Устройство для измерения фазовых характеристик

(5) 4 О 01 В 25/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Томский институт автоматизированных систем управления и радио электроники(56) Авторское свидетельство СССР У .98882, кл. С О 1 В 25/00, 1980.Жилин Н.С. Метод поверки амплитудной погрешности фазометрических приборов. - Сб. Научное приборостроение для физических исследований, ч. 1./Под. ред. С.С. Кузнецкого Красноярск, 1975, с. 190, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК(57) Изобретение относится к радио- измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит генераторвысокочастотных сигналов и регулятор 2 уровня. Введение Формирователя 3 боковых составляющих, фазозадающего блока 4, блока 5 восстановления несущей, демодулятора 6, индикатора 7 .и образование новых связей между элементами устройства позволяет производить определение Фазовых характеристик Фазометрической аппаратуры в широком динамическом. диапазоне (до 50-60 дБ) испытательных сигналов для 1 любого заданного значения входной . Е. разности фаз с погрешностью, не превьппающей десятых долей градуса, 3 з,п. Ф-лы. 1 ил. С:47690 2сигналов, Вход сигнала с частотойсдвига системы 8 ФЛПЧ с входом установочного фазовращателя 1 О и образует второй вход формирователя 3 боковых составляющих, подключецньй к одному нз выходов фазозадающего блока 4, Вход сигнала с частотой сдвигасистемы 9 ФАПЧ подключен к выходу установочного фазовращателя О, а выходО этой системы ФЛПЧ образует второй выход формирователя 3 боковых составляющих, первый выход которого образован выходом системы 8 ФАПЧ, В своюочередь, каждая из систем ФАПЧ содер 15 жит подстраиваемый генератор, смеситель, фазовый детектор, фильтр нижнихчастот, управляющий элемент,замкнутые в кольцо фазовой автоподстройкичастоты по вторичным биениям. Один20 из входов смесителя образует вход .эталонного сигналя системы ФАПЧ.Фазозадающий блок 4 в,простейшемвиде представляет собой генератор 11сдвига, выход которого соединен с25 объединенными входами двух фазовращателей - компенсирующего 1 и отсчетного 2, Выход компенсирующего фазовращателя 12 образует один выход фазозадающего блока 4, другой выход30 блока 4 образован выходом отсчетногофазовращателя 13,Глок 5 восстановления несущей может быть выполнен с использованиемметодов однополосной модуляции, Наилучшие результаты дает применениесистемы ФЛ 1 Ч по вторичным биениям,идентичной системе 8 или 9 ФЛПЧ формирователя 3 боковых составляющих,при этом выход эталонного сигналаэтой системы ФЛПЧ образует первыйвход блока 5 восстановления несущей,подкюпочеццый к первому выходу формирователя 3 боковых составляющих,а вход сигнала с частотой сдвига -второй вход блока 5 восстановлениянесущей, подключенный к другому выходу фазозадающего блока 4,высокочастотных сигналов, регулятор2 уровня, формирователь 3 боковыхсоставляющих, фазозадающий блок 4,блок 5 восстановления несущей, демодулятор б, индикатор 7. Первьпг входформирователя 3 боковых составляющих подключен к выходу генератора 1высокочастотных сигналов и образуетпервую выходную клемму устройства.Второй вход формирователя 3 боковыхсоставляющих подкгдочен к одному извыходов фазозадающего блока 4, другой выход которого соединен с вторымвходом блока 5 восстановления несущей, Первый вход блока 5 восстановления несущей объединен с одним извходов демодулятора б и подключен кпервому выходу формирователя 3 боковых составляющих, второй выход которого соединен с друггм входом демодулятора 6. Выход блока 5 восстановления несущей через регулятор 2 уровнясоединен с третьим входом демодулятора 6, выход которого соединен с входом индикатора 7, Выход регулятора 2уровня образует вторую выходную клемму устройства,12Изобретение относится к радионзмерительной технике и может. быть использовано, для определения фазовыххарактеристик фазометрических устройств как в фуцкцги изменения входной разности фаз, так н в функцииизменения амплитуды сигнала на нхвходе,1.ель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшенияцогрегшцости вносимой системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)при изменениях выходного уровня сигнала генератора.1 а чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства,Устройство для измерения фазовыххарактеристик содержит генератор 1 Формирователь 3 боковых составляющих может быть реализован на основе использования способов однополосной модуляции. 1 аилучшие результаты достигаются при использовании двух типовых систем ФАПЧ по вторичным биениям, вклочеццых последовательно либо парагглельцо. В последнем случае (см. чертеж) объединенные входы эталонного сигнала обеих систем 8 й 9 ФАПЧ образуют первьдю вход формирователя 3 боковых составляющих и подключен к выходу генератора 1 высокочастотных Демодулятор 6 может быть реализован на основе еремножителя (смесителя, синхронного детектора и т,п.),а также квадратичного элемента. Впоследнем случае демодулятор 6 содержит трехвходовой сумматор 14, входыкоторого одновременно являются вхо дами демодулятора 6, квадратичныйэлемент 15, вход которого подключенк выходу сумматора 14, а выход соедицег с входом фильтра 16. Выход247690 у=а+а, х+а х Эфильтра 16 одновременно являетсявыходом демодулятора 6 и соединен свходом индикатора 7. Два входа сумматора 14 подключены к выходам формирователя 3, а третий через регулятор 2 уровня - к выходу блока 5 восстановления несущей,Устройство работает следующим образом.На выходе генератораА,соя(и)сС+Ч ),где А и Ч, - соответственно амплитуда, частота и начальная фаза высокочастотного сигнала.На выходах формирователя 3 боковыхсоставляющих, соответственноА 8 (С)=АЗ соя (и-Я)С+Рс Ря РкА (С)=А соя Иы) +Я)С+Р +Р +Р +2где А - амплитуда боковых составляющих;Я, Ч - соответственно частота иначальная фаза, сигнала счастотой сдвига на выходегенератора 11;Р,У - состояния (фазовые сдвиги)компенсирующего 12 и установочного 10 фазовращателей соответственно.На выходе блока 5 восстановлениянесущей Формируется сигналА(С) =А,соя( , С+Р, +Ро- Рк),где А - амплитуда выходного сигналаИблока 5;Ро - состояние (фазовый сдвиг)отсчетного фазовращателя 13.Тогда испытательный сигнал на выходе регулятора 2 уровня (второй выходной клемме устройства) может бытьпредставлен в видеА,соя(и 1,С+Р+У -Ч +У ),где Аи - амплитуда исйытательного(тестового) сигнала;Ч - фазовый сдвиг, создаваемыйрегулятором 2 в процессеизменения уровня выходногосигнала.На вход квадратичного элемента 15через сумматор 14 поступают три составляющие - боковые с выходов формирователя 3 и тестовый сигнал с выхода регулятора 2 уровня. Характеристика квадратичного элемента можетбыть описана полиномом второй степени вида где у - выходной сигнал квадратичногоэлемента 15;х - входное воздействие, в данном случае сигнал с выхода5 сумматора 14,Фильтр 16 настроен на выделениесоставляющей выходного сигнала квадратичного элемента 15 с частотой Я,и после элементарных алгебраических1 О и тригонометрических преобразованийсигнал на выходе демодулятора 6 можетбыть записан какЧА соя(М -- +Р - У) соя (ЯС+Р +15 Ру П+У+ + - )2 2 фгде А - максимальное значение ампли 8туды этого сигнала.Нулевые показания индикатора 7обеспечиваются прифчР+Р чо к Р 2 - 2где п=0,1,2,В процессе измерения фазовых ха 25 рактеристик фазометрических устройствзначение Ч поддерживается постоянным, тогдаЧ ПР -Ч + М = - + (2 п;1) - =сопяС. (1)о " Р 22В то же время разность фаз сигналовна выходных клеммах устройства(2)Сравнивая (1) и (2) видим,что условие постоянства выходной разностифаз и условие обеспечения нулевых35показаний индикатора 7 совпадают и,следовательно, поддерживая в процес,се измерения фазовых характеристик(по нулевым показаниям индикатора 7)40Р =Ч, можно обеспечить заданное эна"чение разности фаз, определяемоет 8 лько состоянием отсчетного фазовращателя 13ВЫх,фМожно выделить три основных режи 45 ма работы устройства,Калибровка устройства. Компенсирующий Фазовращатель 12 устанавливают в состояние, соответствующеенулевому фазояому сдвигу, регулятор50 2 уровня - в режим, соответствующийпрямому прохождению сигнала с выходаблока 5 восстановления несущей навторую выходную клемму устройства,отсчетным фазовращателем 3 устанав 55 ливают заданное значение выходнойразности фаэ, установочным фазовращателем 10 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 7.Измерение фазоамплитудных характеристик исследуемого образца - фазометра (поверка по фазоамплитудной погрешности), Производят калибровку устройства, как описано выше. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение уровня выходного сигнала, компенсирующим фазовращателем 12 восстанавливают нулевые (ми о нцмальные) показания индикатора 7, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Затем регулятором 2 уровня производят изменение амплитуды выходного (тестового) сигнала на заданную величину, компенсирующим фазовращателем 12 восстанавливают нулевые показания индикатора 7, производят отсчет показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровняисцытательцого сигнала дает искомое значение ФАХ (фазоамплитудцую погрешность). Последова тельно задавая ряд значений уровня тестового сигнала, отрабатывая компенсирующим фазовращателем 12 возникающие цри этом в регуляторе 2 уров ця фазовые сдвиги (по нулевым или Зо минимальным показаниям индикатора 7), с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех зцачегпш искомой ФАХ для заданного значения выходной разности фаз тестового сигнала. Установив отсчет- - ный фаэовращатель 13 в другое состояние ц повторив в указанной последовательности вышеприведенные операции по калибровке устройства, находят фазоамплитудную характеристику исследуемого образца для нового значения разности фаз испытательного сигнала.Йзмерение фазовой характеристики исследуемого образца в функции изменения входной разности фаз (поверка по линейности). Производят калибровку устройства согласно вышеописанному, Регулятором 2 уровня устанавли вают заданное значение амплитуды тестового сигнала и компенсирующим фазовращателем 12 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые 55 сдвиги. Последовательно задавая отсчетным фазовращателем необходимые приращения выходной разности фаз и регистрируя каждый раз показания индикатора испытуемого образца, производят определение искомой характеристики для заданного значения амплитуды испытательного сигцала. Регулятором 2 уровня устанавливают новое значение амплитуды тестового сигнала и с помощью компенсирующего фазовращателя 12 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые сдвиги. Повторив в указанной последовательности вышеописанные операции, определяют искомую характеристику для нового значения уровня испытательного сигнала и т,д.В предлагаемом устройстве фазовые сдвиги, возникающие в процессе регулировки уровня испытательного сигнала, отрабатываются путем введения в канал тестового сигнала компенсирующих фазовых сдвигов, определяемых с помощью фазочувствительного элемента, выполненного на основе обработки амплитудно-модулированного сигнала АИ с подавленной несущей. Поскольку фазоамплитудная погрешность таких элементов по сравнению с другими элементами аналогичного назначения принципиально ца один-два порядка меньше, то реально Достижимая погрешность измерения фазовых характеристик фазометров с помощью предлагаемого устройства составляет десятые и сотые доли градуса. Действительно, устройство позволяет производить определение фазовых характеристик фазометрической аппаратуры в широком динамическом диапазоне до 50-60 дБ) испытательных сигналов для любого заданного значения входной разности фаз с погрешностью, не превышающей десятых долей градуса, что на один - два порядка лучше, чем измерение указанных характеристик с помощью известных устройств.Формула изобретения1, Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее генератор высокочастотных сигналов и регулятор уровня, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены формирователь боковых составляющих, фазоэадающий блок, блок восстановления несущей, демодулятор1247 б 90 20 Составитель В. ШубинРедактор Л. Веселовская Техред О.Гортвай Корректор С Шекмар Заказ 4115/40 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и индикатор, при этом первый входформирователя боковых составляющихсоединен с выходом генератора высо-,кочастотных сигналов, второй входформирователя боковых составляющихсоединен с первым выходом фазозадающего блока, второй выход которогосоединен с первым входом блока восстановления несущей, второй вход ко Оторого соединен с первым входом демодулятора и с первым выходом формирователя боковых составляющих, авыход блока восстановления несущейчерез регулятор уровня соединен свторым входом демодулятора, третийвход которого соединен с вторым выходом формирователя боковых составляющих, а выход демодулятора соединенс входом индикатора, при этом выходгенератора высокочастотных сигналовявляется первым выходом устройства,а выход регулятора уровня - вторымвыходом.2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что демодулятор содержит последовательно соединенные трехвходовой сумматор, квадратичный элемент, фильтр, причем входы сумматора являются входами демоду-.щолятора, а выход фильтра - выходомдемодулятора,3. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формироваИ тель боковых составляющих состоитиз двух систем фазовой автоподстройки частоты по вторичным биениям ифазовращателя, причем входы эталонного сигнала обеих систем фазовойавтоподстройки частоты объединеныи являются первым входом формирователя боковых составляющих, вход сигнала с частотой сдвига первой системы фазовой автоподстройки частотыявляется вторым входом формирователя боковых составляющих, вход сигнала с частотой сдвига второй системыфазовой автоподстройки частоты соединен с вторым входом .формирователябоковых составляющих через фазовра"щатель, выходь 1 систем фазовой автоподстройки частоты являются соответственно первым и вторым выходамиформирователя боковых составляющих. 4. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с,я тем, что блок восстановления несущей выполнен в виде системы фазовой автоподстройки частоты по вторичным биенияр, при этом вход эталонного сигнала системы фазовой автоподстройки частоты являет" ся первым входом блока восстановления несущей, вход сигнала с частотой сдвига системы фазовой автоподстройки частоты является вторым входом блока восстановления несущей.