Способ измерения частотных характеристик группового времени запаздывания

 

Использова ние изобретение относится Y области радиоизмерений Существо изо бретения с целью уменьшения времени измерения частотных характеристик группового времени запаздывания при включенном исследуемом объекте измеряют значения группового времени запаздывания и уровня сигнала одновременно, а при отключенном - дополнительно устанав ливают на каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям , измеренным при включенном исследуемом объекте 1 ил

союз го)пг-cских соl !игл! 1ст ич г с к их

РРСПУБЯИ(к (5))5 G 01 К 27/28

I С)СУД)АРСTHEi1(Ь)И КаГЛИТРТ

Г)О ИЗС)ГРETEHMRV) И ОТКРЬ)ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ -СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 4902412/21

22 14.01.91

46 15.09.92. Бюл. N. 34

71 Красноярский политехнический институт

72) А.С. Глинченко и В,И. Сердюк ,56) Авторское свидетельство С::СР

М 1555697; кл. G 04 F 1О/06. 1990. (54) С !.) О СО Б ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ГРУППОВОГО ВРЕМЕНИ ЗАПАЗДЫВАНИЯ (57} Использование: изобретение относится к области радиоизмерений. Существо иэоИзобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для измерения частотных характеристик группового времени запаздывания (ЧХ ГВЗ) радиоустройств с территориально нераэнесенным входом- выходом. в том числе фильтров на ПАВ и функциональных устройств на их основе.

Точность измерения ЧХ ГВЗ существенно зав(лсит от собственных аMïëèòóäной и частотной погрешностей измерителя. Основными способами уменьшения влияния их на точность измерения ЧХ ГВЗ являются компенсация отклонений уровня сигнала в измерительном тракте с по) )ощью управляемого аттенюатора -- для амплитудной погрешности и измерение и вычитание собственной ЧХ ГВЗ измерителя — для частотной погрешности. Эти сг:особы связаны с проведением достаточно большого объема дополнительных операций, существенно увеличивающих общее врем измерения ЧХ

ГВЗ. особеннно для таких обьектов, как фильтры на ПАВ и функциональ)ые устройства на их основ"„, которые ха актеризуются .широкой относи«.льной полосо)1 пропуска. БЫ«„1762270 А1 бретения: с целью уменьшения времени измерения частотных характеристик группового времени запаздывания при включенном исследуемом объекте измеряют значения группового времени запаздывания и уровня сигнала одновременно, а при отключенном — дополнительно устанавливают на каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям, измеренным при включенном исследуемом объекте. 1 ил. ния — до 50 и интервалом пульсаций ЧХ

ГВ3 порядка (50-100) кГц, требующим выбора малого шага изменения частоты. В связи с этим возникает задача оптимизации точных измерений ЧХ ГВЗ с целью минимизации общих затрат времени на их проведение.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, в соответствии с которым при включенном в измерительный тракт исследуемом объекте устанавливают начальный номинальный уровень сигнала в измерительном тракте, изменяют значение частоты сигнала с соответствующим шагом в пределах заданного частотного диапазона, измеряют и запоминают уровень сигнала в измерительном тракте на каждой частоте, компенсируют отклонения уровн сигнала от номинального значения, выэыв, емые неравномерностью АЧХ исследуемого объекта, затем измеряют и запоминаютэначения ГВЗ, устанавливают начальный номинальный уровень сигнала B измерительном тракте при отключенном исследуемом объекте, измеряют значения ГВ3 на тех же частотах и вычитают их из значений ГВЗ, 1762270

5 10

ЗО измеренных при включенном исследуемом объекте.

Недостатком известного способа является то, что операции по уменьшению влияния амплитудной и частотной погрешностей на точность измерения ЧХ ГВЗ осуьцествляют раздельно во времени, в результате чего возрастэетобщее время измерения ЧХ ГВЗ.

Целью изобретения является уменьшение времени измерения ЧХ ГВЗ, Этэ цель достигается тем, что в способе измерения ЧХ ГВЗ, заключающемся в установлении начального номинального уровня сигнала в измерительном тракте, изменении частоты сигнала q заданным шагом н пределах заданного частотного диапазона и измерении и запоминании на каждой частоте значений ГВЗ и уровня сигнала в измерительном тракте при включенном исследуемом объекте, а также измеренил значений ГВЗ нэ тех >ке частотах при отключенном исследуемом объекте и вычитании их из значений ГВЗ,измеренных при вкл)оченном исследуемом объекте, измеряют значения ГВЗ и уровня сигнала при включенном исследуемом объекте одновременно, а прл отклюЧенном исследуемом объекте дополнительно уста",авливают на каждой частоте уровни сигнала в измери ельном тракте, равные их значе:,иям, измеренным прл включенном исследуемом объекте.

Реализация способа иллюстрируется структурной схемой устройства, показаннол на чертеже.

Устройство содержит последовательно соединенные дискретно перестраиваемый генератор модулированных сигналов 1 с подключенным к нему модуляционным генератором 2, первый аттенюатор 3, коммутатор 4 с лсследуемым объектом 5, второй аттенюатор 6, усилитель 7, демодулятор 8 и .":зм ритель разности фаз 9, соединенный

BT0pb1Ni Входом с выходом модуляциОнного генератора 2, а также измери гель уровня 10, подклю-генный ко входу демодулятора 8 и блок 11 управления и обработки, который через системную магистраль 12 соединен с сигнальным 1 и модуляционным 2 генераторами, коммутатором 4, аттенюаторами 8.",. измерителями уровня 10 и разности фаз 9.

В соответствии с предлагаемым способом измерения "IX ГВЗ выполняют слсдующим образом. (соответствующим клеммам измерителя VX ГВЗ подключают исследуемый объект, например, ПАВ-фильтр. На од oA из частот заданного частотного диапазона с помощью управляемого аттенюатора устанавливают йачальный номлнальный уровень сигнала в контролируемой точке измерительного тракта. например, на входе или выходе демодулятора. Затем, изменяя частоту сигнала в заданном частотном диапазоне и с заданным шагом, на каждой i-й частоте f измеряют и запоминают одновременно значения ГВЗ и уровня сигнала в измерительном тракте.

Результаты измерения ГВЗ t i при этом включают в себя истинные значения ГВЗ

-,з х- и погрешности, зависящие от частоты сигнала Л1зи (собственной неравномерности ЧХ ГВЗ измерителя) и изменений уровня сигнала Atria, вызываемых неравномерностью АЧХ исследуемог0 объекта, т.е.

t зl = Сз!х + Л t3if + Лt3ia. Далее отключают исследуемый объект, замыкая соответствующие клеммы измерителя и на тех же частотах fl одновременно с установкой частоты сигнала устанавливают такие же значения уровня сигнала E) измерительном тракте, как и при включенном llccl)c:, óe QM объекте.

Необходимые для этого управляющие воздействия на управляемый аттенюатор, задающий эти уровни, могут быть определены заранее, во время измерения значений ГВЗ и уровней сигнала при включенном исследуемом объекте. Процессы, связаннь,е с заданлем уровня сигнала в измерительном тракте будут проходить практически одновременно с процессами, связанными с установлением частоты и не приведут к увеличению общей длительности переходного процесса в измeðèòåëå при переходеодной частоты сигнала на другую. При заданных уровнях сигнала на каждой частоте

f также измеряют значения ГВЗ, которые приближенно соответствуют сумме частотНОй Л;з-;1. И аМПЛИтУДНОй Лтз з ПОГРЕШНОстей: "3i =Лайзу+Л з),. Эти значения затем вычитают из ранее измеренных значений ГВЗ t з при включенном исследуемом объекте: з = 7 з) t з! = тз х+ Л L taif B, В результате получают оценкиЧХ ГВЗ, практически не содержащле частотной N амплитудной составляющей погрешности.

Остаточная погрешность ЛЛЬу,, определяегся погрешностью измерительного аттенюатора, точностью измерения и установки уровней сигнала и временной стаблльностью характеристик самого измерителя.

Устройство, иллюстрирующее реализацию способа, работает следующим образом, При включенном визмерительныйтракт исследуемом объекте 5 (коммутатор 4 в по1762270 ложении а — а) на выходе дискретно перестраиваемого генератора модулированных сигналов 1 устанавливают одну из частот рабочего диапазона исследуемuro объекта 5 (например., нижнюю или среднюю), с модуляционного генератора 2 подают на него необходимую частоту модуляции Fm, а первым аттенюатором 3 понижают при необходимости уровень модулированного сигнала

Ur с выхода дискретно перестраиваемого генератора 1 до необходимого уровня на

ВХОДЕ ИССЛЕдуЕМОГО ОбЪЕКта 5: Uax = К;1 U<, где Кз1 — коэффициент передачи первого аттенюатора 3. Этот сигнал проходит через исследуемый объект 5, второй аттенюатор 6, усилитель 7 и демодулятор 8, где выделяется огибающая сигнала, Измерителем 10 измеряется уровень сигнала на входе демодулятора 8. Измеренное зна IBHvQ считывается в блок 11 управления и обработки, где сравнивается с номинальчым значением Ua. С помощью второго аттенюатора 6 устанавливается номинальное значение уровня сигнала в измерительном тракте 0 .

По завершении указанных операций гго настройке измерительного тракта под исследуемый обьект на блок 11 управления и обработки оператором задаются нижнее 4 и верхнее fa значения и шаг изменения частоты сигнала Л и начинается первый цикл измерения. При этом на каждой i-й частоте сигнала измерителями уровня 10 и разности фаз 9 одновременно измеряются значения уровня измерительного сигнала UI и фазового сдвига р, которые считываются в блок 11 управления и обработки и запоминаются в его оперативной памяти, Il0 этим значениям

s процессе измерения блоком 11 управления и обработки вычисляются значения ГВЗ

tai = p/(360 Fm ), а также значения коэффИцИЕНтОВ ПЕрЕдаЧИ К"a2i ВтсрОГО аттЕНЮатора 6, которым при отключении исследуемого объекта 5 из измерительного тракта будут соответствовать те >ке значения уровня измерительного сигнала Ul. что и при включенном исследуемом объекте:

К" a2i =. 0 /фгКуК "a1}, ГДЕ Ку ИЗВЕСТНОЕ ЗНачение коэффициента усиления усилителя

7, а К"« — значение коэффициента передачи первого аттенюатора 3, устанавливаемое при отключенном исследуемом объекте 5, Для получения максимального динамического диапазона устройства

К ai мОжнО принять paBHblM или близким к единице. При этом вычисляемые значения К"a2I на всех частотах не должны превышать единицы. Если это условие выполнЯетсл и пРи К"ai =- К,1, то коэффициент передачи первого аттенюатора 3 при откл|очении исследуемого объекта 5 может не изменяться.

После окончания первого цикла измерения коммутатор 4 переводится в положение

5 (Ь вЂ” b), отключая исследуемый обьект 5 из измерительного тракта, коэффициент передачи первого аттенюатора 3 устанавливается равным его значению К"ai и начинается второй цикл измерения (цикл калибровки).

10 При этом на каждоЙ i-й частоте сигнала производится установка соответствующего значения К" a2j и измерение фазового сдвига

1!

Gl èáàþ;öeé р, по которому вычисллютсл корректирующие значения ГВЗ

15 l:.-> = ф (360 Fm ). Длл контроля параллельно могут измеряться и значения уровня измерительного сигнала U";, которые не должны существенно отличаться от значений UI. ЗначениЯ I al вычитаютсл из t ai, в

20 результате чего получаетсл скорректированная ЧХ ГВЗ исследуемого обьекта 5: зпо= т ai < aj

По завершении второго (корректирующего) цикла вычисляется среднее значе25 (!

НИЕ ГВЗ 1з» = g 1з. Обй, ГДЕ N — ЧИСЛО .=1 точек ЧХ ГВЗ исследуемого объекта, в результате «el o получ-:åòñÿ ЧХ неоавномерности ГВЗ: г, := t, „, — 1з„„. Ее размах .является оценкой неравномерности ЧХ ГВЗ исследуемого обьекта 5.

Измеритель по заявляемому способу может практически полностью быть реализован на базе стандартизированных измерительных и вычислительных средств. В качестве дискретно перестраиваемого генератора модулированных сигналов 1 вдиапазоне частот до (500 — 1000) УГц применимы

4р генераторы сигналов программируемые типа Г4-164, Г4-176, в качестве модуляционного генератора 2 -- генераторы низкочастотные типа Г3-118, ГЗ-112!1 (с ручным управлением) и Г3-122 (с управлением через K0I1); первый аттенюатор 3 входит в состав генератора модулированных сигналов; коммутатор 4 реализуется на основе

ВЧ-реле; в качестве второго аттенюатора 6 применимы программируемые аттенюато50 ры типа ВМ577 с дискретом 0,1 дБ и ти а

ТТ4139/В с дискретом О, l дБ (пр-во Вен. рии); в качестве усилителя 7 можно использовать серийные широкополосные усилители типа УЗ-40; в качестве демодулятора 8 применимы серийные детекторные головки, например, М33403, в качестве измерителя уровня 10 — цифровой вольтметр

ВЗ-63 — высокочастотный, в качестве измерителя разности фаз 9 Ll,iiôðîjñ,a фазометр

ФК2-35; функции блока 11 управления и,об\

1762270 работки может выполнять специализиров"-нная или универсальная микро-ЭЕМ, нап, имер, ПЭВМ типа ДВК-3, "Нейроч" или

tl3M, Оценим быстродействие способа изме- 5 рения ЧХ ГВЗ, Время измерения в одной точке для первого и второго циклов измерения определяется следующим образом:

Т=Тз, f+ Туст,f+ гпах(Тиэм.у, Тизмх); 10

Т"=Тз.f+ Тэ.а+ гпах(Туст,а,Тустеп-Тз.а)+

+ Тиамат

Здесь обозначено: Тз.а, ТзЛ вЂ” время задания кода амплитуды и частоты, Туст.а, ТустЛ вЂ” время установления переходных процессов, связанных с изменением амплитуды и частоты сйгнала; Тизм,v, Тизмх — 20 время измерения уровня и ГВЗ сигнала. Для программно управляемых генераторов и аттенюаторов Тэ.f «Tóñò.f и Тэ.а =ТэЛ, время Туст.а реально меньше времени Туст.f, а время.Тизм.v соизмеримо с временем 25

Тизмх. С учетом этого суммарное время измерения будет равно:

Т =Т + Т"= Тз.а+ 2Тз,f+ Туст;1- Тз.а+

+ 2Тиэм.2=2 (Тэ,f+ Тустеп+ Тиэмх).

В известном способе на каждой частоте при включенном исследуемом объекте, т.е. в первом цикле измеряют. уровень сигнала в измерительном тракте, затем компенсиру.:,т его отклонения от номинального значения с помощью измерительного аттенюатора и далее измеряют значения

ГВЗ при неизменном уровне сигнала в из- 40 мерительном тракте; результаты измерения при этом практически не содержат амплитудной погрешности измерителя;

t ç i = зЛх+ Лтз. и+ Лтз.ia

Для коррекции частотной погрешности во втором цикле на тех же частотах измеряют собственную ЧХ ГВЗ измерителя при отключенном исследуемом объекте и номинальном уровне сигнала в измерительном тракте: I" ç.i = Л тзИ, После вычитания также г олуча ют

ta.1=чз.tx+ Л Жз.if, а.

Времена Т, Т" при этом складываются из следующих составляющих:

Т =ТзЛ+ Туст.f+ Тиэм,у+ Твыч.a+ Тз.а+

+ Туст.а+ Тизмх

Т"= Тз,f+ Тустеп+ Тизм. г

Т =Т + Т"= 2(Тэ.f+ Туст,f+ Тизм,т)+

+ Тизм,у+ Твыч.а+ Тз.а+ Туст.а, где Твыч.a — время вычисления кода аттенюатора.

Время измерения ЧХ ГВЗ в одной точке в данном случае оказывается больше времени Т заявляемого способа на время Л Т=Тизм.+ Твыч.а+ Тз,а+ Туст,а. С учетом указанных выше временных соотношений время Л Т вримерно равно времени

Т /2 заявляемого способа. Поэтому время измерения ЧХ ГВЗ известным способом оказывается в 1,5 раза больше, чем заявляемым, Для фильтров на ПАВ, где число измеряемых точек ЧХ ГВЗ может быть до нескольких сотен, получаемый в результате. использования заявляемого способа выигрыш может быть весьма существенным и составлять до (20 — 30) мин для каждого исследуемого ПАВ-фильтра. Одновременно уменьшается и влияние дестабилизирующих факторов, что повышает точность измерения, Таким образом, благодаря изменению порядка выполнения операций и введению новых операций общее время измерения ЧХ

ГВЗ уменьшено примерно в 1,5 раза, что и является целью изобретения.

Формула изобретения

Способ измерения частотных характеристик группового времени запаздывания, заключающийся в установлении начального номинального уровня сигнала в измерительном тракте, изменении частоты сигнала с заданным шагом в пределах заданного частотного диапазона и измерении на каждой частоте значений группового времени запаздывания и уровня сигнала в измерительном тракте при включенном исследуемом объекте, а также измерении значений группового времени запаздывания на тех же частотах при отключенном исследуемом обьекте и вычитании их из значений группового времени запаздывания, измеренных при включенном исследуемом обьекте, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени измерений, при включенном исследуемом обьекте измеряют значения группового времени запаздыва17б2270

Составитель А.Глинченко

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Филь

Заказ 3258 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 ния и уровня сигнала одновременно, а при отключенном исследуемом объекте дополнительно устанавливают íа каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям, измеренным при включенном исследуемом объекте,