Способ измерения фазового набега четырехполюсников и устройство для его осуществления

 

(72) Авторы изобретения

Ю.А.Скрипник, В.И. Водотовка и Л.А. Глазков (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО НАБЕГА

ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фаэометрии, и может быть использовано для измерения набега фазы пассивных четырехполюсников, в особенности, имеющих большое ослабление в полосе пропускания, например фильтров, фазовых корректоров, согласующих устройств; ослабителей и т.д., а также для измерения тех физических свойств материалов и веществ, изменение которых свя10 зано с набегом фазы в образце контролируемого материала или вещества.

Известен способ измерения фазовых углов, вносимых четырехполюсником, IS согласно которому входной сигнал четырехполюсника создают из двух поочередно действующих пакетов напряжений, из которых один — низкой фиксированной частоты, а другой—

20 переменной частоты, изменяющейся в полосе пропускания контролируемого четырехполюсника. Информация о набеге фазы содержится в фазовом сдви2 ге пакета высокочастотного колебания относительно пакета низкочастотного, которые в одинаковой мере ослабляются контролируемым четырехполюсником 1)..

Недостатком известного способа является снижение точности измерения при больших ослаблениях контролируемого четырехполюсника.

Известен также способ измерения фазовых набегов, который основан на трехкратном преобразовании частот с коммутацией сравниваемых по фазе сигналов в одном из каналов, по которому фазовые сдвиги сигналов переменной частоты переносятся на фиксированную низкую частоту, на которой проводят фазовые измерения |.2).

Недостатком известного способа и устройства, его реализующего,является снижение точности измерения при большом ослаблении контролируемого четырехполюсника. Это объясняется тем, что на входы смесителей по885919 шунтированный ключом, присоединен ко второму входу второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный усилитель и ограничитель подсоединен ко второму входу фазового детектора, выход которого через второй избирательный усилитель соединен с одним из входов фазочувствитель1о ного выпрямителя, второй вход которого присоединен к выходу низкочастотного управляемого генератора, а выход — ко входу индикатора.

Устройство для осуществления способа представлено на чертеже.

Устройство содержит первый и второй генераторы 1 и 2 радиочастот, первый смеситель 3, фильтры 4 и 5 . верхних и нижних частот, первый 6 и второй 7 фазовращатели, автоматический переключатель 8, низкочастотный управляемый генератор 9, контролируемый четырехполюсник 10, ключ ll второй смеситель 12, первый избирательный усилитель 13, амплитудный ограничитель 14, фазовый детектор 15, второй избирательный усилитель 16, фазочувствительный выпрямитель 17 и индикатор !&.

Способ измерения фазового набега . четырехполюсииков осуществляется следующим образом.

Иэ двух сигналов 0„ и Uq каждый из которых имеет переменную частоту г 35 *

Ш,) и и))) в диапазоне радиочастот

0 = U&1 cos (и)1 t + Ч))

О = Ощ1 cos (и)я t +9q) с амплитудами U О и начальными фазами „и Ц образуют путем балан40 сного смешивания сигнал вида ступают сигналы со входа и выхода контролируемого четырехполюсника, т.е. с большим динамическим диапазоном. Поэтому уже при первом .преобразовании частоты возникают амплитудно-фазовые погрешности, квторые, сохраняются при последующих преобразованиях и присутствуют в выходном сигнале фазового детектора.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем,что в способе измерения фазового набега четырехполюсников,заключающемся в воздействии на контролируемый четырехполюсник испытательными сигналами двух разных частот, переносе ослабленных сигналов на одну частоту с использованием вспомога тельного сигнала, сравнении их фаз с опорным сигналом и определении фазового набега по разности результато сравнения, частоты испытательных сиг налов выбирают равными соответственно разности и сумме частот двух сиги лов, в качестве одного из которых используют вспомогательный сигнал, в качестве другого — опорный сигнал, а начальную фазу испытательного сигнала разностной частоты в начале рабочего диапазона компенсируют.

Устройство для осуществления пред лагаемого способа, содержащее первый и второй смесители, автоматический переключатель, низкочастотный управляющий генератор, соединенный с упра ляющим входом автоматического переключателя, фазовый детектор, амплитудный ограничитель, индикатор,первый и второй генераторы радиочастот и контролируемый четырехполюсник, снабжено фильтром верхних и нижних частот, первым и вторым фазовращатепями, первым и вторым избирательными усилителями и фаэочувствительным выпрямителем, причем один из входов первого и второго смесителей соединен с выходом первого генератора, выход второго генератора соединен с одним иэ входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого присоединен через последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входов автоматического переключателя и через фильтр верхних частот — к другому его входу, а выход через контролируемый четырехполюсник,эаО О сов((м )6 Ч,- )icos+„ wz)ti )ii ) )j)ö где U - Q U . U — амплитуда

) - д 1

45 образованного сигнала;

S — крутизна характеристики смеси1 теля.

Из сигнала (2) выделяют сигнал разностной частоты

U *U сов((щ,-щ,)tV,-×,) (8) и сигнал суммарной частоты l

y=U> СОВ ((e„+a<) g+,,+ Р1) (4)

55 Частоты w< z 1о регулируют так, чтобы разностная частота м = цр„ — ц ) оставалась постоянной,а суммарная частбтаuJg= щ + щ изменялась в рабочем

) 8859 19

14 о =9 -k .0 сЯ (а„н ч„Щ„cosf(q 0 М

Фю Ф) 1 1 .к .u .U„.(cod(w

+CaS (5W„- ) И,-Ч -4 о) ; 4

u„=s< Кс.ощ 008(ЦФ+Ч1) vs СОВ((в1+щг) t<

"М„%-Я= + С,-О„„.Ч,1 СОЬ(Ц ++ () Зе

«5q 8 -Ч )

Уу и Q — начальные фазовые углы на тех же частотах;

SI1 — крутизна характеристики второго Ъалансного смесителя.

Последовательность пакетов колебаний (5) и (6) фильтруют на частоте И и ограничивают по амплитуде.

Результирующий фазоманипулированный сигнал описывается выражением

08"-Ощ - GOS (tlat

ЬЧ где UIn — амплитуда результирующего

8 сигнала на уровне ограничения 1

Ч " средняя фаза результирующего сигнала;

ЬЦ = р + 3 + 90 — индекс фазовой модуляции, равный сумме фазовых набегов контролируемого четырехполюсника и тракта передачи::-ýìåðèтельных сигналов Ч в диапазоне частот от ифр до Wp.

ug=U,„ЬЧ S>gn 8И Q4 (О)

Из (9) видно, что амплитуда напряжения частоты коммутации пропорциональна измеряемому значения фазового набега контролируемого,четырехполюсника и может быть измерена известными средствами.

Устройство для осуществления споз4 соба работает следующим образом.

Сигналы первого 1 и второго 2 генвраторов радиочастот, смешивают смесителем 3 и с помощью фильтра 4 верхних частот и фильтра 5 нижних

И частот выделяют соответственно сигналы суммарной и разностиой частот.

Частоты генераторов 1 и 2 регулируют так, чтобы их раэностная частота диапазоне контролируемого четырехполюсника.

Сигналы (3) и (4) поочередно с низкой частотой коммутации Я. <<Шр подают на вход контролируемого четырехполюсника. Ослабленные четырехполюсником сигналы балансно сме-. шивают с первым исходным сигналом (1), получая сигналы вида

После фазового детектирования, используя в качестве опорного сигнал частоты Ш, получим прямоугольное напряжение частоты коммутации Q. пропорциональное индексу фаэовой модуляции

Ug U< ЬМ 91ф1 Sln ЯФ.. (8)

1ч

Для исключения иэ результата измерения (,8) величины фазового набега в передающем тракте проводят операцию установки нуля при закороченном контролируемом четырехполюсникв путем введения дополнительной фазовой задержки сигнала, например, фазовращателем в тракте сигнала разностной частоты. При этом U> = О, поскольку

l1 - -"р+ yC++ 0- 30m &0 где g = 9р + 4 с- Ч вЂ” значение до( полнительной задержки.

Для исключения из результата измерения начального фазового угла Чр на постоянной частоте <ир с целью определения фазового набега контролируемого четырехполюсника в рабочем диапазоне частот от значения переменной частоты щ „до щ при включенном в измерительный тракт контролируемом четырехполюснике вводят допол" нительную фазовую задержку сигнала ,например другим фазовращателем, добиваясь, чтобы Ug = О на начальной частоте рабочего диапазона W<Ä, Ц р =

Р+ "0

0()=Un.(9pt>g- ).Sigil МЯ о о

Прн переходе в ближайшей точке ра1 бочего диапазона частот Э индекс фазовой модуляции получает приращение Ь 1, равное фазовому набегу. контролируемого четырехполюсника на участке рабочего диапазона от частотыШ „до ш -4 Р ЧС о+Ь% -Ь которое является измеряемой величиной по предлагаемому способу..Выходное напряжение фазового детектора равно

885919 оставалась постоянной, а суммарная изменялась в рабочем диапазоне контролируемого четырехполюсника. Фазу сигнала разностной частоты раздельно регулируют первым 6 и вторым 7 фазовращателями. Оба сигнала подают на соответствующие входы автоматического переключателя 8, частота переключения которого задается низкочастотный управляющим генератором 9. К выходу переключателя 8 подключен контролируемый четырехполюсник IO, который шунтирован ключом. 11. Выход контролируемого четырехполюсника соединен со вторым смесителем 12, на второй вход которого подается выходной сигнал генератора 1 радиочастоты. Первый избирательный усилитель 13, настроен" ный на частоту. сигнала генератора 2, из ряда комбинационных частот выходного сигнала смесителя 12 выделяет и усиливает соответствующий сигнал частоты генератора 2, разность фазы которого по отношению к сигналу генератора 2 после ограничения ампли- . тудным ограничителем 14 измеряется фазовым детектором 15. Информация о фазовом набеге контролируемого четырехполюсника 10 в диапазоне радиочастот содержится в разности вы ходных сигналов фазового детектора .15 в соседние полупериоды коммутации выходного сигнала четырехполюсника, т.е. в величине огибающей пакетов выходных сигналов фазового детектора 15. Для этого служат второй избирательный усилитель 16, .настроенный на частоту генератора 9, и фазочувствительный выпрямитель 17,вы" ходкой сигнал которого, пропорциональный величине фазового набега конт.1 ролируемого четырехполюсника 10,фиксируется индикатором 18. Установка нуля производится в замкнутом состоянии ключа 11 с помощью фазовращателя 6 по нулевому показанию индикатора 18. Компенсация фазового угла в начале диапазона осуществляется фазовращателем 7.

° Таким образом, повышение точности измерений фазового набега четырехполюсников в диапазоне радиочастот, имеющих большое ослабление, достигается благодаря уменьшению динамического диапазона входных сигналов преобразователя частоты, возможности усиления выходного сигнала контролируемого четырехполюсника и выбо-. ра уровня ограничения фазового детектора, обеспечивающего его неизмен ную амплитуду, Динамический диапазон входных сигналов фазового детектора определяется только неравномерностью амплитудночастотной характеристики контролируемого четырехполюсника, а не его начальным ослаблением.

При измерениях фазового набега ослабителей, имеющих ослабление до

90 дБ, достигается „точность измерений + 0,1X, f ! °

Формула изобретения

l Способ измерения фазового набега четырехполюсников, заключающийся в воздействии на контролируемый р четырехполюсник испытательными сигналами двух разных частот, переносе ослабленных сигналов на одну частоту с использованием вспомогательного сигнала., сравнении их фаз с опорным

И сигналом и определении фазового набега по разности результатов сравнения,о .т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения точности, частоты испытательных сигналов выЗЕ бирают равными соответственно разности и сумме частот двух сигналов, в качестве одного из которых используют вспомогательный сигнал, в качестве. другого - опорный сигнал, а

3$ начальную фазу испытательного сигнала разностной частоты в начале рабочего диапазона компенсируют.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее первый

° ®и второй смесители, автоматический переключатель, низкочастотный. управляющий генератор, соединенный с управляющим входом автоматического переключателя, фазовый детектор, ам49 ппитудный ограничитель, индикатор, первый и второй генераторы радиочастот и контролируемый четырехполюсник, о т л и ч а ю щ е:е с я тем, что оно снабжено фильтром верхних и нижних частот, первым и вторым фазовращателями, первым и вторым избирательными усилителями и фазочувствительным выпрямителем, причем один из входов первого и второго смесителей соединен с .выходом первого

SS генератора, выход второго генератора соединен с одним из входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого присоединен

885919

l0 через последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входов автоматического переключателя и через фильтр верхних частот к другому его входу, а выход через контролируемый четырехполюсник, зашунтированный ключом, присоединен ко второму входу второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный усилитель и ограничитель, подсоединен ко второму входу. фазового детектора, выход которого через второй избирательный усилитель соединен с .одним из входов фазочувствительиого выпрямителя, второй вход которого присоединен к выходу низкочастотного управляемого генератора, а выход — ко входу индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Скрипник Ю.А. Модуляционные измерения параметров сигнапов и цепей. М., "Советское радио", 1975, с.278-280.

2. Соловов В.Я. Фазовые измерения.

М., "Энергия", 1973, с. 18-23.