс/2 и запоминает значение его.

В дальнейшем генератор 1 остается настроенным на частоту fpe3 до конца измерительного цикла, а микро-3 ВМ 16 перестраивает генератор 10 на частоту

Рмин+ AF, где Л F — шаг перестройки генератора 10. При этом уровень сигнала на выходе фильтра 5 уменьшается прямо пропорционально изменению коэффициента модуляции М(Р1) на выходе колебательной системы 3(фиг. 4, поясняющая взаимосвязь уровня сигнала на выходе колебательной системы 3 и частоты Fi модулирующего сигнала).

Сигналы на выходе детектора 4, фильтра 5, детекторов 6, 12. а также коэффициентЫ ан1 И и ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ В ПРЕЖНЕМ порядке.и описываются следующими выражениями

U4 = КЗ макс ((1 +.M(F4) cos 2 ztFit) К4Е2, 05 = КЗ макс M (F ) К4К5Е cos 2 Fg;

5 U6 = K4 ма у М (FI) K4K5K6E;

012 = К12Е;

Й6 Кзмакс К4 К5 К6 12 К12 у) =аки а, — — КМ(Е1), 10 где Кз макс — значение модуля коэффициента передачи резонатора на резонансной частоте fpeg, К = K3 макс/М, ПОСТОЯННЫЙ КозффИЦи ент;

15 После каждого шага перестройки микро-3ВМ 16 определяет у и проверяет выполнение условия

У (У 5 (4)

При его выполнении с помощью сигна20 ла, вырабатываемого микро-ЭВМ 16, запускается блок 13 отношения частот. На первый его вход поступает сигнал с выхода генератора 1 с частотой-fpee. на другой — с выхода генератора 10 с частотой Fo.5. Изме25 ритель 13 измеряет отношение .частот Q =

=fpee/Fo,5, где Fo,5 — частота сигнала на выходе генератора 10 в момент выполнения условия (4).

Микро-Э ВМ 16 считывает с информаци30 онного выхода блока 13 отношения частот значение добротности 0 и передает его в блок 14 индикации.

Если сигнал остановки измерителя от кнопки, нажатой оператором, не поступил в

35 микро-ЭВМ 16, то она возвращается к началу измерительного цикла, т.е. процесс измерения повторяется.

Таким образом, как следует из описания принципа работы измерителя, после введе40 ния в него новых элементов и связей он приобретает новое свойство, выраженное в повышении точности измерения добротности. Достижение повышения точности обеспечивается за счет исключения операции

45 взятия второй производной из измерительного процесса, а также за счет исключения погрешностей, обусловленных неравномер. ностью в диапазоне частот амплитудно-частотйой характеристики амплитудного

50 детектора 4 и неравномерностью в диапазоне частот выходного уровня перестраиваемого генератора высокой частоты.

Ф ормул а. изобретен ия

Измеритель добротности колебательных систем, содержащий блок отношения частот. блок управления, колебательную систему, первый амплитудный детектор, пере1718144

10 страиваемые генератор высокой частоты и генератор низкой частоты, выходы которых о соединены соответственно с первым и вторым входами блока отношения частот, выход колебательной системы соединен с 5 входом первого амплитудного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй амплитудный детектор, блок индикации,. аналого-цифровой преобразо- 10 ватель, делитель частоты, фильтр, низкочастотный детектор, электронный коммутатор, цифроаналоговый преобразователь и амплитудный модулятор, первый вход которого соединен с выходом пере- 15 страиваемого генератора высокой частоты и входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом электронного коммутатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, вход-выход которого соединен с соответствующими входами перестраиваемого генератора высокой частоты блока отношения частот, блока индикации, электронного коммутатора и соответствующими входами-выходами блока управления и цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом перестраиваемого генератора низкой частоты, выход которого соединен с вторым входом амплитудного модулятора, выход которого соединен с входом колебательнойсистемы, выход первого амплитудного детектора через фильтр соединен с входом низкочастотного детектора, выход которого соединен с первым входом электронного коммутатора.

-1718144 Риг. 3

1718144 те ристика вляющие го сигнала

Фиг. 4

1 з" 44л

Составитель А. Трушкин

Техред М.Моргентал

Редактор В. Данко

Корректор М. КУчеРЯваЯ

Заказ 878 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

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

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