Устройство для измерения фазовых характеристик

)5 6 01 В 25/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ. ГКНТ СССР мЫВ 3 ЩЯ 1 Ц гЕ 14ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Г,Ф.Дегтярев, Д.Н.Ким и С.Н.Попов (53) 621.317,77 (088.8)(56) Авторское свидетельство СССР % 1464112, кл. 6 01 Я 25/00, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1247690, кл. О 01 К 25/00, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК(57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических устройств как в функции изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входах. С целью повышения точности измерения на выходных клеммах устройства вырабатываются два сигнала одной и той же аю).А 2 по 1 647447 А 1 частоты с переменными амплитудами и постоянной разностью фаз, однозначно определяемой состоянием установочного фазовращателя 15 фазозадающего блока 4.Достигается это путем компенсации фазовых сдвигов в регуляторах 1 и 2 уровня, возникающих в процессе изменения амплитуд выходных сигналов блоков 5 и 6 восстановления несущей, выполненных на основе систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) по вторичным биениям. Компенсация производится по нулевым (минимальным) показаниям индикаторов 9 и 10 с помощью компенсирующих фазовращателей 16 и 17. Формирователь 3 боковых составляющих содержит генератор 11 высокочастотных сигналов и систему 13 ФАПЧ по вторичным биениям, в цепь сигна-ла с частотой сдвига которой включен удвоитель 12 частоты. Демодулятор 7 (8) содержит последовательно соединенные трехвходовый сумматор 20 (21), квадратичный элемент 22 (23) и фильтр 24 (25). 1 ил.аай45 50 55 Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения фазовых характеристик фазометрических устройств как в функции изменения входной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входе.Целью изобретения является повышение точности определения фазовых характеристик измерителей (преобразователей) разности фаз.На чертеже приведена структурная схема устройства,Устройство для измерения фазовых характеристик содержит первый и второй регуляторы 1 и 2 уровня, формирователь 3 боковых составляющих, фазозадающий блок 4, первый и второй блоки 5 и б восстановления несущей, первый и второй демодуляторы 7 и 8, первый и второй индикаторы 9 и 10. Первьй выход фазозадающего блока 4 соединен с первым входом второго блокавосстановления несущей и входом формирователя 3 боковых составляющих, первый выход которого подключен к первому входу второго демодулятора 8, второму входу первого демодулятора 7 и второму входу второго блока 6 восстановления несущей, выход блока 6 восстановления несущей через второй регулятор 2 уровня соединен с третьим входом второго демодулятора 8, выход которого подключен к второму индикатору 10, Второй выход фазозадающего блока 4 подключен к первому входу первого блока 5 восстановления несущей, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя 3 боковых составляющих, первым входом первого демодулятора 7 и вторым входом второго демодулятора 8, выход первого блока 5 восстановления несущей через первый регулятора 1 уровня подключен к третьему входу первого демодулятора 7, выход которого соединен с первым индикатором 9. Выходы первого и второго регуляторов 1 и 2 уровня образуют соответственно первую и вторую выходные клеммы устройства,Формирователь 3 боковых составляющих, реализованный на основе использования способа однополюсной модуляции, состоит из генератора 11, удвоителя 12 частоты и системы 13 ФАПЧ, выход которой и является первым выходом формирователя 3 боковых составляющих, второй выход которого - выход генератора 11.Вход формирователя 3 боковых составляющих через удвоитель 12 частоты соединен с вторым входом системы 13 ФАПЧ, В свою очередь сиатема 13 ФАПЧ содержит подстраиваемый генератор, смеситель, фа 5 10 15 20 25 30 35 40 зовый детектор, фильтр нижних частот, управляющий элемент, замкнутые в кольцо фазовой автоподстройки частоты по вторичным биениям. Один из входов смесителя образует вход эталонного сигнала системы ФАПЧ (другой при этом подключен к выходу подстраиваемого генератора), а один из входов фазового детектора - вход сигнала с частотой сдвига (другой вход фазового детектора подключен к выходу смесителя),Фазозадающий блок 4 содержит генератор 14 сдвига, выход которого соединен с входом установочного фазовращателя 15 и образует один из выходов фазозадающего блока 4, второй выход блока 4 образован выходом установочного фазовращателя 15.Блоки 5 и б восстановления несущей выполнены с использованием методов однополосной модуляции на основе применения систем ФАПЧ по вторичным биениям, идентичных системе 13 ФАПЧ формирователя 3 боковых составляющих, Первыми входами блоков 5 и б восстановления несущей являются входы компенсирующих фазовращателей 16 и 17. Вторые входы блоков 5 и 6 восстановления несущей образованы входами эталонного сигнала систем 18 и 19 ФАПЧ, выходы которых образуют соответственно выходы блоков 5 и 6 восстановления несущей.Демодуляторы 7 и 8 идентичны демодулятору прототипа, содержат соединенные последовательно трехвходовый сумматор 20 (21), квадратичный элемент 22 (23), фильтр 24 (25), Входы сумматоров 20 и 21 образуют соответственно входы демодуляторов 7 и 8, вьходы которых образованы выходами соответствующих фильтров 24 и 25,Устройство работает следующим образом.На выходах формирователя боковых составляющих формируются сигналыаь(1) = Аьсоз вс - й)й+ д 76 н ) аь(т)=А 6 соз( вс+ О)с+ 9 бв Л где А 6 - амплитуда боковых составляющих;( мс - Й), + рбн - соответственно частота и начальная фаза сигнала на втором выходе формирователя боковых составляющих;( вс+ Й), о 6 в - соответственно частота и начальная фаза сигнала на первом выходе формирователя боковых составляющих;Й- частота сигналов на выходах фазозадающего блока.Сигналы на выходах первого и второго блоков восстановления несущей имеют вид соответственно30. 0 (180 О). Регуляторами 1 и 2 уровня устанав 35 отрабатывают возникающие при этом фазоан 1(1) - Ан 1 СОЗ( Вс 1+ мцбн+ У 32+ дЪ 1 ), анг(1) - АнгСОЗ(ас 1+ Рбв+ Р 31+ дъг ), ГдЕ Ан 1; Анг - аМПЛИтудЫ СИГНаЛОВ На ВЫХО- дах первого и второго блоков восстановления несущей;р 31, рц - начальные фазы сигналов на первом и втором выходах фазозадающего блока соответственно;уЪ 1, унг - фазовые сдвиги, вносимые соответственно первым и вторым блоками восстановления несущей.На выходе первого и второго регуляторов уровня формируютсяар 1(1)=Ар 1 СОЗ(йс 1+ Дбн+ ф 32+ ДЪ 1+ф 7 р 1 ), арг(1)-АРгсоз (сОд+ 0 бв+ 31+ ДЪ 2+фР 1 ) где ур 1, дарг - фазовые сдвиги, вносимые соответственно первым и вторым регуляторами уровня;Ар 1, Ар 2 - амплитуды сигналов на выходах первого и второго регуляторов уровня соответственно,На входы первого демодулятора постуПавт ОДНОВРЕМЕННО СИГНаЛЫ абн(1), абв(1), ар 1(т), и после соответствующих преобразований(перемножения и фильтрации) на его выходе имеем эд 1(1)=Ад 1 соз(Ъ + фр 1 + фэг 2где Ад 1 - амплитуда сигнала на выходе первого.демодулятора.На входы второго демодулятора постуПает ОДНОВРЕМЕННО СИГНаЛЫ абн(1), абв(1),ар 2, и после аналогичных пРеобРазованийимеемадг(т)=Адгсоз(ЯЪ 2 + ДРрг + Д 31 --- )аа(т+ ф 2 ),где Адг - амплитуда сигнала на выходевторого демодулятора,Условиеь нулевых (минимальных) показаний индикаторов являютсягЪ 1 Ъ 2 + Рр 1 - фрг + ф 32 -Щ 31 Рбв +фбн = КЛК=0,1,2,3,Разность фаз между выходными сигналамина первой и второй клеммах устройства равнаЬф = Ъ 1 Ъ 2 + фр 1 дарг + Щ 32Щ 31 фбв + 3 РбнТаким образом, равенство нулю(или к)выходной разности фаз и условие нулевых(минимальных) показаний обоих индикаторов совпадают,Следовательно, установив на выходефазозадающего блока (юг - Ъ 1 ) = 0 идобившись изменениями уЪ 1 и Ъг нуле 40 45 50 55 вых (минимальных) показаний обоих индикаторов, получим разность фаз сигналов на выходных клеммах устройства, равную 0 для любых заданных значений уровней выходных сигналов.Можно выделить два основных режима работы устройства.Измерение фазовой характеристики исследуемого образца в функции изменения входной разности фаз (проверка по линейности). Установочный фаэовращатель 15 устанавливают в положение, соответствующее 0 (180), регуляторами 1 и 2 уровня устанавливают заданные значения амплитуды сигналов соответственно на первой и второй выходных клеммах устройства. Компенсирующими фазовращателями 16 и 17 блоков 5 и 6 восстановления несущей добиваются нулевых(минимальных) показаний соответственно индикаторов 9 и 10. Последовательно задавая установочным фазовращателям 15 необходимые значения выходной разности фаз и регистрируя каждый раз показания индикатора испытуемого образца, производят определение искомой характеристики для заданных значений амплитуд сигналов на выходных клеммах устройства, Установочный фаэовращатель 15 возвращают в положение, соответствующее ливают новые значения амплитуд испытательных сигналов на соответствующих выходных клеммах устройства и с помощью компенсирующих фазовращателей 16 и 17 вые сдвиги соответственно по индикаторам 9 и 10. Повторив в укаэанной последовательности описанные операции, определяют искомую характеристику для новых значений уровней выходных сигналов и т,д.Измерение фазоамплитудных характеристик исследуемого образца-фазометра (поверка по фазоамплитудной погрешности).Установочный фазовращатель 15 устанавливают в положение, соответствующее 0 (180 О), регуляторами 1 и 2 устанавливают заданные значения амплитуд сигналов на соответствующих выходных клеммах устройства. Компенсирующими фаэовращателями 16 и 17 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикаторов 9 и 10 соответственно, затем установочным фазовращателем 15 устанавливают заданное значение разности фаз, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фаэоизмерителя. Установочный фазовращатель 15 возвращают в положение, соответствующее 0 (180). Регуляторами 1 и 2 уровня производят изменение амплитуд1647447 Формула изобретения Составитель Ю, МакаревичТехред М.Моргентал КорректорМ, Шароши Редактор А.Шандор Заказ 1396 Тираж 425 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 сигналов на соответствующих выходных клеммах устройства, компенсирующими фазовращателями 16 и 17 восстанавливают нулевые минимальные) показания индикаторов 9 и 10. Установочным фазовращателем 15 вновь устанавливают заданное значение выходной разности фаз, производят отсчет показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя, Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровней выходных сигналов дает искомое значение ФАХ (фаэоамплитудная погрешность),Предварительно устанавливая установсчный фазовращатель 15 в положение, со 0 о1 Я 0изменением уровней сигналов полюбому из выходов устройства, затем последовательно задавая ряд значений амплитуд выходных сигналов, отрабатывая при этом компенсирующими фазовращателями 16 и 17 возникающие фазовые сдвиги в регуляторах 1 и 2 уровня па нулевым или минимальным показаниям индикаторов 9 и 10), а также восстанавливая после этого установочным фазовращателем 15 заданное значение выходной разности фаз с поьющью индикатора исследуемого образца, производят определение всех значений искомой ФАХ для заданного значения выходной разности фаз испытательного сигнала, Пов;орив в указанной последовательности операции по измерению фазоамплитудной характеристики, нахоцят ФАХ исследуемого образца для нового значения выходной разности фаз испытательного сигнала, задаваемого каждый раз установочным фаэовращателем 15.Изменения начальной фазы сигналов на выходах формирователя боковых составляющих, обусловленные изменением внешних условий, режимов работы элементов формирователя частотымогут достигать единиц и даже десятков градусов, что приводит к погрешности установки (воспроизводства) заданного значения разности фаз сигналов на выходе известного устройства того же порядка, В предлагаемом устройст 15 20 25 30 35 40 45 ве погрешность установки (вопроизводства) заданной разности фаз выходных сигналов определяется только разрешающей способностью, которая в заданном режиме калибровки составляет сотые и даже тысячные доли градуса.Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет на один-два порядка повысить точность измерения фазовых характеристик исследуемых образцов (фаэометрических устройств). Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее фазозадающий блок, подключенный через первый блок восстановления несущей к входу первого регулятора уровня, выход котооого является первым выходом всего устоойства и соединен с одним из входов первого демодулятора, выход которого подключен к первому индикатору, а Другой вход демодулятора соединен с первым выходом формирователя боковых составляющих, второй выход которого соединен с третьим входом первого демодулятора и с другим входом первого блока восстановления несущей, а второй выход фазоэадающего блока соединен с входом формирователя боковых составляющих,отличающееся тем,что,сцелью повышения точности, в него дополнительно введены второй демодулятор, второй индикатор, второй блок восстановления несущей и второй регулятор уровня, при этом второй выход фаэоэадающего блока соединен с первым входом второго блока восстановления несущей, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя боковых составляющих и с одним из входов второго демодулятора, а выход через второй регулятор уровня - с другим входом второго демодулятора и с вторым выходом всего устройства, третий вход второго демодулятора соединен с вторым выходом формирователя боковых составляющих, а выход - с вторым индикатором,