Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик

./ Под ред. Г. М. Крыовая конверсия. М.: о 4025848, кл. 6 01 й 25 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Крылов Г.лова АмплитуСвязь, 1979.Патент СШ1977. СТРОЙ СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МПЛИТУДНЪХ ХАРАКТЕРИСФАЗОАТИК(57) Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет расширить функциональные возможности устройства, Передающая часть устройства содержит генератор 1 несущей частоты, а приемная - идеальный ограничитель 6, элемент ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ 7, усредняющий фильтр 8 и индикатор 9. Введение в передающую часть устройства амплитудного модулятора 2 и источника 3 модулирующих сигналов, а в приемную часть частотного детектора О, интегрирующего фильтра 11 и гетеродина 12 обеспечивает возможность измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи и нелинейных устройств с некогерентными входными и выходными колебаниями. В описании приведен пример реализации источника 3 модулируюших сигналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитудно-фазовой конверсии раз личных нелинейных четырехполюсников (усилителей, ограничителей и т.д.) и каналовсвязи.Амплитудно-фазовой конверсией называют изменение фазы выходного высокочастотного синусоидального колебания при изменении амплитуды (уровня) колебания навходе устройства. Амплитудно-фазовая кон версия присуща многим СВЧ-устройствампри использовании их в нелинейном режиме.Типичным представителем устройства самплитудно-фазовой конверсией являетсялампа бегущей волны при использованииее в режиме, близком к насыщению. Основным показателем амплитудно-фазовойконверсии является фазоамплитудная характеристика, т.е. зависимость изменения фазывыходного колебания от амплитуды на входе.Целью изобретения является расширениефункциональных возможностей устройства,заключающееся в обеспечении возможностиизмерения фазоамплитудных характеристикнелинейных каналов связи и нелинейных устройств с некогерентными входными и выходными колебаниями.На фиг. 1 приведена функциональнаясхема устройства для измерения фазоамплитудных характеристик; на фиг, 2функциональная схема источника модулируюгцих сигналов; на фиг, 3 - временные диаграммы сигналов на выходе источника модулирующих сигналов (а), на выходемодулятора (б), на выходе генератора тактовой частоты (в) и на управляющем входемультиплексора (г),Передающая часть устройства для измерения фазоамплитудных характеристик состоит из трех основных узлов: генератора 1несущей частоты, выход которого соединенс входом амплитудного модулятора 2 и источника 3 модулирующих сигналов, выход которого соединен с модулируюшим входоммодулятора 2.Приемная часть содержит следующие узлы: линию 4 задержки, последовательно соединенные преобразователь 5 частоты, идеальный ограничитель 6, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, усредняющийфильтр 8 и индикатор 9, последовательносоединенные частотный детектор 10, интегрирующий фильтр 11 и гетеродин 12, выходкоторого соединен с преобразователем 5частоты, выход идеального ограничителя 6соединен с входом частотного детектора 10и входом линии 4 задержки, выход которой соединен с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7,Источник 3 модулирующих сигналов содержит генератор 13 тактовых импульсов,выходом соединенный с делителем 14 частотына два, последовательно соединенные информационными цепями и-разрядные мультиплексор 15, регистр 16 хранения и циф 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2роаналоговый преобразователь 17, выход которого является выходом источника 3 модулирующих сигналов, а также блок и-переключателей 18 на два положения, выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами мультиплексора 15, первые входы которого соединены с источником 19 уровня логической единицы, с которым соединены также первые входы п-переключателей, вторые входы которых соединены с источником 20 уровня логического нуля, выход генератора 13 тактовых импульсов соединен с синхронизированным входом регистра 16 хранения, а выход делителя 14 частоты соединен с управляющим входом мультиплексора 15, Входная клемма 21 исследуемого канала связи соединена с выходом амплитудного модулятора 2, а выходная клемма 22 - с высокочастотным входом преобразователя 5 частоты.Рассмотрим работу устройства для измерения фазоамплитудных характеристик.Передающая часть устройства формирует амплитудно-манипулированный сигнал (фиг. Зб). Он представляет собой следующие дриг за другом пары посылок равной длительности Т, причем амплитуда Ь, первых посылок пар фиксирована, а амплитуда 13., вторых посылок пар устанавливается в процессе измерения и может принимать значения от нуля до Б,(О ( 1.1( Щ,Значение несущей частоты обуславливается входной частотой исследуемого объекта. Сигнал, подаваемый на входную клемму 21 канала связи, вырабатывается путем амплитудной модуляции колебания несущей частоты кварцевого генератора 1. Модулирующий сигнал (фиг. За) вырабатывается источником 3 сигнала, основу которого составляет цифроаналоговый преобразователь 17. На вход цифроаналогового преобразователя 17 в течение первой посылки пары от регистра 16 хранения поступает двоичный цифровой код, содержащий логические единицы во всех разрядах, что обуславливает максимальное значение выходного напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 17. В течение второй посылки пары на вход цифроаналогового преобразователя 17 поступает цифровой код, устанавливаемый переключателями 18, диапазон изменения этого кода - от логических нулей во всех разрядах до логических единиц во всех разрядах, что обеспечивает выполнение указанного неравенства.Переключение п-разрядного двоичного кода при переходе от первой посылки ко второй осуществляется и-разрядным мультиплексором 15. Длительность Т посылок задается генератором 13 тактовых импульсов (фиг. Зв), а управление переключением мультиплексора 15 осуществляется выходным напряжением делителя 14 частоты на два (фиг, Зг),Приемная часть измерителя работает следующим образом(8) зОбозначим сигнал на посылке с неменяющейся амплитудой 13 с(1), а на посылке с изМеняемой амплитудой - 13(1):(Зс(1) = Чссозоз д 1; (1)13 п(1) = (3 созжпд 1, (2) где м - частота генератора(начальная фаза тестовых сигналов без потери общности может быть принята равной нулю). Величина 13 в процессе снятия фазоамплитудной характеристики меняется от 0ДО -с.Амплитудно-манипулированный сигнал,проходя через измеряемый объект, обладающий свойством амплитудно-фазовой конверсии, приобретает дополнительную фазовую манипуляцию.Сигналы на входе преобразователя 5 насоответствующих посылках 13, и 13 будутиметь вид1 1, = 1.1 сСОЗ (ОЭпР 1+(1); (3)(3 = Чсов (опР 1+ср),ГДЕ ЬпР - ЧаСтОта На ВЫХОДЕ КаНаЛа СВЯЗИ,в общем случае не совпадающая с частотой 0)пд,После прохождения через преобразователь 5 сигналы приобретают вид1 1 с ) - (3 ссоз (юос+чо 1)11) = 13 сов (оо 1+р 2) (4)где 1 оо - промежуточная частота измерителяПреобразователь 5 используют для понижения частоты, что позволяет снизить требования к быстродействию последующихэлементов и тем самым повысить точностьизмерений.После преобразователя частоты сигналпоступает на идеальный ограничитель 6, навыходе которого сигналы, манипулированныепо амплитуде и фазе, превращаются в фазоманипулированные сигналы вида1)(1) = 1.3 оз 1 дп сов(соо 1+ср 1) ;13"(1) = 13 оздп сов(ьо 1+р 2). (5)Задержанное в линии 4 задержки на время Т колебание 13",(1) поступает на одиниз входов логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а на другой ее вход поступает колебание (3(1).На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ сигнал будет иметь вид1.3 (1) =(Зппп (3, (1 - Т)13(1)(6)на нечетных интервалах Т и(1) =13 Г (3"(1 Т и, (1)(7)на четных интервалах Т.Если принять, что элемент 7 питаетсяот положительного и отрицательного источников питания с равными напряжениямии что усредняющим фильтром 8 выделяется постоянная составляющая, то в пределах изменения разности фаз,меньших +90;выходное напряжение фильтра 8 при условии, что ьоТ=кП может быть представлено выражением 4где Л 1 р=р 2 - р 1 - измеряемая разность фаз;М - масштабный коэффициент, завися.щий от напряжения питания и параметров фильтра 9.Как показывает (8), шкала индикатора 9 является линейной.Частотный детектор 10 осуществляет жест кую связь между временем Т задержки в линии задержки и промежуточной частотой прибора со В реальных системах значение ЧаСтОтЫ ШРР МЕДЛЕННО МЕНЯЕТСЯ. ЭтО ПРИВО- преобразователя 5 отличается от о 1 о, что вызывает погрешность измерения,В данном измерителе при отклонении частоты на выходе преобразователя 5 от значения 1 Оо На вЫХОдЕ чаСтОтного детЕктО- ра появляется сигнал ошибки, который изменяет частоту управляемого гетеродина 12 до тех пор, пока частота на выходе преобразователя 5 не станет достаточно близкой к ао.Сигнал ошибки проходит через интегрирующий фильтр 11, постоянная времени интегрирующего фильтра 11 значительно больше Т, что обеспечивает подавление шумов в такте автоматической подстройки частоты. Переключатели 18 устанавливаются в положение Все единицы, что соответствует 1.3 п = 13 с. Показания индикатора при этом максимальны и соответствуют Лр = О. Нулевое отклонение индикатора соответствует Л = 90. Шкала индикатора является линейной. Меняя при помощи переключателей значение 13 п от 1.3, до О, получаем на индикаторе соответствующие значения Лс. Набор значений является двоичным, Набранное значение 13 п определяется следующим образом: где К;=О, если соответствующий переключатель в положении 0, и К; = 1, если соответствующий переключатель в положении 1.Большинство узлов устройства реализуется на интегральных микросхемах, таких как цифроаналоговый преобразователь К 1118 ПА 1, регистр хранения К 500 ИР 141, мультиплексор, К 500 ТМ 173, генератор тактовой частоты К 500 ЛМ 105 с кварцевым резонатором в цепи обратной связи, делитель частоты на два К 500 ТМ 131. Амплитудный модулятор и преобразватель частоты выполняются на микросхемах К 174 ПС 1 или К 526 ПС 1, в качестве идеального ограничителя можно использовать компаратор на микросхеме К 597 СА 1, опорный вход которого соединен с шиной нулевого потенцила элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ К 500 ЛП 107, частотный детектор К 174 УРЗ. В качестве линии задержки удобно использовать отрезок коаксиального кабеля, есливремя задержки менее 1 мкс. При больших длительностях целесообразнее исполь. , зовать линию задержки на 1.С-элементах.Фильтр 8 реализуется как фильтр нижних частот на 1.С-элементах, индикатором может служить любой вольтметр, например стрелочный, шкала которого проградуирована в градусах в пределах от 0 до 90, Фильтр 1 - пропорционально интегрирующий - выполняется, например, на КС-элементах. Генераторы 1 и 13 выполняются на транзисторах, частота генератора 1 стабили- , зируется кварцевым резонатором, а час-тота генератора 13 управляется варикапом.С помощью устройства для измерения , фазоамплитудных характеристик можно про извести прямые измерения амплитудно-фазовой конверсии каналов связи,Форула изобретения1. Устройство для измерения фазоамплитудных характеристик, содержащее генератор несущей частоты, входную и выходную клеммы для подключения исследуемого канала связи, последовательно соединенныеидеальный ограничитель, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, усредняющий фильтр и индикатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения фазоамплитудных характеристик нелинейных каналов связи с некогерентными входными и выходными сигналами, в него введены на входе исследуемого канала связи источник модулирующих сигналов и амплитудный модулятор, высокочастотный вход которого соединен с генератором несущей частоты, управляющий вход - с выходом источника модулирующих сигналов, а выход - с входной клеммой исследуемого канала связи, на выходе исследуемого канала связи введены линия задержки и последовательно соединенные частотный детектор, интегрирующий фильтр, гетеродин и преобразователь частоты, высокочастотный вход которого соединен с выходной клеммой исследуемого канала связи, а выход - с входом идеального ограничителя, выход которого соединен с входом частотного детектора и входом линии задержки, выход которой соединен с вторым входом логического элемента ИСКЛ ЮЧАЮ 1 ЦЕЕ ИЛИ.2. Устройство по и, 1, отличающеесятем, что источник модулирующих сигналов содержит генератор тактовых импульсов, выходом соединенный с делителем частоты 20 на два, блок из п переключателей на дваположения, последовательно соединенные информационными цепями и-разрядные мультиплексор, регистр хранения и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом источника модулирующих сигналов, первые входы всех разрядов мультиплексора соединены с источником уровня логической единицы, а вторые входы - с и выходами блока переключателей на два положения, первые входы которого соединены с источником уровня логической единицы, а вторые входы - с источником уровня логического нуля, выход генератора тактовой частоты соединен с синхронизирующим входом регистра хранения.1401397 Т ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дел 113035, Москва, Ж - 35, Раушская Производственно-полиграфическое предприятие, г. м изобретении и открытинаб., д. 4/5Ужгород, ул. Проектная,Реда кто р А. В оро виЗаказ 25 7/44 Составитель Ю. М ехред И. Верес ираж 772 евиц Корректор А. Зимокосов Подписное