Устройство для измерения фазовых характеристик

фВ СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 8014798 2(51) 4 С 01 К 25/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР ИТЕТ РЫТИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Томский институт автованных систем управления иэлектроники(54) УСТРОЙСТВО ДЗИ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК(57) Изобретение относится к радиоиэмерительной технике. Для определения фазовых характеристик фазометрического устройства (ФУ) как в Функцииизменения входной разности Фаз, таки в функции изменения амплитуды наего входе, используется компенсационный способ измерения фазовых сдвигов.В фазовращающем блоке 4 отсчетнымфазовращателем 15 устанавливается необходимый фазовый сдвиг на входе поверяемого ФУ. Измерительный сигнал на втором выходе 2 Формируется изсигнала генераторапреобразованиемего сначала в две боковые составляющие (Я, - с и Ы, +Ю в Формирователе 3,а затем переносом одной иэ боковыхна частоту Я, в блоке 5 восстановления несущей, уровень которой устанавливается регулятором 2 уровня,Момент компенсации определяется навыходе демодулятора (Д) 6 по минимуму сигнала, который измеряется индикаторным блоком 7. С целью повышенияточности измерения применена синхронная обработка сигнала Д 6 с использованием опорного сигнала, полученногопутем преобразования боковых составляющих. Это достигается введениемпоследовательно соединенных фильтра8 и делителя 9 частоты на два, причем вход Фильтра 8, выделяющего частоту 2 Я, соединен с дополнительнымвыходом Д 6, а выход делителя 9 подключен к дополнительному входу индикаторного блока 7. Последний выполнен в виде последовательно соединенных синхронного детектора 19 и индикатора 20. 1 илзобретение относится к радиоизмерительцой техцике и может быть использовано для определения фазовых характеристик Фазометрическцх устройств как в функции изменения входной разности Фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их входе.Целью изобретения является повышецие точности измерения Фазовых характеристик за счет уменьшения влияния неравенства амплитуд боковых 10 35 составляющих на показания индикаторакомпенсации и устранения неоднозначности этих показаний.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство для измерения фазовыххарактеристик содержит генератор 1 20высокочастотных сигналов, регулятор2 уровня, Формирователь 3 боковыхсоставляющих, Фазозадающий блок 4,блок 5 восстановления несущей, демодулятор 6, индикаторный блок 7,дополнительный Фильтр 8, делитель 9частоты ца два. Первый вход формирователя 3 боковых составляющих подключен к выходу генератора 1. высокочастотных сигналов и образует первую 30выходную клемму устройства, второйвход Формирователя 3 боковых составляющих подключен к одному из вы-,ходов фазозадающего блока 4, другойвыход которого соединен с вторымвходом блока 5 восстановления несущей, первый вход которого подключенк первому выходу формирователя 3боковых составляющих и к одному извходов демодулятора 6. Второйвыход 40формирователя 3 боковых составляющих соединен с вторым входом демодулятора 6, выход блока 5 восстановления несущей через регулятор 2 уровня соединен с третьим входом демодулятора 6, выход которого соединен содним из входов индикаторного блока7, второй вход которого через последовательно соединенные дополнительныйфильтр 8 и делитель 9 частоты на дваподключен к дополнительному выходудемодулятора 6. Выход регулятора 2уровня образует вторую выходную клемму устройства,Генератор 1 высокочастотных сигналов может быть использован любоговида и типа, его выходные параметрыполностью определяются входными параметрами исследуемого Фазоизмерителя. Регулятор 2 уровня представляет собой четырехполюсцик с переменным коэффициентом передачи. В простейшем случае в качестве регулятора 2 уровня могут быть использованы аттенюаторы любого типа, калиброванные по ослаблению, в том числе и промышленные изделия (например, Д 2-18, Д 2-19, Д 2- 22, Д 2-23, Д 2-24, Д 2-25 и др.),Формирователь 3 боковых составляющих реализован на основе применения одного из способов однополосной модуляции, Наилучшие результаты достигаются при использовании двух систем ФАПЧ по вторичным биениям. Объединенные входы эталонного сигнала обоих систем 10 и 11 ФАПЧ образуют первый вход формирователя 3 боковых составляющих и подключены к выходу генератора 1 высокочастотных сигналов, Вход сигнала с частотой сдвига системы 10 ФАПЧ объединен с входом установочного фазовращателя 12 и образует второй вход формирователя 3 боковых составляющих, подключенный к одному иэ выходов Фазовращателя блока 4. Вход сигнала с частотой сдвига системы 11 ФАПЧ подключен к выходу установочного Фазовращателя 12, а выход этой системы ФАПЧ образует второй выход формирователя 3 боковых составляющих, первый выход которого образован выходом системы 10 ФАПЧ, Каждая из систем ФАПЧ содержит подстраиваемый генератор, смеситель, фазовый 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 представляет собой генератор 13 сдвига, выход которого соединен с объединенными входами двух фазовращателей - компенсирующего и отчетного. Выход компенсирующего Фазовращателя 14 образует один выход фазозадающего блока 4, другой выход блока 4 образован выходом отсчетного фазовращателя 15. Фазозадающий блок 4 может быть такжепостроен на основе использования многоустойчивых фазовых элементов,Блок 5 восстановления несущейтакже выполнен с использованием методов однополосной модуляции. Наилучшие результаты дает применениездесь системы ФАПЧ по вторичным биениям, идентичной системе 10 или 11ФАПЧ формирователя 3 боковых составляющих, при этом вход эталонногосигнала этой системы ФАПЧ образуетпервый вход блока 5 восстановлениянесущей, подключенный к первому вьмоду формирователя,З боковых составляющих, а вход сигнала с частотойсдвига - второй вход блока 5 восстановления несущей, подключенный к другому выходу Фазозадающего блока 4.Демодулятор 6 содержит трехвходный сумматор 16, входы которого одновременно являются входами демодулятора 6, квадратичный элемент 17,входкоторого подключен к выходу сумматора 16, а выход является дополнительным выходом демодулятора 6 и соединен с входом фильтра 18. Выход фильтра 18 одновременно является выходомдемодулятора 6 и соединен с одним извходов индикаторного блока 7. Выходквадратичного элемента 17, являющийся дополнительным выходом демодулятора 6 подключен к входу .дополнительного фильтра 8.Индикаторный блок 7 выполнен ввиде последовательно соединенных синхронного детектора 19 и собственноиндикатора 20, причем входы синхронного детектора образуют входы индикаторного блока.Синхронный детектор 19 представляет собой последовательно соединенные перемножитель и интегратор (ФНЧ).Индикатор 20 (осциллограф, вольтметр и т,п.) - измеритель уровнянизкочастотных сигналов.Дополнительный Фильтр 8 представляет собой полосовой фильтр, настроенный на частоту 2 а.,а делитель 9 частоты на два - работающий в счетномрежиме. В этом случае на выходе триггера целесообразно включить Фильтр,выделяющий частоту д, который можетбыть построен на основе полосовогоФильтра или ФНЧ,Устройство работает следующимобразом.Так как устройство относится ктипу компенсационных, то его точность в основном определяется разрешающей способностью, которая,в своюочередь, в значительной степени зависит от неравенства амплитуд сигналовна выходах формирователя 3 боковыхсоставляющиха (С)=А сов(Я,"Ы) С+Ч, Ч 1.1е ф 1 (1)а=Асов (У,+Й) +Сре+СРз 11где А, и А- амплитуды нижней иойверхней боковой соответственно 15Я и ц - частота и начальнаяс сФаза сигнала на выходе генераторавысокочастотных сигналов,Я и ц - частота и начальнаяфаза сигнала на соответствующем выходефазоэадающего блока 4.Сигнал на выходе блока 5 восстановления несущейа=Асов(Ю,С+Ц,+Ч Р)где А - амплитуда сигнала,ц - начальная фаза сигнала навтором входе этого блока,На выходе регулятора 2 уровняимеемар(с) = Ар сов(Ис+(с+Ча35где Ар - амплитуда этого сигнала- Р- фазовый сдвиг вносимыййрегулятором.На входы демодулятора 6 одновре 4 О менно поступают сигналы а(С),а д ( ) а р ( С) и после соответствующих преобразований (перемножения ифильтрации) на его выходе получаем:а(с) = Асов(й Т+Ср +ау )+45 +А, сов(0 +2 Чз 1 Уза Чр)где А " и Адв - ам итуды компонентвыходного сигнала демодулятора, обусловленные преобразо Ованием сигнала, поступающего с выходарегулятора 2 уровняс нижней и верхней боковыми и состав 55ляющими соответственно.Амплитуда сигнала на выходе демодулятора 6-Цв, +Яр) = 4 (А+ДА А) сов(Р+ДА,где ДА = АЗв А 3 нфЧк Ъ (3 (ррМинимальные значения амплитудыА =ДА, при ц =(2 п+1)Эминк 2где п=О, 1, 2,Произведем замену Чк Ч Тогда в области минимальных значений где 3 д с, 1,Определим разрешаюустройства по фазе ю способность8 ц ) из условия:3 ф =Зц)р мн 2 Ад . и. Так как на выходе делителятоты, соз(а+Ч) а ( Таким образом, если добиваться минимального уровня на вьиоде фильтра 18, разрешающая способность устройства в значительной степени определяется относительной нестабильностью (неравенством) уровней боковых. колебаний и уже при ЗА=10 (1%) составляет 0,57 . При этом также возникает неоднозначность показаний индикатора. В диапазоне фазовых сдвигов 0-360 имеется два минимума.оЕсли выделить из сигнала демодулятора сигнал разностной частоты боковых составляющих, то влияние неравенства и нестабильности их уровней на разрешающую способность устройстьно уменьшится. 79888 6то выходной сигнал синхронного детектораа, Ка(С) а (Е)й=с соз(9 эа Чъ + )1где К - коэффициент передачи детектора;А - максимальный уровень сигналас10 на вьиоде детектора.Этот сигнал при такой обработке ужене зависит от неравенства (нестабильности) боковых, а изменение знакасигнала на выходе позволяет устранить неоднозначность показаний индикатора во всем диапазоне фазовыхсдвиговСуществуют три основных режимаработы устройства,Калибровка устройства. Регулятор2 уровня устанавливают в режим, со"ответствующий прямому прохождениюсигнала с выхода блока 5 восстановления несущей на вторую выходную .25 клемму устройства, отсчетный фаэовращатель 15 - в положение, соответствующее 0 (180 ), компенсирующийфазовращатель 14 - в положение, со-.оответствующее 0 , установочным фазовращателем 12 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора 20.Изменение фазоамплитудных характеристик исследуемого образца - фазометра (поверка по фаэоамплитуднойпогрешности) . Производят калибровку35устройства, Отсчетным фазовращателем15 устанавливают заданное значениевыходной разности фаз, установочнымфазовращателем 12 добиваются нулевых(минимальньи) показаний блока 7. Регулятором 2 уровня устанавливаютзаданное значение уровня выходногосигнала, компенсирующим фазовращйтелем 14 восстанавливают нулевые (ми 45нимальные) показания индикатора блока 7, производят регистрацию показаний индикатора исследуемого фазоизмерителя. Затем регулятором 2 уровняпроизводят изменение амплитуды вы 50ходного (тестового) сигнала на заданную величину, компенсирующим фазовращателем 14 восстанавливают нулевые показания индикатора блока 7,производят отсчет показаний индика 55тора исследуемого фазоизмерителя.Разность показаний индикатора фазометра при изменении уровня испытательного сигнала дает искомое значение ФАХ (фазоамплитудную погреш1479888 Формула изобретения Составитель А.Старостина Редактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук Корректор О,КравцоваЗаказ 2539/44 Тираж 714 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина,10 ность). Последовательно задавая ряд значений уровня тестового сигнала, отрабатывая компенсирующим фаэовращателем 14 возникающие при этом в регуляторе 2 уровня фазовые сдвиги (по нулевым или минимальным показаниям индикатора блока 7), с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех значений искомой ФАХ для заданного значения выходной разности фаз тестового сигнала. Произведя калибровку устройства с последующей установкой отсчетным фазовращателем 15 заданной разности фаз сигналов на выходных клеммах устройства и повторив :в указанной последовательности приведенные операции по измерению фазоамплитудной характеристики, находят ФАХ исследуемого образца для нового значения разности фаз испытательно. го сигнала.Измерение фазовой характеристики исследуемого образца в функции изменения входной разности фаз (поверка по линейности). Производят калибровку устройства. Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение амплитуды тестового сигнала и компенсирующим фазовращателем 14 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора блока 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые сдвиги. Последовательно задавая отсчетным фазовращателем необходимые приращения выходной разности фаз и регистрируя каждое показание индикатора испытуемого образца, производят определение искомой характеристики для заданного значения амплитуды испытательного сигнала. Регулятором 2 уровня устанавливают новое значение амплитуды тестового сигнала и с помощью компенсирующего фазовращателя 14 по нулевым (минимальным) показаниям индикатора блока 7 отрабатываютвозникаюлие прп этом фазовые сдвиги.5Повторив в указанной последовательности описанные операции, определяютискомую характеристику для новогозначения уровня испыта.ельного сигнала и т.д.Таким образом, синхронная обработка выходного сигнала демодулятора сиспользованием опорного сигнала, полученного путем преобразования (смешивания) боковых составляющих, поз-воляет значительно пов. сить точностьизмерения фазовых характеристик исследуемых фаэометрических устройствза счет уменьшения влияния неравенства, в том числе и нестабильности, боковых на разрешающую способность устройства. 25Устройство для измерения фазовыххарактеристик по авт. св. В 1247690,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения 30за счет уменьшения влияния неравенства амплитуд боковых составляющихна показания индикатора компенсации,в него дополнительно введены последовательно соединенные фильтр и делитель частоты на два, причем вход дополнительного фильтра подключен к дополнительному выходу демодулятора,а выход делителя частоты на два соединен с дополнительным входом индикаторного блока, причем индикаторный 40блок выполнен в виде последовательносоединенных синхронного детектора ииндикатора, а входы синхронного детектора образуют входы индикаторногоблока.