Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы



Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы
Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы
Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы
Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы
Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы
Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы
Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы

 


Владельцы патента RU 2475766:

Самойленко Марина Витальевна (RU)

Изобретение относится к способам определения передаточных функций линейных радиоэлектронных систем. Техническим результатом является сокращение числа измеряемых величин и упрощение измерительного аппарата. Технический результат достигается благодаря тому, что способ включает следующее: на вход системы подают известное воздействие и проводят измерения на выходе системы, причем диапазон контролируемых частот, в котором определяют передаточную функцию, разбивают на элементы разрешения, размер которых определяется требуемой точностью определения передаточной функции, формируют входное воздействие с известным комплексным спектром, включающим частоты контролируемого диапазона, всем элементам разрешения ставят в соответствие зависящие от времени весовые коэффициенты, задают моменты измерений и формируют весовую матрицу из специальных комбинаций коэффициентов усиления для всех элементов разрешения во все заданные моменты измерений, измеряют в заданные моменты времени мощность сигнала на выходе анализируемой системы и формируют из измеренных значений мощности вектор измерений, составляют векторно-матричное уравнение измерений, включающее вектор измерений, весовую матрицу и вспомогательный вектор, определяют из уравнения измерений оценку вспомогательного вектора, из компонент полученной оценки вспомогательного вектора составляют матрицу, по первому столбцу матрицы определяют передаточную функцию анализируемой системы в дискретизированном по элементам разрешения варианте в виде вектора, i-я компонента которого равна оценке значения передаточной функции в i-м элементе разрешения.

 

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно - к определению передаточных функций линейных радиоэлектронных систем.

Передаточная функция является исчерпывающей характеристикой линейной радиоэлектронной системы в частотной области. Эта функция комплексная и может быть представлена в виде

H(jω)=A(ω)ejφ(ω),

где A(ω) - амплитудно-частотная характеристика системы, φ(ω) - ее фазо-частотная характеристика, ω - текущая круговая частота, j - комплексная единица.

Передаточная функция позволяет определить реакцию системы на любое известное входное воздействие. Так, если S(ω) - спектр входного воздействия, то спектр выходного сигнала определяется соотношением

Спектр выходного сигнала (1) часто является достаточной для дальнейшей обработки информацией. По нему можно определить временной выходной сигнал с помощью обратного преобразования Фурье:

Выражения (1) и (2) позволяют говорить об актуальности определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы.

Известен способ определения передаточной функции линейной системы [1], который состоит в том, что составляют дифференциальное уравнение системы, связывающее входной и выходной сигналы, заменяют в этом уравнении на (jω)k и выражают комплексную передаточную функцию системы как отношение выходного сигнала к входному.

Недостатком этого способа является то, что он применим только при известной схеме и параметрах системы.

В общем случае, при неизвестных или известных не точно параметрах и/или схеме системы, применяют способ (прототип) [2], в соответствии с которым на вход системы подают известные зондирующие гармонические воздействия на разных частотах и для каждого воздействия измеряют комплексный выходной сигнал. Отношение выходного сигнала к входному определяет значение передаточной функции на частоте сигнала. Перебрав частоты контролируемого диапазона, в котором требуется определить передаточную функцию, с шагом, определяемым требуемой точностью, получают в дискретизированном варианте комплексную передаточную функцию линейной системы.

Недостатком прототипа является

1. Необходимость измерять комплексный выходной сигнал, т.е. необходимость измерять две величины - амплитуду и фазовый сдвиг выходного сигнала относительно входного воздействия.

2. Необходимость перестройки измерительной аппаратуры под частоту каждого зондирующего входного воздействия.

Технической задачей данного изобретения является создание способа определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы, позволяющего сократить число измеряемых величин и упростить измерительную аппаратуру.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы, заключающемся в том, что на вход системы подают известное воздействие и проводят измерения на выходе системы, согласно изобретению диапазон контролируемых частот, в котором определяют передаточную функцию, разбивают на элементы разрешения, размер которых Ω определяется требуемой точностью определения передаточной функции, формируют входное воздействие с известным комплексным спектром S(ω), включающим частоты контролируемого диапазона, где ω - круговая частота, всем элементам разрешения ставят в соответствие зависящие от времени весовые коэффициенты ,

где k - номер элемента разрешения, j - комплексная единица, t - время, задают N моментов измерений t1, t2, … tN и формируют весовую матрицу

,

где K - число элементов разрешения в диапазоне контролируемых частот, * означает комплексное сопряжение, измеряют в заданные моменты времени t1, t2, … tN мощность сигнала на выходе анализируемой системы, формируют из измеренных значений мощности вектор измерений , где p(ti) - мощность выходного сигнала в момент ti, индекс T обозначает транспонирование, составляют векторно-матричное уравнение измерений , где - вспомогательный вектор, определяют из уравнения измерений оценку вспомогательного вектора, из компонент полученной оценки вспомогательного вектора составляют матрицу

,

где - оценка i-й компоненты вспомогательного вектора, qij - значение соответствующей компоненты матрицы, по первому столбцу матрицы Q определяют передаточную функцию анализируемой системы в дискретизированном по элементам разрешения варианте в виде вектора , i-я компонента которого равна оценке значения передаточной функции в i-м элементе разрешения.

Положительный эффект достигается за счет того, что вместо измерения комплексного выходного сигнала, включающего измерение как амплитуды сигнала, так и его фазового сдвига, как это делается в прототипе для каждой из множества зондирующих гармоник, подаваемых на вход системы, в заявляемом способе достаточно измерять мощность выходного сигнала, подавая на вход интегральное воздействие, которое включает множество зондирующих гармоник. Таким образом, вместо двух измеряемых величин в прототипе (амплитуды и фазового сдвига), в заявляемом способе требуются измерения лишь одной величины - мощности, которая, к тому же, проще измеряется. Перестраивать измерительную аппаратуру под разные частоты входных воздействий при этом не требуется, что упрощает измерительную аппаратуру.

Обоснование способа.

Обозначим диапазон контролируемых частот, в котором требуется определить передаточную функцию линейной радиоэлектронной системы, как (ωн, ωк) и подадим на вход системы воздействие, комплексный спектр которого S(ω) известен и включает частоты этого диапазона.

Дискретизируем диапазон контролируемых частот на элементы разрешения с шагом дискретизации Ω и запишем выражение (2) в дискретизированной форме как интегральную сумму:

где k - номер элемента разрешения, K - число элементов разрешения в диапазоне контролируемых частот.

Введем обозначения: - зависящий от времени весовой коэффициент, соответствующий k-му элементу разрешения, и hk=H(kΩ) - значение комплексной передаточной функции в k-м элементе разрешения. С учетом введенных обозначений перепишем (3) в векторной форме:

где - зависящий от времени весовой вектор, - вектор передаточной функции, компонентами которой являются значения передаточной функции, дискретизированные по элементам разрешения.

Заметим, что для любого заданного t все K весовых коэффициентов и, следовательно, весовой вектор известны, так как известны спектр входного воздействия S(ω) и размер элемента разрешения Ω.

Будем искать передаточную функцию системы в дискретизированном варианте в виде вектора . Найдя этот вектор, мы определим передаточную функцию системы с шагом дискретизации Ω, который может быть выбран произвольно из соображений требуемой точности определения передаточной функции.

В уравнении (4) g(t) - выходной комплексный сигнал, содержащий все гармоники входного воздействия, преобразованные линейной системой. Будем измерять не сам этот сигнал, что затруднительно, а его мощность.

Мощность выходного сигнала, с учетом (4), запишем следующим образом:

где , , µ=(l-1)K+k,

Заметим, что вектор (6) известен для любого заданного t: он формируется из комбинаций известных весовых коэффициентов. Вектор (7) неизвестен; он включает в качестве компонент К2 комбинаций из элементов искомого вектора передаточной функции и, хотя сам не является искомым вектором, однако однозначно определяется компонентами последнего. В контексте решаемой задачи вектор является вспомогательным.

Найдем вспомогательный вектор . Для этого измерим мощность выходного сигнала в некоторые заданные моменты времени t1, t2, … tN и запишем уравнения измерений для этих моментов аналогично (5):

Перепишем систему уравнений (8) в векторно-матричной форме:

где - вектор измерений,

-

- весовая матрица.

В уравнении (9) вектор измерений и весовая матрица известны. Найдем из этого уравнения оценку вспомогательного вектора . Сделать это можно, например, методом псевдообращения [3] по формуле

.

Если векторы ν(t1), ν(t2), … ν(tN) линейно независимы, то согласно [4] оценка определяется более удобным для вычислений выражением

.

Получив оценку вспомогательного вектора , определим по ней оценку искомого вектора . Для этого составим из элементов вектора квадратную матрицу, учитывая при этом структуру вектора (7):

где - оценка i-й компоненты вектора , знак обозначает оценку, qij - значение соответствующей компоненты матрицы.

По первому столбцу матрицы (10) определим оценку вектора передаточной функции . Представим компоненты этого вектора в комплексной форме:

где i - номер компоненты.

Тогда из(10) получим

.

Полагая, что φ1=0 и что первый элемент первого столбца в (10) определен точно, находим

.

Тогда для второго элемента столбца запишем

откуда находим

.

Проведя аналогичные выкладки для всех компонент первого столбца, определим искомую передаточную функцию в дискретизированном по элементам разрешения варианте в виде оценки вектора

i-я компонента которого равна оценке значения передаточной функции в i-м элементе разрешения.

Компоненты вектора (11) представляют собой дискретные значения комплексной передаточной функции H(ω) в каждом элементе разрешения. Таким образом, задача определения передаточной функции линейной системы решена с точностью размера элемента разрешения Ω. При этом для решения не потребовалось отдельных измерений для множества зондирующих гармоник входного воздействия, не потребовалось также измерять комплексные выходные сигналы, включая их амплитуду и фазовый сдвиг, как это делается в прототипе. Вместо этого, согласно изобретению, достаточно измерить мощность выходного сигнала в разные моменты времени при подаче на вход широкополосного воздействия - суммарного сигнала, включающего частоты контролируемого диапазона.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом следующие.

1. Сокращение числа измеряемых величин, на основе которых определяется передаточная функция системы: в прототипе необходимо измерять как амплитуду, так и фазовую составляющую выходного сигнала, в то время как в заявляемом способе достаточно измерять только мощность выходного сигнала.

2. Упрощение используемой для измерений аппаратуры, которое достигается, во-первых, за счет того, что мощность измерить проще, чем комплексный сигнал, а, во-вторых, за счет того, что не требуется перестраивать аппаратуру под разные частоты множества зондирующих гармоник, как это делается в прототипе.

Источники информации

1. Харкевич А.А. Основы радиотехники. - М.: Государственное изд-во литературы по вопросам связи и радио, 1962, с.107-108.

2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - 4-е изд. - М.: Радио и связь, 1986, с.152 (прототип).

3. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - 4-е изд. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988, с.35.

4. Самойленко В.И., Пузырев В.А., Грубрин И.В. Техническая кибернетика: Учеб. пособие. - Ь.: Изд-во МАИ, 1994, с.265.

Способ определения передаточной функции линейной радиоэлектронной системы, заключающийся в том, что на вход системы подают известное воздействие и проводят измерения на выходе системы, отличающийся тем, что диапазон контролируемых частот, в котором определяют передаточную функцию, разбивают на элементы разрешения, размер которых Ω определяется требуемой точностью определения передаточной функции, формируют входное воздействие с известным комплексным спектром S(ω), включающим частоты контролируемого диапазона, где ω - круговая частота, всем элементам разрешения ставят в соответствие зависящие от времени весовые коэффициенты , где k - номер элемента разрешения, j - комплексная единица, t - время, задают N моментов измерений t1, t2, … tN и формируют весовую матрицу

где К - число элементов разрешения в диапазоне контролируемых частот, * означает комплексное сопряжение, измеряют в заданные моменты времени t1, t2, … tN мощность сигнала на выходе анализируемой системы, формируют из измеренных значений мощности вектор измерений , где p(ti) - мощность выходного сигнала в момент ti, индекс Т обозначает транспонирование, составляют векторно-матричное уравнение измерений , где - вспомогательный вектор, определяют из уравнения измерений оценку вспомогательного вектора, из компонент полученной оценки вспомогательного вектора составляют матрицу

где - оценка i-й компоненты вспомогательного вектора, qij - значение соответствующей компоненты матрицы, по первому столбцу матрицы Q определяют передаточную функцию анализируемой системы в дискретизированном по элементам разрешения варианте в виде вектора i-я компонента которого равна оценке значения передаточной функции в i-м элементе разрешения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для регистрации и оценки отклонения фазового сдвига земного излучения в двух разных пространственных точках.

Изобретение относится к способу и прибору для характеризации линейных свойств электрического многопортового компонента. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерениях амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников СВЧ. .

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ и может быть использовано для измерения S-параметров пассивных и активных четырехполюсников СВЧ. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле амплитудно-частотных характеристик различных радиотехнических блоков. .

Изобретение относится к области измерения электрических величин и может быть использовано в производстве существующих и новых поглощающих материалов типа углепластиков, применяется в СВЧ-диапазоне, а также для контроля электрических параметров диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров усилителей при их производстве

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров усилителей при их производстве

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при аттестации и контроле собственных S-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Сущность изобретения: в устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, содержащее двухчастотный синтезатор когерентных первого и второго испытательных СВЧ сигналов, испытуемый четырехполюсник СВЧ, двухканальный супергетеродинный приемник, имеющий первый и второй СВЧ смесители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, управляющий компьютер, индикатор отношений, первый дискретно регулируемый операционный усилитель, состоящий из первого усилителя, первого переменного и первого постоянного резисторов, второго дискретно регулируемого операционного усилителя, состоящего из второго усилителя и второго переменного и второго постоянного резисторов, дополнительного генератора, переменного аттенюатора, равноплечного делителя, вольтметра, блока управления и шести переключателей, дополнительно ввести первый и второй ампервольтметры, вычислитель и четыре переключателя. Технический результат заключается в повышении точности измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения метрологических характеристик СВЧ-устройств. Способ заключается в том, что в устройстве для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, состоящем из двухчастотного источника первого и второго когерентных испытательных сигналов СВЧ и двухканального супергетеродинного приемника, включающего два входных полупроводниковых СВЧ-смесителя и индикатор отношений уровней сигналов, в первом и втором его каналах измеряют сумму и разность фазовых сдвигов двух полупроводниковых СВЧ-смесителей, включенных на входах двухканального супергетеродинного приемника. Определяют фазовые сдвиги каждого из аттестуемых смесителей на рабочих частотах их испытательных сигналов СВЧ и в рабочих точках их вольтамперных характеристик. Затем, используя аналитические выражения, связывающие фазовый сдвиг каждого СВЧ-смесителя с емкостью p-n-перехода его полупроводникового диода, вычисляют эту емкость для каждого из двух аттестуемых СВЧ-смесителей. Применяя равенство, связывающее дифференциальное изменение величины абсолютного фазового сдвига аттестуемого СВЧ-смесителя в зависимости от величины тока, протекающего через смесительный диод с его электрическими параметрами и емкостью p-n-перехода, вычисляют амплитудно-фазовую погрешность полупроводникового диода аттестуемого СВЧ-смесителя на его рабочей частоте и в рабочей точке его вольтамперной характеристики в зависимости от изменения амплитуды испытательного сигнала СВЧ. Технический результат заключается в повышении точности измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. 1 ил.

Измеритель фазоамплитудных характеристик преобразователя частоты предназначен для определения фазовой погрешности преобразователей частоты, предназначенных для работы в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Измеритель состоит из последовательно соединенных управляемого источника испытательных сигналов, первого управляемого делителя напряжения, исследуемого преобразователя частоты, второго управляемого делителя напряжения, управляемого коммутатора сигналов, первого усилителя ограничителя, фазового детектора, микроконтроллера, жидкокристаллического индикатора, управляемого компенсатора фазового сдвига, соединенного своим входом с выходом управляемого источника испытательных сигналов, а выходом - с управляемым коммутатором сигналов и вторым усилителем-ограничителем, выход которого подключен ко входу фазового детектора. Введение в устройство второго управляемого делителя напряжения с соответствующими циклами управления стабилизировало уровень выходного сигнала исследуемого преобразователя частоты и позволило повысить точность измерения фазоамплитудной характеристики. Для исключения собственной фазовой погрешности введенного делителя напряжения использован в цепи сигнала промежуточной частоты управляемый компенсатор фазового сдвига, идентичного второму управляемому дополнительному делителю напряжения. Введение соответствующих связей и их временная коммутация с другими элементами устройства исключает собственную фазовую погрешность делителя напряжения, изменяющего уровень входного измерительного сигнала преобразователя частоты. Технический результат заключается в повышении точности измерения фазоамплитудных характеристик преобразователей частоты. 1 ил.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты (СВЧ-смесителей). Устройство для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее испытуемый СВЧ-четырехполюсник, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя и связанной с ним согласованной нагрузки, СВЧ-гетеродина, первого, второго, третьего, четвертого направленных ответвителей, векторного вольтметра с выходным контактом, первого и второго портов, испытуемого СВЧ-смесителя, опорного СВЧ-смесителя, СВЧ-генератора. В устройство дополнительно введены смеситель фазовой автоподстройки частоты, фазовый детектор, первый и второй смесители промежуточной частоты, второй, третий, четвертый переключатели, генератор опорных частот, компаратор и компьютер, образующие вместе с испытуемым СВЧ-смесителем, опорным СВЧ-смесителем и СВЧ-генератором двухканальный супергетеродинный приемник. Связи вновь введенных элементов между собой и общими с прототипом элементами в совокупности образуют устройство, позволяющее определять абсолютные комплексные коэффициенты передачи и отражения испытуемого СВЧ-смесителя без выполнения переключений и переподсоединений в СВЧ-трактах. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В частности, оно может быть применено в пищевой промышленности для измерения концентрации водно-спиртовых растворов. Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение реализации устройства и повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения физических свойств жидкости, содержащем отрезок коаксиальной длинной линии, два чувствительных элемента, рабочий и эталонный, в виде отрезков коаксиальной линии, заполняемых, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, электронный блок и подсоединенный к его выходу регистратор, каждый чувствительный элемент подсоединен в качестве оконечной нагрузки к соответствующему концу отрезка коаксиальной длинной линии, к которому подключен электронный блок, причем центральный проводник и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на одном конце отрезка коаксиальной длинной линии, а наружная поверхность внутреннего цилиндра и наружный цилиндр подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на другом конце отрезка коаксиальной длинной линии. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении группового времени запаздывания и для определения действительного значения сдвига фаз устройств с преобразованием частоты (смесителей). Устройство содержит испытуемый преобразователь частоты, гетеродин, генератор испытательных сигналов, опорный преобразователь частоты. Дополнительно в устройство введены управляемый фазовращатель, управляющее устройство, первый и второй фазовращатели, первый и второй синхронные детекторы, измеритель временных интервалов. Выход генератора испытательных сигналов одновременно соединен с первым входом опорного преобразователя частоты, с первым входом первого синхронного детектора и с первым входом управляемого фазовращателя. Второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства. Выход управляемого фазовращателя одновременно соединен с входом первого фазовращателя и первым входом испытуемого преобразователя частоты, выход которого соединен с входом второго фазовращателя. Второй вход испытуемого преобразователя частоты соединен одновременно с выходом гетеродина и со вторым входом опорного преобразователя частоты, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора. При этом выходы первого и второго фазовращателей соединены со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов соответственно. Выходы первого и второго синхронных детекторов соединены с первым и вторым входами измерителя временных интервалов соответственно. Технический результат заключается в расширении диапазона частот, на которых могут осуществлять измерения, и в повышении точности измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты с промежуточной частотой, лежащей в диапазоне СВЧ. 1 ил.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле амплитудно-частотных характеристик различных радиотехнических блоков. Измеритель содержит генератор качающейся частоты (ГКЧ) 1, измеряемый объект (ИО) 2, амплитудный детектор (АД) 3, делитель (Дл) 4, формирователь опорного сигнала (ФОС) 5, индикатор (ИД) 6, преобразователь частоты в напряжение (ПЧН) 7, первый дифференциатор (ДФ) 8, компаратор (КП) 9, согласующий блок (СБ) 10, масштабный усилитель (МУ) 14, амплитудный селектор (АС) 15, первый временной селектор (ВС) 16, первый декадный счетчик (ДС) 17, второй дешифратор (ДШ) 18. Формирователь опорного сигнала (ФОС) 5 содержит преобразователь частоты в код (ПЧК) 11, первый дешифратор (ДШ) 12, блок хранения и выборки (БХВ) 13. В измеритель дополнительно введены второй дифференциатор (ДФ) 19, первый триггер (Тр) 20, инвертор (ИВ) 21, генератор счетных импульсов (ГСИ) 22, второй триггер (Тр) 23, второй временной селектор (ВС) 24, схема совпадения (СС) 25, генератор нониусных импульсов (ГНИ) 26, второй декадный счетчик (ДС) 27, третий дешифратор (ДШ) 28. Технический результат заключается в повышении точности цифрового измерения полосы пропускания амплитудно-частотных характеристик. 4 ил.
Наверх