Устройство для измерения частотных характеристик

 

О П И С А Н И Е 883799

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено26.03.80 (21) 2898614/18-21 с присоелинением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23. 11. 81. Бюллетень Лв 43

Дата опубликования описания 23.11.81 (51)M. Кд.

G 01 R 27/28

Гоаударетванкы11 кеиитет

СССР ио делам изобретений н еткрытвв (53) УДК621.317. .757(088.8) (72) Авторы изобретения

Е.Н.Червинский. Г.В.Голеншин, Н.П.Егоров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик четырехполюсников.

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) четырехполюсников, где источником сигнала является широкополосный генератор шума,,а регистрация выход10 ного сигнала исследуемого объекта производится с помощью свип-фильтра, детекторной секции и осциллографического индикатора. Свил-фильтр на выходе четырехполюсника перестраиваетl$ ся генератором пилообразного напряжения в диапазоне исследуемых частот.

Это же напряжение используется для развертки луча осциллографического индикатора, на экране которого наблюдается АЧХ чвтырехполюсника (11.

Недостатком устройства является невысокая точность измерений в диапазоне перестраиваемых частот.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, которое содержит последоваттельно соединенные опорный генератор синтезатор частоты, ключ и исследуемый четырехполюсник (передатчик).

Выход ключа параллельно подсоединен к входу переключателя, а управляющий вход ключа — к формирователю сигнала манипуляции, вход которого соединен с генератором. Второй вход переключателя связан с выходом четырехполюсника, а выход переключателя — со входом радиоприемника, вход синхронизации гетеродина которого также подключен к выходу опорного генератора. Управляющий вход переключателя и вход переключения частоты настройки приемника соединены с соответствующими выходами блока управления, К выходу промежуточной частоты приемника параллельно подключены измеритель уровня сигнала и фазометр.

Опорный вход фазометра соединен со

883799 вторым выходом синтезатора, на котором формируется сигнал промежуточной частоты приемника (2 3.

Недостатком устройства является сравнительно малая ширина частотного диапазона характеристик четырехполюсника, обусловленная быстрым падением уровня составляющих спектра амплитудно-манипулированного (AM ) сигнала вдали от центральной частоты. 10

Цель изобретения — расширение диапазона измерения частотных характеристик.

Цель достигается тем, что в устрой. ство для измерения частотных характеристик, содержащее опорный генера" тор, подключенный к входам формирователя сигнала манипуляции, синтезатора частоты и к входу синхронизации гетеродина супергетеродинного приемника, исследуемый четырехполюсник, соединенный выходом с первым входом переключателя второй вход которого соединен с входом четырехполюоника, блок управления, подключенный соответствующими выходами к управляющему входу переключателя и к входу переключения частоты настройки приемника, сиг.нальный вход которого соединен с выходом переключателя, а выход промежуточной частоты приемника соединен с входом измерителя уровня сигнала и с одним из входов фазометра, второй вход которого подключен к выходу промежуточной частоты синтезатора частоты,.введены частотный манипулятор, импульсно-фазовый детектор и два фазовращателя, Входы фазовращателей соединены с выходами переключаемых частот синтезатора выкоды обоих фа40 зовращателей подключены к частотному манипулятору, соединенному с входом четырехнолюсника, а управляющие входы каядого фазовращателя соединены с выходами импульсно-фазового детектора, сигнальный .и опорный входы которого соединены соответственно с выходами четырехполюсника и формирователя сигнала манипуляции, причем выход по следнего подключен к управляицему входу частотного манипулятора. 50

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства „ на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие принцип формирования измерительного частотно-манипулированного сигнала, йа фиг. 3 — амплитудно- и фазово-частотные характеристики четырехполюсиика.

Устройство для измерения частотных характеристик содержит опорный генен ратор ), формирователь 2 сигнала манипуляции, синтезатор 3 частоты, два фазовращателя 4 и 5, частотный манипулятор 6, импульсно-фазовый детектор

7упереключатель 8, исследуемый четырехполюсник 9, приемник 10 блок 11 управления, измеритель 12 уровня сугнала и фазометр 13.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал опорного генератора 1 поступает на синтезатор 3 частоты, формирователь 2 сигнала манипуляции и на вход синхронизации гетеродина супергетеродинного приемника 10.. На выходах синтезатора 3 образуются переключаемые частоты, которые через фазовращатели 4 и 5 поступают на частотный манипулятор 6 и дапее — на четырехполюсйик 9. Управление манипу-, лятором 6 осуществляется меандровым сигналом с выхода формирователя.2. làêèì образом, измерительный сигнал представляет собой частотно-манипулированное колебание со средней частотой, равной центральной. частоте настройки четырехполюсника. Линейчатый спектр такого сигнала содержит дискретные частоты, кратные частоте манипуляции.

Сигнал манипуляции с формирователя 2 поступает одновременно на им" пульсно-фазовый детектор 7 для сравнения с фазой выходного колебания передатчика, снимаемого с выхода четырехполюсника 9.. Импульсы, возникающие в результате рассогласования, управляют фазами колебаний каждой иэ частот в отдельности с помощью фазовращателей 4 и 5. Управление осуществляется до тех пор, пока нулевые фазы на выходе четырехполюсника 9 не совпадут с моментами переключения частот в переключающем сигнале, По окончании автоподстройки начальные фазы сигналов в излучаемых посылках выравниваются, что является необходимым условием эффективного .сложения спектральных составляннцих

АИ сигналов.

Сигналы с манипулятора 6 и четырехполюсника поступают также на входы переключателя 8, назначением которого является последовательное подключение на вход приемника 10 вхо да и выхода четырехполюсника. Управление переключателем 8 осуществля883799 ется блоком ll управления. Второй выход блока 11 служит для последовательного переключения частоты настройки приемника 10. Полоса пропускания приемника является достаточно узкой для выделения спектральной составляющей сигнала при настройке на нее приемника в процессе измерения.

С выхода приемника 10 сигнал проме- (ц жуточной частоты, несущий информацию 1Ф от амплитуде и фазе входного сигнала, поступает на измеритель 12 и фазометр

l3, В качестве опорного сигнала фазово-частотные характеристики четырехполюсника с требуемой точностью.

Для определения требуемого сдвига частот и фазировки несущих рассмот/

5 Рим ЧИ сигнал вида 7. с с(1,м„1ф метра, относительно которого измеряется фаза промежуточной частоты, используется сигнал с третьего выхода синтезатора 3 частоты, на котором формируется частота, равная промежуточной.

Измерение амплитудно-фазовых частотных характеристик производится в следующей последовательности. После настройки на измеряемую составляющую спектра (И„. вход приемника 10 .переключается с помощью перекличате- О ля 8 на вход четырехполисника 9 и измеряится амплитуды 0 ((Ю1) и фаза (jgg„ ) спектральной составляющей сигнала. После окончания измерения вход приемника 10 подключается к выхо-ур ду четыре.счолюсника 9 и определяются 1 1ЩЮ() и @,1Х(М»„) после прохождения через исследуемый тракт. Иодуль коэффициента передачи на частоте 16 и фазовый сдвиг в тракте определяют. ся выражениями где (Юо частота несущего колебания, 1 @- девиация частоты Г 4 Ии-Ч =ЧО +М - начальные фазы сигналов, С вЂ” длительность эле30 ментарной посыпки, И вЂ” номер посылки.

Ио жно показать, что в случае, когда индекс частотной модуляции

М= „1 ) z e Q = ф, — круговая частота манипуляции, есть целое число и Vg = д =

Q(5) то амплитуды боковых частот» примыкающие к частотам Щ = Ч »- 6Ю и щ» =-щ+дщ, суммируются в интервале частот от Щ до (gp и вычитаются вне этого интервала. При сдвиге частот 2htg), значительно превышающем полосу пропускания исследуемого четырехполюсника, спектр измерительного

ЧИ сигнала имеет всплески на частотах

1щ и ц», т.е. в области сильного затухания амплитудно-частотной характеристики, и спадает к середине, где коэффициент передачи наибольший. На выходе четырехполюсника частоты Щ

;и gj< имеют значительно большую амплитуду, чем те же составляющие АИ сигнала с частотой наполнения И6, при этом на участке И 1 — Qf имеет место сложение спектров обоих АИ колебаний, образующих ЧИ сигнал. Условие выравнивания 1 и (P в сигнальных посылках (5 ) может быть достигнуто с помощью автоматической подстройки фаз колебаний на выходе четырехполюсника 9. Полные фазы частот CtJ@ и Юд в конце импульсов, заданных выражениями 3, равны

Ф„=и4 +ч„

© =QO@C+9g

При выполнении операции (21 фаза re-. 4g теродина приемника 10 входящая в

Выражение для Щ (Щ) представляет собой искомую фазовую характеристику.

Синхронизация частоты гетеродина - р приемника 10 от опорного генератора

1 исключает скачки. фазы гетеродина в процессе измерения Щ 1 и 8 1Хи связанные с ними ошибки измерения. ерестраивая последовательно при.емник 10 в требуемом диапазоне и производя аналогичные измерения на каж. дой частоте, можно определить нормированные амплитудно-частотные и фазок(щ)* — " — "- Ж

ЬХ ("ВЫХ (®„. ) -4ВХ ®1) 11 Мо 111о+(< + д )

»фи-(Р-1)ЗЯ.< 1 У) L ot У -(et-Ю)1

883799,или

Формула изобретения

Для работы контура автоподстройки без сбоев скачок фаз в конце каждой посылки должен сохраняться постоянным и равным разности начальных фаз.

Аналитически это условие записывается следующим образом:

М2 Г+ -2 юд ) - (v) .— М Я+У,,-2%И ) =Ц д -®1, ® = (1 -И, т (a)

13десь И4 и Л вЂ” целые числа. По скольку Q. 9Щ окончательно находим

6(6 = (Ylg-Hq) Q (g) Из сравнения выражений (9) н (4) видно, что требования к измеритель,ному ЧИ сигналу заключаются в полу|чении целочисленного значения индекса частотной модуляции.

Принцип образования измеритель ного ЧИ сигнала иоясняется на диаграм-pg ках На фнг. 2а показан ЧИ сигнал с длительностью элементарной посылки

, а на фиг. 26 и 2в " линвйчатые спектры составляющих AM сигналов. Индекс частотной модуляции принят рав" ным 10. Каждый из спектров группи" руется вокруг своей несущей частоты.

Сами несуЩие частоты Щ н QJg изображены на диаграммах пунктиром, поскольку они отличаются по фазе на

9Ф от боковых частот. Пунктирными

35 линиями на фиг. 2 обозначены огибающие спектров.

На фиг. 2 представлен спектр ЧИ

40 тров обоих AN сигналов е центральными частотами Ю и Ц . Видно, что амплитуды гармонйк суммарного сигнала возрастают в области частот, удален ных от центральной частоты и спадаЭ

43 ют к середине спектре. На фиг. 2д, е изображены соответственно нормирования АЧХ исследуемого тракта К ((Ю) и выходной спектр ЧИ сигнала. Спектр выходного сигнала четырехполюсника равномерен в широкой полосе .частот.

Следует отметить, что выравнивание фаз производится на выходе четырехполюсника, а не íà его входе, поскольку спектральные составляющие вы.ходного сигнала подвергаются допол.нительному ослаблению в спадающей области частотной характеристики четырехполюсника.

На фиг. 3 представлены амплитуд.но-частотная K(f) и фазово-частотная (f) характеристики фильтра. Ло оси абсцисс отложено отклонение hf от частоты настройки фильтра. На фиг. 3 видно, что полоса пропускания частот исследуемого фильтра составила 500Гц( диапазон измерения — 1200 Гц.

Эффективность устройства заклюЫается в том, что в нем формируется измерительный сигнал, у которого спектр согласован с амплитудно-частотной характеристикой исследуемого четырехполюсника, что приводит к выравниванию спектра сигнала на выходе. При прочих равных условиях это позволяет расширить, по сравнению с известным устройством, диапазон измерения частотных характеристик, а также повысить точность измерения характеристик в области, удаленной от центральной частоты.

Устройство для измерения частотных характеристик, содержащее опорный генератор, подключенный к входам формирователя сигнала манипуляции, синтезатора частоты и к входу синхронизации гетеродина супергетеродиниого приемника, исследуемый четырехполюсник, соединенный выходом с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с входом четырехполюсника, блок управления, подключенный соответствующими выходами к управляющему входу переключателя и к входу переключения частоты настройки приемника, сигнальный вход которого соединен с выходом переключателя, а выход промежуточной частоты приемника соединен с входом измерителя уровня сигнала и с одним из входов фазометра, второй вход которого подключен к выходу промежуточной частоты синтезатора частоты, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения частотных характеристик, оно снабжено частотным манипулятором, импульснофазовым детектором и двумя фазовра" щателями, при этом входы фазовращателей соединены с соответствующими выходами переключаемых частот синтезатора, а выходы обоих фазовращателей подключены к входам частотного манипулятора, выходом соединенного с входом четырехполюсника, а управляющие входы каждого фазовращателя соединены с выходами импульсно-фазового детектора, сигнальный и опорный входы которого соединены соответст-.. венно с выходами четырехполюсника и формирователя сигнала манипуляции, причем выход последнего подключен к

883799 lD управляющему входу частотного манипулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

II 375587, кл. G О! R 27/28, I97!.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2734355/I8-21, кл. G Dl R 27/28, (979 (прототип).

883799

68 Тираж 735 Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !

)3035, Москва, Ж-35 Раушская наб 4/5

У » ° д»

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л.Муранов

Редактор О.Половка Техред А.Ач Корректор М. Демчик

Заказ )02)8