Способ измерения групповой задержки

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) Ц 1)604 у 10 6 ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕ КОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьтата,что,чноститот изгруппосоотения реэул й с я те ия одноэн дой из ча адержку, а деляют из(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГРУППОВРЖКИ путем измерения на двух частотах иотличас целью обеизмерения,меряют фазовую задержкуношенияИзобретение относится к электрическим измерениям, в частности кизмерениям параметров четырехполюсников, и может быть использовано дляизмерения и контроля групповой задержки, а также частотной характеристикой групповой задержки каналовсвязи, фильтров, линий задержки идругих цепей.Известен способ измерения фаэовойзадержки вместо групповой задержкис использованием информации, содержащейся в фазе несущей сигнала, Способ заключается в подаче радиоимпульса на измеряемый четырехполюсник,. выделении моментов пересечения входным и выходным радиоимпульсами и заданного уровня отсчета нулевого уровня в одноименном направлении, идентификации моментов отсчета фазовойзадержки путем подсчета моментовпересечения каждым радиоимпульсомзаданного уровня подсчета, измеренииинтервала времени между идентифици-рованными моментами, равного фазовой задержке. Уровни подсчета задают большими уровней ложных сигналов.Моменты отсчета фаэовой задержки должны располагаться на участках сигна-.лов, где переходные процессы фазызатухают до достаточно малой величины, что достигается отсчетом достаточного количества моментов пересечения уровней подсчета. Путем отсчета надлежащего количества моментовпересечения уровней подсчета можнотакже исключить или наоборот обеспечить влияние ложных сигналов на результат измерения (,1,Указанному способу свойственнаметодическая погрешность из-за неравенства фазовой и групповой задержке при измерении четырехполюсников с дисперсией.Известен также способ измерениягрупповой задержки, основанный наопределении крутизны фазочастотнойхарактеристики четырехполюсникапутем измерения на двух частотахи вычисления результата измерений,в котором используется приближенное равенство групповой задержкии времени задержки четырехполюсником модулирующего сигнала. Согласноизвестному способу подают на четырехполюсник модулированные колебания (можно использовать различныевиды модуляции ), детектируют выходной сигнал и измеряют время задержки или фазовый сдвиг модулирующегосигнала (.2 ).Недостатком известного способаявляется сравнительна большая погрешность измерения, обусловленнаяизмерением на модулирующей ( низкой )частоте. При этом информация, содержащаяся в фазе несущей частоты, неиспользуется. 65 Цель изобретения - обеспечение однозначности измерения,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения групповой задержки путем измерения на двух частотах и вычисления результата,на каждой иэ частот измеряют фазовую задержку, а групповую задержку определяют иэ соотно- шения где г - групповая задержка,01,и - частота колебаний (угловые или циклические(;1 ф(ц),Фф(и)- фазовые задержки на частотах ииНа фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения групповой задержки согласнопредлагаемому способу; на фиг. 2временные диаграммы, пояснянщиеработу устройства.Для измерения групповой задержкина четырехполюсник подают колебания с частотами Юи и, измеряют Фазовую задержку на каждой из этихчастот и вычисляют групповую задержкупо формуле (1). При этом приращениечастоты и-ивыбирают минимальным,исходя из нелинейности фазочастотнойхарактеристики четырехполюсника идопустимой погрешности измерения.Ошибки измерения исключаются благодаря измерению. групповой задержкичерез измерения фазовой задержки,которые в отличие от измерений фазового сдвига ( угла ) являются однозначными.Устройство для осуществления способа содержит генератор 1 радиоимпульсов с постоянной фазой и управляемой несущей частотой, измеряемыйчетырехполюсник 2, образцовый четырехполюсник 3, измерительный канал 4и опорный канал 5,Каждый канал включает входнойкаскад б, блок 7 преобразования максимального значения радиоимпульсав постоянное напряжение, дискриминаторы 8 и 9 уровня, селектор 10импульсов, элемент 11 совпадения,блок 12 преобразования время-кодвычислительный блок 13 и блок 14управления.К выходу генератора 1 подключеныизмеряемый 2 и образцовый 3 четырехполюсник. С выходом измеряемого четырехполюсника 2 связан вход измерительного канала 4, а с выходом образцового - вход опорного канала 5.В каждом из каналов входной каскад (повторитель) б подключен к блоку 7 преобразования максимальногозначения радиоимпульса н постоянноенапряжение, построенному на основепикового детектора, и дискриминатора 8 и 9 уровня. Выход блока 7 подсоединен к входу управления уровнем срабатывания дискриминатора 8. К выходу дискриминатора 8 подключен селектор ( распределитель ) 10 импуль" сов, состоящий из счетчика и дешифратора ( схемы совпадения ), подключенного к выходам счетчика. К выходам дискриминатора 9 и селектора 10 подключен элемент 11 совпадения. Выход элемента 11 совпадения является выходом канала 4.К выходам каналов 4 и 5 подключен блок 12 преобразования время - код, содержащий генератор квантуюших импульсов, элемент совпадения и счетчики. Выход блока 12 соединен с входом вычислительного блока 13. Кроме того, вычислительный блок 13 связан с генератором 1. Блок 14 управления обеспечивает работу измерителя в соответствии с заданным алгоритмом.Измерение фазовой задержки на каждой из частот в 1 и иосуществля ется в два этапа.На первом этапе автоматически задают уровни срабатывания дискриминаторов 8 в каналах 4 и 5 относительно максимальных значений основ ных сигналов на входах каналов. Для этого на входы измеряемого и образцового четырехполюсников 2 и 3 подают радиоимпульс с генератора 1 и преобразуют максимальное значе- З 5 ние огибающей радиоимпульса на входе каждого канала в постоянное напряжение. Полученные напряжения с блока 7 поступают на дискриминатор 8 и определяют уровни их срабатывания. 40 Коэффициенты передачи блоков 7 выбирают такими, чтобы уровень срабатывания каждого из дискриминаторов 8 был большим максимального уровня ложных сигналов, но меньшим максимума первого колебания в основном радиоимпульса, имеющего ту же полярность, что и уровень срабатывания фиг. 2 Ь,с,й .На втором этапе выделяют интервал времени, равный фазовой задержке,50 и преобразуют его в код (измеряют) . Для этого с генератора 1 на оба четы,рехполюсника 2 и 3 подают еще один радиоимпульс (фиг. 2 б)с начальной фазой 0 или .180 55Опорный и измерительный каналы работают аналогично. Рассмотрим работу измерительного канала 4.Сигнал с выхода измеряемого четырехполюсника 2 фиг. 2 Ь ), пройдя 60 .входной каскад б (фиг. 2 с), поступает на дискриминаторы 8 и 9 уровня. При нулевой начальной фазе радиоимпульса с генератора 1 напряжения с выходов блоков 7 в каналах 4 и 5 и уровни срабатывания дискриминаторов 8 (фиг. 23)должны иметь отрицательнук полярность, а при начальной фазе 180 - положительную.Дискриминатор 9 формирует импульсы (фиг. 2 е ) в.моменты пересечения основным и ложным сигналами нулевого уровня (в данном случае при положительном знаке производной сигнала), а дискриминатор 8 - импульсы (фиг.2 Е) лишь в моменты пересечения основным радиоимпульсом заданного уровня срабатывания ( в данном случае при отрицательном знаке производной сигнала).Импульсы с выхода дискриминатора 8 поступают на вход селектора 10. Сигнал с выхода селектора (фиг. 2), соответствукщий заданному номеру отсчетного периода в основном радио- импульсе, поступает на управляющий вход элемента 11 совпадения. В данном случае этот сигнал открывает элемент 11 совпадения на время от четвертого до пятого импульса с выхода дискриминатора 9. За это время через вентиль проходит один из импульсов с выхода дискриминатора 9. Этот импульс (фиг. 2 Ъ) поступает на вход блока 12 в качестве стоп-импульса Р. На другой вход блока 12 поступает полученный аналогичным образом старт-импульс Б (фиг. 2 с выхода опорного канала 5. Диаграммы, изображенные на фиг. 4, соответствуют случаю, когда образцовый четырехполюсник 3 не используется и вход опорного канала 5 подключен непосредственно к выходу генератора 1.Поэтому сигнал показанный на фиг. 2 с, является входным сигналом опорного канала. Интервал времени между импульсами Я и У, равный фазовой задержке, преобразуется в цифровой код блоком 12, Полученный код вводится в вычислительный блок 13.После поступления в вычислительный блок 13 кода фазовой задержки на каждой из частот ши иэто устройство вычисляет групповую задержку в соответствии с Формулой (1).Блок 14 управляет переключением частоты генератора 1, устанавливает в исходное состояние блоки 7 и селекторы 10 в каналах 4 и 5, а также - блок 12. Функции устройства управления может выполнять блок 13, в качестве которого может использоваться микропроцессор.Код частоты колебаний поступает с блока 14 управления в генератор 1 и в вычислительный блок 13 или из блока 13 в генератор 1, если блок 13 выполняет функции управления. Возможна передача кода из генератора 1 в блок 13. При необходимости генератор 1 может содержать час 1076869тотомер для точного измерения частоты колебаний, код с которого вводится в блок 13,Вычисленный в блоке 13 результатизмерения групповой задержки может, помимо индикации, вводитьсяв цифровой форме в автоматическуюсистему контроля, управления качеством продукции и т,п., в зависимости от назначения устройства.Для измерения частотной характеристики групповой задержки процессизмерения многократно повторяет,изменяя частоту генератора 1 в интересующем диапазоне. Дискретностьпо частоте (число точек) выбираютисходя из неравномерности частотнойхарактеристики групповой задержкии требуемой точности измерения.Для измерения групповой задержки без учета влияния ложных сигналов измерительный радиоимпульс должен быть наиболее коротким, а коммутация в селекторах 10 каналов 4и 5 (выбор номера отсчетного периода) должна осуществляться такимобразом, чтобы отсчетные периоды(фиг. 2 о ) располагались как можноближе к началу основных сигналов,нО на участках сигналов, где вариация фазы затухает до достаточномалой величины.Для измерения с учетом влиянияложных сигналов необходимо, чтобыотсчетный период в выходном сигнале (фиг. 2)располагался на участкесигнала с наибольшим числом наложенных ложных сигналов, напримерзадержанных на время 0-5 б . Для этогоотсчетные периоды должны отстоятьот начала входного и выходного сигналов на время большее 4 ФФ. Результат такого измерения соответствуетизмерению с помощью непрерывногосинусоидального сигнала.Образцовый четырехполюсник 3 вклю- кчают при измерениях методом сравненияс образцом, например, для измерениянебольших неравномерностей групповойзадержки.Входные каскады 6 могут иметь( в зависимости от величины и динамического диапазона сигналов на выходеизмеряемого и образцового четырехполюсников) автоматическую регулировку усиления или быть логарифмическими, При величине этих сигналов,достаточной для нормальной работыследующих каскадов во всем диапазонечастоты, и при достаточно высокомих входном импедансе, каскады б могутотсутствовать.Если в одном или обоих каналах 4и 5 отсутствуют ложные сигналы (помехи), то уровень срабатывания соответствующего дискриминатора 8 можетустанавливаться равным нулю.15 Если разность фазовых задержекизмеряемого и образцового четырехполюсников 2 и 3 меньше, чем минимальный период колебаний несущейчастоты радиоимпульсов, то на их20 входы могут подаваться с генератора1 непрерывные колебания с изменяющейся частотой, а не радиоимпульсы,В этом случае каналы 4 и 5 содержатлишь входные каскады б и дискримина 25 торы 9.В случае, если в диапазоне частот,на которых необходимо измерять групповую задержку, амплитудочастотнаяхарактеристика четырехполюсника 2или 3 достаточно равномерна, уровеньсрабатывания дискриминатора 8 в соответствующем канале не обязательнозадавать заново перед измерениемфазовой задержки на каждой частоте,Благодаря этому можно уменьшить время измерения,Предлагаемый способ измерения групповой задержки позволяет однозначноизмерять фазовую задержку путем измерения интервала времени между двумя радиоимпульсами ( для однократногоизмерения групповой задержки достаточно подать на измеряемый четырехполюсник всего четыре радиоимпульса, что 45 обеспечивает малое время измерения),а также производить измерения как сучетом, так и без учета ложных сигналов, что определяется надлежащимвыбором моментов отсчета во входном 50 и выходном сигналах.107 б 869 Составитель М. КатановаРедактор А, Лежнина Техред С.Мигунова Корректор М. Фарерц Заказ 745/44 Тираж 408 ВНИИПИ 1 осударственног по делам изобретени 11 3035, Москва, Ж, РаПодСССРи сно комитет и откры ская на д, 4 фил С а б е ОППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна