Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно- модулированных генераторов
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения скорости изменения частоты и линейности, модуляционных характеристик частотно-модулированных генерзторов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения параметров линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов малой длительности. Цель изобретения достигается за счет расширения по длительности входного ЛЧМ сигнала с помощью дисперсионной линии задержки 23. Для этого в устройство для измерения средней скорости изменения частоты частотномодулированных генераторов, содержащее смеситель 2. фазовращатели 1 и 7,
СОЮЗ C0BETCVNX
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (1 91 (11> (s1>s G 01 R 23/00
ГОСУДАРСТ8ЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1499259 (21) 4887264/21 (22) 29.11.90 (46) 23.07.92 Бюл, М 27 (72) Н.Г.Батурин, Б.В.Струков и Б.В.ШишЛИН (56) Авторское свидетельство СССР
N. 1499259, кл. G 01 R 23/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ И
ЛИНЕЙНОСТИ МОДУЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕ Р ИСТИ К ЧАСТОТНО-МОДУЛИ РОВАННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения скорости изменения частоты и линейности. модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения параметров линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов малой длительности. Цель изобретения достигается за счет расширения по длительности входного ЛЧМ сигнала с помощью дисперсионной линии задержки 23. Для этого в устройство для измерения средней скорости изменения частоты частотномодулированных генераторов, содержащее смеситель 2, фазовращатели 1 и 7, 1749843
30 счетчик 6, усилитель промежуточной частоты 3, линии задержки 14 и 24, управляемый генератор 13, частотный детектор
8, суммирующий усилитель 9, амплитудный детектор 25, фазовые детекторы 17 и, 18, формирователь 21 импульсов, стробкаскад 10, блок 11 памяти частоты, фазовращатель на л/2 15, вычитающий
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения-скорости измерения частоты и линейности модуляционных характеристик частотна-модулированных генераторов и является усовершенствованием изобретения по авт,св. М 1499259, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения скорости изменения частоты и ее отклЬнения ат линейного закона линейных частотно-модулированных (ЛЧ М) сигналов малой длительности, На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 — та же, блока памяти частоты; на фиг. 3 — то же, блока flollOcoBbM фильтров; на фиг. 4-9- эпюры, поясняющие работу устройства.
Устройство содержит (фиг. 1) фазовращатель 1, смеситель 2, усилитель 3 промежуточной частоты, линию 4 задержки, смеситель 5, счетчик 6, фазавращатель 7, частотный детектор 8, суммирующий усилитель 9, строб-каскад 10, блока 11 памяти
«астоты, паласовой фильтр, 12, управляемый генератор 13, интегратор 14, фазавращатель на zt/2 15, электронно-счетный частотомер 16, фазовый детектор 17, фазовый детектор 18, усилитель-ограничитель
19, перестраиваемый генератор 20, формирователь 21 импульсов, вычита ащий блок
22, дисперсионную линию задержки ДЛЗ, 23 линию задержки 24, амплитудный детектор 25, осциллограф 26, интегратор 27, видеоусилитель 28, смеситель 29, блок 30 паласовых фильтров, усилйтель-ограничитель 31, переключатели 32-35, При этом в устройстве соединены rioследовательно второй смеситель 5, первый паласовой фильтр 12, первый переключатель 32, первый усилитель-ограничитель 19, дисйерсйокная линия 23 задержки. второй пербключатель 33, третий смеситель 29, блок 30 паласовых фильтров, третий переблок 22; видеоусилитель 28, интеграторы 14 и 27, электронно-счетный частотомер 16 и осциллограф 26, дополнительно введены дисперсианная линия 23 задержки смесители 5 и 29, перестраиваемый генератор 20, паласовые фильтры 12 и 30, усилители-ограничители 19 и 31 и переключатели 3235. 9 ил. ключатель 34, второй усилитель-ограничитель 31, четвертый переключатель 35, вторая линия 24 задержки, первый фазовращатель 1, первый смеситель 2, усилитель. промежуточной частоты 3, строб-каскад 10, блок 11 памяти частоты, фазовращатель на л/2 15; второй фазовый детектор18, вычитающий блок22, видеаусилитель 28, первый интегратор 27, осциллограф 26. Вторые входы второго 5 и третьего 29 смесителей подсоединены к выходу перестраиваемого генератора 20.
Первый вход второго смесителя 5 соединен с вторыми входами первого 32 и четвертого 35 переключателей и является входам устройства. Второй выход второго переключателя 33 соединен с вторым входом третьего переключателя 34. Вход линии
24 задержки соединен с входами второго фазовращателя 7 и амплитудного детектора
25. Последовательно соединены амплитудный детектор 25 и формирователь 21 импульсов, выход которого подключен к синхронизируемым входам строб-каскада
tO и осциллографа 26;
Последовательно соединены частотный детектор 8, суммирующий усилитель 9, второй интегратор 14, управляемый генератор
13, счетчик 6, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами первого
1 и второго 7 фазовращателей, выход которого соединен с вторым входам первого смесителя 2. Выход управляемого генератора 13 соединен с входом электронно-счетного частотомера 16, Вторые входы фазовых детекторов 17 и 18 через первую линию задержки соединены с выходом усилителя промежуточной частоты 3 и входом детектора 8. Первый вход фазового детектора 17 соединен с выходом блока 11 памяти частоты, а выход соединен с вторыми входами суммирующего усилителя 9 и вычитающего блока 22. Блок 11 памяти частоты содержит
1749843 сумматор 36, линию 37 задержки и синхро- МГц. При использовании известных дискнизируемый генератор 38 (фиг. 2). ретных фазовых модуляторов с числом разВ блоке 11 памяти частоты соединены рядов управляющего цифрового кода гп=6 последовательно синхронизируемый гене- количество ступеней аппроксимации может ратор 38, третья линия 37 задержки и сум- 5 составить п=2 =-64, где и — разрядный двоматор 36, при этом выход сумматора 36 ичный счетчик 6 тактовых импульсов, рабосоединен с входом синхронизируемого re- тающий со сбросом при переполнении, нератора 38, вход сумматора 36 является осуществляетподсчеттактовыхимпульсов входом блока памяти частоты, а выход син- управляемого генератора 13. Выходные хронизируемого генератора 38 является вы- 10 прямой и инверсный коды двоичного счетходом блока памяти частоты. чика 6 подаются в качестве управляющих
Блок 30 полосовых фильтров содержит соответственно на дискретные фазовраN-полосовыхфильтров39ипереключателей щатели 1 и 7, На высокочастотные входы
40 N-входов (фиг, 3). Входы N-паласовых дискретныхфазовращателей1и7подается фильтров соединены между собой и являют- 15 соответственно задержанный на линии 24 ся входом блока 30 полосовых фильтров, а задержки и незадержанный исследуемый
N-выходы полосовых фильтров 39 соединен ЛЧМ-сигнал. В результате ступенчатой пиc N-входами переключателя 40, выход кото- лообразной фазовой модуляции ЛЧМ-сигрого является выходом блока 30 полосовых нала на дискретных фазовращателях 1 и 7 фильтров, 20 происходит смещение задержанного и неУстройство работает следующим обра- задержанного исследуемых сигналов по частоте соответственно вверх и вниз на
В зависимости от положения переклю- величину F«/2. Использование дискретных чателей 32 — 35 устройство может функцио- фазовращателей 1 и 7 позволяет уменьшить нировать в одном из трех режимов 25 влияние их инерционности на точность изизмерения. Режим измерения ЛЧМ сигна- мерений за счет уменьшения в два оаза чаI лов длительностью более нескольких еди- стоты повторения управляющего кода. ниц микросекунд. Режим измерения ЛЧМ Разнесенные по частоте на величину сигналов с длительностью, равной или ме- Г » задержанный и незадержанный ЛЧМ нее нескольких единиц микросекунд, имею- 30 перемножаются на смесителе 2. На выходе щих спектр частот и полосе пропускания смесителя 2 образуются комбинационные дисперсионной линии задержки 23, при частотные составляющие, из состава котоэтом знак скорости частотной модуляции . рых усилителем промежуточнои частоты 3
ЛЧМ сигнала совпадает с наклоном диспер- выделяются разностная частотная составсионной характеристики ДЛ3. Режим изме- 35 ляющая и через линию задержки 4 подается рения ЛЧМ сигналов с длительностью, на входы фазового детектора 17 и фазового равной или менее нескольких единиц мик- детектора18. Опорное колебание для фазоросекунд, имеющих спектр частот вйе поло- вого детектора 18 вырабатывается синхросы пропускания ДЛЗ, либо знак частотной низируемым генератором 38 блока 11 модуляции ЛЧМ сигнала, не совпадающий с 40 памяти частоты, запоминающим частоту и наклоном дисперсионной характеристики начальную фазу сигнала, поступающего на
ДЛЗ, его вход с выхода усилителя 3 промежуточВ режиме измерения ЛЧМ сигналов ной частоты через строб-каскад 10 и суммадлительностью более нескольких единиц тор 36 во время разрешающего импульса с микросекунд переключатель 35 соединяет 45 формирователя 21 импульсов, открывающевход линии 24 задержки с входной шиной го строб-каскад 10. Длительность разрешаустройства. В этом режиме устройство ра- ющего импульса выбирается такой, чтобы за ботает следующим образом. Измеряемый это время в блоке 11 памяти частоты устаноЛЧМ сигнал через переключатель 35 пода- вился стационарный режим. ется на вход линии 24 задержки, Управляе- 50 Поддержание постоянной частоты синмый генератор 13 вырабатывает тактовые хронизируемого генератора 38 в течение импульсы счастотой следования 1,=05 Рсдс и, длительности ЛЧМ радиоимпульса осущестгде F 1749843 равно суммарному времени переходных процессов в смесителе 2 и синхронизируемом генераторе 38. Сигнал с блока t1 памяти частоты поступает на второй вход фазового детектора 17. Выходное напряже, ние фазового детектора 17 пропорциональна мгновенной разности фаэ колебаний синхронизируемого генератора 38 и сигнала с вывода линии 4 задержки. Вследствие инерционности фазового детектора 17 импульсное напряжение на era выходе имеет выбросы в начале и конце импульсов (фиг. 4а), Эти переходные процессы, привОдящие к потере части информации, а также искажения сигнала на выходе фазового детектора 17 компенсируются на вычитающем блоке 22. Для этого параллельно фазовому детектору 17 включен аналогичный ему фазовый детектор 18, на который опорный сигнал с блока 11 памяти частоты подается через фазавращатель 15 íà zt /2, рабочая точка характеристики фаэовращателя 15 иэ положения I перемещается в положение И (фиг. 5). При этом фазовый детектор 18 становится нечувствительным к разности фаэ входного и опорного сигнала, и его выходной сигнал характеризует амплитудные искажения входного сигнала и собственные переходные процессы. Этот сигнал (фиг. 4б) вычитается на вычита1ощем блоке 22 из выходного сигнала фазового детектора 17. Разностный сигнал(фиг. 4в), характеризующий частотные искажения анализируемого ЛЧМсигнала, через видеоусилитель 28, интегратор 27 поступает для наблюдения и измерения на осциллограф 26. Синхронизация осциллографа 26 и строб-каскада 10 осуществляется импульсами с формирователя 21 импульсов, запускаемого передним фронтом огибающей анализируемого ЛЧМ-радиаймпульса, выделенной амплитудным детектором 25. Так как частота синхронизируемого генератора 38 может изменяться в ограниченных пределах и в установившемся режиме принимать лишь дискретные значения, а разностная частота нэ выходе смесителя 2 при широком диапазоне скоростей изменения частоты анализируемых ЛЧМ сигналов изменяется в широких пределах, то возникает разница частот колебаний на различных входах фазового детектора 17. Это приводит к ошибкам в измерений как скорости измерения частоты, так и линейности модуляцианнйх харак"геристик частотномодулираванных (ЧМ) генераторов. Изменение рэзностной частоты и фазы сигнала на выходе смесителя 2 при анализе ЛЧМ сигналов с различной скоростью изменения частоты компенсируется инерционной схемой частотно-фаэовой автоподстройки частоты управляемого генератора 13, образованной частотным детектором 8, суммирующим усилителем 9 и интегратором 14. При этом изменение частоты сигнала на выходе усилителя 3 промежуточной частоты вызывает изменение частоты следования импульсов управляемоro генератора 13 f>. При этом изменится частота повторения управляющего кода на выходе счетчика 6 1 =1,/и, равная частоте смещения ЛЧМ сигнала на каждом из диск10 ретных фазовращателей 1 и 7 I Рсдс ) = I Fcpe2 I =0,5Fcpe=fki э также компенсируется изменение разностнай частоты Fcpe на выходе смесителя 2, следовательно, и различие частот сигналов на различных входах фазового детектора 17, возникающее при изменении скорости изменения частоты детектора 17 повышается при сложении на суммирующем усилителе 9 сигналов с частотного детектора 8 и фазового детектора 17, чем обеспечивается частотно-фазовая автаподстройка частоты управляемого гене25 ратора 13. Частота управляемого генератора 13 пропорциональна скорости изменения . ñòîòû анализируемого ЛЧМсигнала, которую можно определить путем измерения электронно-счетным частотоме30 ром 16. В режиме измерения ЛЧМ сигналов малой длительности, имеющих спектр частот в полосе пропускания диСперсионной линии задержки 23 и совпадения знака скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала с наклоном дисперсионнай характеристики линии 23, переключатель 32 переводится во вта40 рое положение и соединяет вход устройства со входом первого усилителя-ограничителя, переключатели 33 и 34 переводятся ва второе положение и соединяют выход дисперсной линии задержки 23 со входом второго 45 усилителя-ограничителя 31, переключатель 35 соединяет выход второго усилителя-ограничителя 31 со входам второй линии задержки 24, В этом режиме устройство работает следующим образом. 50 Измеряемый ЛЧМ сигнал малой длительности через переключатель 32 поступает на вход первого усилителя-ограничителя 19 (фиг. ба). Полоса пропускания усилителяогрэничителя 19 выбирается равной полосе пропускания дисперсной линии 23 задержки, Усиленный и ограниченный по амплитуде с целью исключения влияния амплитудной модуляции, ЛЧМ сигнал с выхода усилителя 19 пода тся на вход ДЛ3 23 (фиг. бб), Так как знак скорости частотной моду. анализируемого ЛЧ М сигнала. При этом точ20 ность компенсации разности частот колебаний на различных входах фазового 1749843 10 тдлз Удлз Мс 1 или 1 1 + —, увых удЛЗ Ус отсюда ус = удлз»x ляции ЛЧМ сигнала и наклон дисперсионной характеристики ДЛЗ 23 совпадают (фиг, 7), на выходе ДЛЗ 23 появляется ЛЧМ сигнал с девитацией частоты, равной девитации входного ЛЧМ сигнала. но 5 длительностью гвых больше, чем длительность тс входного ЛЧМ сигнала (фиг. бв) и задержанный на время to определяемое конструктивными особенностями конкретной ДЛЗ и начальной частотой ЛЧМ сигнала 10 (фиг. 7). B ремя задержки to определяется временем to (задержка to, присущая конкретной ДЛЗ, и определяет задержку ЛЧМ отклика ДЛЗ на воздействие дельта-функции d(t) 15 (фиг, 8) и задержкой входного ЛЧМ сигнала за счет дисперсии ДЛЗ, которая зависит от начальной частоты f> ЛЧМ сигнала (фиг. 7): 1 то=то+тдлз(тв), где to — постоянная задержка для всех час- 20 тот, определяемая конструкцией ДЛЗ; тдлз(Ь) — задержка на частоте fH, определяемая дисперсионной характеристикой ДЛЗ (фиг. 7). При этом, используя фиг, 7 опреде- 25 ЛИТЬ Гвых ° Afc вых =7с + . тдлз =Ус +тдлз, Л длз где Л fc — девиация частоты входного ЛЧМ сигнала; 1длз — полоса пропускания ДЛЗ 23; тдлз — длительность выходного ЛЧМ отклика ДЛЗ 23 при подаче на его входд(т) — импульса (фиг. 8). Таким образом ЛЧМ сигнал на выходе ДЛЗ 23 увеличивается по длительности на величину хдлз= (Л1с/Ы длз ) тдлз Далее, расширенный по длительностй ЛЧМ радиоимпульс через переключатели 33 и 34 поступает на вход второго усилителя-ограничителя 31, который служит для усиления ослабленного ДЛЗ 23 ЛЧМ ра- 40 диоимпульса и ограничения по амплитуде с целью исключения влияния паразитной амплитудной модуляции (вносимая за счет неравномерности амплитудно-частотной . характеристики ДЛЗ 23) на результаты из- 45 мерения и тем самым увеличения точности измерения. Усиленный и ограниченный по амплитуде ЛЧМ радиоимпульс (фиг. бг) че рез переключатель, 35 поступает на входы второй линии задержки 24, второго фазов- 50 ращателя 7 и амплитудного детектора 25, В остальном работа в этом режиме аналогична работе устройства в режиме измерения параметров ЛЧМ сигналов длительностью более нескольких микросекунд, 55 Определим среднюю скорость ув„„изменения частоты ЛЧМ сигнала на выходе ДЛЗ 23. Средняя скорость у изменения частоты входного ЛЧМ сигнала определяется по формуле fc ус = <с аналогично где удлз — крутизна дисперсионной характеристики ДЛЗ 23 (фиг. 7) пунктиром, из фиг. 7 следует Левых = A fc, поэтому: Л живых Л с Увых твых ДЛЗ + ХГдлз . удлз ус где y»x — измеренное значение в ектронно-счетным частотомером 16 ско .рсти изменения частоты ЛЧМ сигнала (фиг. 7), Таким образом, длительность анализируемого ЛЧМ сигнала после ДЛЗ 23 становится достаточной для нормальной работы блока памяти частоты 11, снижается влияние инерционности фазовращателей 1 и 7 на точность измерения за счет снижения скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала на выходе ДЛЗ 23. Кроме того, резко снижается потеря информации эа счет задержки в линии 24. Следовательно, введение ДЛЗ 23 позволяет измерять короткоимпульсные ЛЧМ сигналы с большой девиацией частоты. В режиме измерения ЛЧМ сигналов с малой длительностью, имеющих спектр частот вне полосы пропускания ДЛЗ 23, а также в случае, если знак частотной модуляции анализируемого ЛЧМ сигнала не совпадает с наклоном дисперсионной характеристики ДЛЗ 23, переключатель 32 соединяет выход nonocoaoro фильтра 12 с входом усилителя-ограничителя 19, переключатель 33 соединяет выход ДЛЗ 23 с входом смесителя 29, переключатель 34 переводится в первое положение и . соединяет выход блока полосовых фильтров 30 с входом усилителя-ограничителя 31, положение переключателя 35 сохраняется такое же, как и в предыдущем случае. 1749843 В этом режиме устройство работает следующим образом. Входной анализируемый ЛЧМ сигнал поступает на вход смесителя 5, на второй вход которого подается непрерывный монохроматический сигнал частоты fr от перестраиваемого генератора 20. Частота генератора 20 fr устанавливается такой; чтобы на выходе смесителя 5 разностная частота fc-fr в случае совпадения знака скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала и наклона дисперсионной характеристики ДЛЗ 23, была в пределах полосы пропускания ДЛЗ 23(фиг. 9а). Далее, преобразованный ЛЧМ сигнал с центральной частотой fc-fr поступает на полосовый фильтр 12, полоса пропускания которого выбирается равной полосе пропускания ДЛЗ 23. Полосовый фильтр 12 служит для подавления побочных продуктов преобразования на выходе смесителя 5, которые влияют на фазовую структуру ЛЧМ сигнала частотой fc fr ВСЛЕДСТВИЕ аМПЛИтУДНО-фаЗОВОй КОНверсии в усилителе 19, так как порождают комбинационные составляющие, входящие в спектр ЛЧМ сигнала частотой fc-fr. В случае несовпадения знака скорости частотной модуляции входного ЛЧМ сигнала и наклона дисперсионной характеристики ДЛЗ 23, частота генератора 20 устанавливается такой, чтобы на выходе полосового фильтра 12 выделялась частота fr-fc. Таким образом, в смесителе 5 происходит инвертирование спектра, а значит смена знака скорости частотной модуляции ЛЧМ сигнала на противоположный (фиг. 96) и совпадающий с наклоном дисперсионной характеристики ДЛЗ 23. Преобразованный по частоте ЛЧМ сигнал через переключатель 32 и усилитель-ограничитель 19 поступает на вход ДЛЗ 23, где происходит расширение его по длительности. Расширенный по длительности ЛЧМ сигнал с центральной частотой fc-fr или fr-fc через переключатель 33 поступает на вход смесителя 29, где происходит вычитание частоты fr генератора 20. Это необходимо для исключения влияния нестабильностей частоты fr генератора 20 на точность измерения. С помощью блока 30 полосовых фильтров выделяется частота fc исходного ЛЧМ сигнала. Полоса пропускания фильтров 39 выбирается равной полосе пропускания ДЛЗ 23, 25 Формула изобретения. Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотномодулированных генераторов по авт.св. 30 %1499259,отличающееся тем,что,с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения параметров линейно-частотно-модулированных сигналов малой длительности, в него введены по35 следовательно соединенные второй смеситель, первый полосовой фильтр, первый переключатель, первый усилитель-ограничитель, дисперсионная линия задержки, второй переключатель, третий смеситель, 40 блок полоссвых фильтров, третий перекл|о50 дом устройства, 5 20 а общее число таким, чтобы перекрыть диапазон рабочих частот входных ЛЧМ сигналов. Переключение фильтров 39 для выделения ЛЧМ сигнала с центральной частотой fc осуществляется переключателем 40 в блоке полосовых фильтров 30(фиг, 3). ЛЧМ сигнал с выхода блока полосовых фильтров 30 через переключатель 34, усилитель-ограничитель 31, переключатель 35 поступает на входы линии 24 задержки фазовращателя 7 и амплитудного детектора 25. В остальном работа устройства аналогична работе в режиме измерения параметров ЛЧМ сигналов длительностью более нескольких микросекунд, Таким образом, поставленная цель достигается за счет расширения входного анализируемого ЛЧМ сигнала по длительности с помощью дисперсионной линии задержки 23, что расширяет функциональные возможности устройства по измерению короткоимпульсных Л IM радиоимпульсов с большой девиацией частоты. чатель, второй усилитель-ограничитель, четвертый переключатель, выход которого соединен с входом второй линии задержки, перестраиваемый генератор, выход которого соединен с вторыми входами второго и третьего смесителей, второй выход второго переключателя соединен с вторым входом третьего переключателя, второй вход четвертого переключателя соединен с вторым входом первого переключателя, с первым входом второго смесителя и является вхо3749843. 0 1749843 Г Ъяз Фиг, Р Фиг.8 i Фиг. 3 Составитель Р, Матвеева Редактор И. Ванюшкина Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор В. Гирняк Заказ 2594 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
