Устройство для измерения фазовых характеристик

СТРОЙС ЕРИСТИ АЗОВЫХ измеритель- и вьхоп 2) нным фазоя на выход запается от 3 на низкой ормирование опорног ого сигналов (выход динаковой частоты с ада ейс аз 9 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО де.пю иВОБРетений и ОтнРыти ИСАНИЕ И мскии институт автоматизир(57) Изобретение служит для повыш ния точности измерения фазовых ха рактеристик. Устройство обеспечив вым сдвигом и изменяю 2 амплитудой. Сдвиг ф четным фазовращателем частоте в фазозацающем блоке 4. Затем переносится на высокую частоту генератора 1 с помощью систем 8 и 9 фазовой автоподстройки частоты формирова.-еля 3 боковых составляющих и блока 5 восстановления несущей, Амплчтуда на выходе 2 изменяется регулятором 2 уровня. Демодулятор (Д) 6 и индикатор 7 используются как индикатор нулевых фазовых сдвигов между несущей (выход 2) и боковыми состав" ляющими. Введенный регулятор 17 уровня служит для уменьшения изменений амплитуды несущей на входе Д 6, чтобы устранить большую часть амплитудно-фазовой погрешности Д 6. Чем мень" ше перепад амплитуды между соседними точками проверки, тем меньшую погрешность вносит Д 6 в измерения. Имеются также установочный фазовра- ( щатель 10, генератор 11 сдвига частоты, компенсчруюший фазоврашатель ф 12, трехвходовый сумматор 14, квадратичный элемент 15 и фильтр 16. 1 ил.ю РхИзобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для определения Фазоных характеристик фазометрических устройств как в Функции изменения вход 5 ной разности фаз, так и в функции изменения амплитуды сигнала на их, входу.1 ОПель изобретения - повышение точности измерения Фазовых характеристик Фазометрических устройств при расширении динамического диапазона выходных сигналов, 15На чертеже дана схема устройства,Устройство для измерения Фазовых характеристик содержит генератор высокочастотных сигналов, регулятор 2 уровня, Формирователь 3 боковых составляющих, фазозадающий блок 4, блок 5 восстановления несущей, демодулятора 6 и индикатор .Первый вход формирователя 3 боковых составляющих подключен к выходу генератора 1 вы сокочастотных сигналов и образует первую выходную клемму устройства. Второй вход Формирователя 3 боковых составляющих подключен к одному из выходов фазозадающего блока 4, другой выход которого соединен с вторым входом блока 5 восстановления несущей, Первый вход блока 5 восстановления несущей объединен с вторым входом демодулятора 6 и подключен к35 первому выходу Формирователя 3 боковых составляющих, второй выход которого соединен с третьим входом демодулятора 6. Выход блока 5 восстановления несущей через регулятор 2 уров" 4 О ня соединен со второй выходной клеммой устройства. Выход демодулятора 6 соединен с входом индикатора 7.Генератор 1 высокочастотных сигна. лов может быть любого типа, его выходные параметры полностью определяются входными параметрами исследуемого фазоизмерителя, подключаемого к выходным клеммам устройства.Регулятор 2 уровня представляет собой четырехполюсник с переменным коэффициентом передачи.Формирователь 3 боковых составляющих может быть реализован на основе использования способов однополосной модуляции. Наилучшие результаты дос 551 тигаются при использовании двух типовых систем ФАПЧ по вторичным биениям, включенных последовательно либо параллельно. В последнем случае(см, чертеж) объединенные входы эталонного сигнала обоих систем 8 и 9ФА 1 Р 1 образуют перный вход формирователя 3 боковых составляющих и подключены к выходу генератора 1.высокочастотных сигналов. Вход сигнала счастотой сдвига системы 8 ФАПЧ объединен с входом установочного фазовращателя 1 О и образует второй нходФормирователя 3 боковых составляющих,подключенный к одному иэ выходовфазозадающего блока 4. Вход сигналас частотой едвига системы 9 ФАПЧподключен к выходу установочного фазовращателя 10, а выход этой системы ФАПЧ образует второй выход Формирователя 3 боковых составляющих,первый вход которого образован выходомсистемы 8 ФАПЧ. Каждая иэ системФАПЧ содержит подстраиваемый генератор, смеситель, Фазовый детектор,Фильтр нижних частот, управляющийэлемент, замкнутые в кольцо Фаэонойантоподстройки частоты по вторичнымбиениям, Один из входов смесителяобразует вход эталонного сигналасистемы ФАПЧ (другой подключен к выходу подстраиваемого генератора), аодин иэ входов Фазового детекторавход сигнала с частотой сдвига (другой вход Фазоно 1 о детектора подклкгчен к выходу смесителя), В диапазоне частот Формирователь 3 боковыхсоставляющих может быть реализованна основе использования поисковыхсистем ФАПЧ по вторичным биениям.Фазоэадающий блок 4 в простейшемвиде представляет собой генератор 11сдвига, выход которого соединен собъединенными входами двух Фазовращателей - компенсирующего и отсчетного. Выход компенсирующего фазовращателя 12 образует один выход фазовращающего блока 4 другой выходблока 4 образован выходом отсчетногоФазовращателя 13,Блок 5 восстановления несущейможет быть выполнен с использованиемметодов однополосной модуляции. Наилучшие результаты дает применениесистемы ФАПЧ по вторичным биениям,идентичной системе 8 или 9 ФАПЧ Формирователя 3 боковых составляющих,при этом вход эталонного сигналаэтой системы ФАПЧ образует первыйвход блока 5 восстановления несущейподключенный 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.Демодулятор 6 может быть реализован на основе перемножителя (смесителя, синхронного детектора и т.п.),а также квадратичного элемента. В последнем случае демодулятор 6 содержит трехвходовый сумматор 14,входы которого одновременно являются входами демодулятора 6, квадратичныйэлемент 15, вход которого подключен к выходу сумматора 14, а выход соединен с входами фильтра 16, Выход фильтра 16 одновременно является выходом демодулятора 6 и соединен с входом индикатора 7. Два входа сумматора 14 подключены к выходам формиро. вателя 3, а третий - к выходу дополнительного регулятора 17 уровня, вход которого соединен с выходом регулятора 2 уровня.В качестве иникатора 7 может быть использовано любое устройство (осциллограф, вольтметр и т.п.), пригодное для регистрации уровня низкочастотных сигналов и обладающее достаточно высокой чувствительностью,Дополнительный регулятор 17 уровня представляет собой четырехполюсник с переменным (изменяемым) коэффициентом передачи. Динамический диапазон изменения величины сигнала на выходе этого регулятора должен быть . не меньше обеспечиваемого регулятором 2 уровня.При достаточно высокой чувствительности демодулятора 6нВ - еык.м 44 )где Б- норминальное значение сигОнала на первом входе демодулятора 6,Б - минимальный уровень сигбы. миннала на второй выходнойклемме устройства.Дополнительный регулятор 17 выполнен в виде аттенюатора.При низкой чувствительности демодулятора 6где Б - максимальный уровеньЬЫ, макссигнала на второй выходной клемме устройства.Дополнительный регулятор 17 выполняется в виде усилителя с изменяемымкоэффициентом передачи,Способ регулирования здесь значения не имеет, так как калибровкарегулятора 17 по уровню, фазе, линейности управления и др, не является необходимой. При БымНрйобык м кс дополнительный регулятор17 выполняется таким образом, чтобыв процессе измерения Фазовых характеристик исследуемых образцов дляН( Б р обеспечить усиление, адля ББ- ослабление сигналов.Устройство работает следующимобразом.На выходе генератора 1А,соя(ис + Чс)25 где А, сдс, с, - соответственноСамплитуда, часто-та и начальнаяфаза высокочастотного сигнала.На выходах формирователя 3 боковыхсоставляющих имеем соответственноА (с) = А соя(И - Я) +35А (с) = Асоя (р +Я)г. +1+( +с,+ с +ц +40где А- амплитуда боковых составляющих;й,С - соответственно частота иначальная фаза сигнала с 45частотой сдвига на выходегенератора 9,(у,Ц) - состояния (фаэовые сдвиги)компенсирующего 12 и установочного 10 Фазовращателей соответственно.Постоянными Фазовыми сдвигами вблоках и элементах устройства можнопренебречь, так как на сущность процессов они не влияют и могут бытьучтены и скомпенсированы при начальной настройке (регулировке) и калибровке .устройства.На выходе блока 5 восстановлениянесущей формируется сигнал+Ча Мк) где А - амплитуда выходного сигнала блока 5;состояние (Фазовый сдвиг) отсчетного фазонращателя 13.Тогда испытательный сигнал на выходе регулятора 2 уровня (второй выходной клемме устройства) может быть представлен в виде; где А - амплитуда испытательногойсигнала;Цр - Фаэовыи сдвиг, создаваемыйрегулятором 2 н процессе изменения уровня выходногосигнала,Сигнал иа выходе дополнительного регуляторА 17 уровня А соя(Яс 9 с + Ча Уа+ Чр + Ар где А - амплитуда сигнала на выходде дополнительного регулятора 17 уровня,Фазовь 1 и сдвиг вносимьм дополнительным регулятором 17 уровня.На вход квадратичного элемента 15 через сумматор 14 поступают три составляющие - боковые с выходов Формирователя 3 и сигнал с выхода дополнительного регулятора 17 уровня. Харастеристика квадратичного элемента может быть описана полиномом второй степени вида: где у - выходной сигнал квадратичного элемента 15,х - входное воздействие, в данном случае сигнал с выходасумматора 14. Фильтр 16 настроен на выделение составляющей выходного сигнала квадратичного элемента 15 с частотой 1;2 и после элементарных алгебраических и тригонометрических преобразований сигнал на выходе демодулятора 6 может быть записан как где Аа - максимальное значение амплитуды этого сигнала.Нулевые показания индикатора 7 обеспечиваются при В процессе измерения Фазовых характеристик Аазометрических устройствЦ2 Рзначение ( -- Ч ) поддерживается постоянным, тогдаЮа Чн + Чр ЮАр+й2+(2 п - 1) - = сонэ. 30В то же время разность Фаз сигналон на выходных клеммах устройства Чюьк .ра Ч + Чо (2) 35Лри сравнении (1) и (2) видно, чтоусловие постоянства выходной разности Фаз и условие обеспечения нулевыхпоказаний индикатора 7 сонпацают и, а 0 следовательно., поддерживая н процессеизмерения Аазоных характерисктик (понулевым показаниям индикатора 7) рЦ можно обеспечить заданное знар Эчение выходной разности Ааз, опреде ляемое только состоянием отсчетногофазовращателя 13 Ь(Можно выделить три основных режиь 1 а работы устройства.1. Калибровка устройства. Компенсирующий Фазонращатель 12 устанавливают в сос:ояние, соответствующеенулевому Аазоному сдвигу, регулятор2 уровня - н режм, соотнетствувпийпрямому прохожденгпо сигнала с выхода блока 5 восстановления несущей на вторую выходную клемму устройства, отсчетным Фазоврашателем 13 устанав- ливают заданное значение ныходной разности Ьаз., установочным Фазонравходе демодулятора 6 в вьппеукаэаннойпоследовательности, с помощью индикатора исследуемого образца производят определение всех значенич искомой 5ФАХ для заданного значения выходнойразности фаз испытательного сигнала. Установив отсчетный фазовращатель 13 в другое состояние и повторив в указанной последовательностивышеприведенные операции по калибров"ке устройства и измерению ФАХ, находят ФАХ исследуемого образца длянового значения разности фаз испытательного сигнала.3. Измерение фазовой характеристики исследуемого образца в функцииизменения входной разности фаз (поверка по линейности)Производят ка О либровку устройства по п. 1Регулятором 2 уровня устанавливают заданное значение амплитуды испытательногосигнала и компенсирующим фазовращателем 12 по нулевым (минимальным) пока эаниям индикатора 7 отрабатывают возникающие при этом фазовые сдвиги.Установочным фазовращателем 10 добиваются максимальных показаний индикатора 7, дополнительным регулятором Зо 17 уровня (по показаниям индикатора7) устанавливают номинальное значение амплитуды сигнала на первом входедемодулятора 6. Установочным фазовращателем 10 восстанавливаютнулевые35(минимальные) показания индикатора7. Последовательно задавая отсчетнымфазовращателем 13 необходимые приращения выходной разности фаз и регистрируя каждый раз показания индикатора 4 О испытуемого образца, определяют искомую характеристику для заданногозначения амплитуды испытательногосигнала. Регулятором 2 уровня устанавливают новое значение амплитудыиспытательного сигнала, Повторив в 45указанной последовательности вьппеописанные операции, определяют искомуюхарактеристику для нового значенияуровня испытательного сигнала и т.д.50Введение в известное устройстводополнительного регулятора уровняпозволяет на два-три порядка уменьшить динамический диапазон сигналана первом входе демодулятора, который равен изменению амплитуды сигнала между соседними точками фазовойхарактеристики. Учитвая, что по остальным входам уровни сигналов впроцессе определения фазовых харак 7 1 ц 3щателем 10 добиваются максимальныхпоказаний индикатора 7, Изменяя состояние дополнительного регулятора 17уровня (по показаниям индикатора 7)устанавливают номинальное значениесигнала на первом входе демодулятора 6. Затем установочным фазовращателем 10 добиваются нулевых (минимальных) показаний индикатора,2. Измерение фазоамплитудных характеристик исследуемого образцафазометра (проверка по фаэоамплитудной погрешности),Производят калибровку устройствапо п. 1. Регулятором 2 уровня устанавливают заданную величину выходного сигнала, компенсирующим фазовращателем 12 восстанавливают нулевые(минимальные) показания индикатора7, производят первый отсчет показанийиндикатора исследуемого фаэоизмерителя. Установочным фазовращателем 10добиваются максимальных показаний индикатора 7, дополнительным регулятором 17 уровня (по показанию индикатора 7) восстанавливают номинальноезначение сигнала на первом входе демодулятора 6, Установочным фаэовращателем 10 вновь устанавливают нулевые (минимальные) показания индикатора 7, Далее регулятором 2 уровняизменяют амплитуду выходного сигнала на заданную величину, компенсирующим фазовращателем восстанавливаютнулевые (минимальные) показания индикатора 7, производят второй отсчетпоказаний индикатора .исследуемого фа.зоизмерителя, Разность показанийиндикатора фаэометра при измененииуровня испытательного сигнала даетискомое значение фазоамплитуднойпогрешности (ФАХ). Установочным фазовращателем 10 добиваются максимальных показаний индикатора 7, дополнительным регулятором 17 уровня устанавливают номинальное значение уровня сигнала на первом входе демодулятора 6 установочным фаэовращателемУФ10 восстанавливают нулевые показания индикатора 7, Последовательнозадавая ряд значений уровня испытательного сигнала, отрабатывая компенсирующим фазовращателем 12 возникающие при этом в регуляторе 2 уровня фазовые сдвиги (по нулевым илиминимальным показаниям индикатора7) и каждый раз восстанавливая номинальный уровень сигнала на первом 7796 8О, 10ньтхоннЗго сигняля от О цо вднусНтЛ т 1 ОЛД Нтттзя тт Бят Ятерн СОСТЯН -т т я ЗтЭ лттят 0 ЕИ СНО; об."-;ос",.т нЯ уронне ытнус 60 дБ 0,1 Гост:,зетстненно, Гтогнезьностн нзмереР .;":,т .тне З, тят,Х ХЯРЯКТЕттНСТИтт С ттОМОЩЬКт ИЗВЕСТНОГО УСТБОЙСТНЯ СОСТЯНЛЯт 0 т В т тт 1 ЯтЯ З т НЕ ттт т д 0 " С Нет ЕМтЯРНЧЕ СКЯяО"т рЛуттяцн ттт т Срлтттттлт сядтя тттЧмО 02, г днЯНЯзоне 00 дв - снсл0 зметическля О., , среднекнЯцрЯтнчьяя:О "тТЯКИМ ОЛРЯЗОМ, НК;т 0 ЧЕНИЕ НЯ ВХОД немодуля гора дополнительного регуля";-тЗттзътлт;тттт-;т л;, т - т-: тт тт: - тт, ., тт,т ИС, тт ,МЕРЕНИЯ Н Сот;ОН.;: т:т; "Ст-.;, Тет.т тГтрН ИЗМЕНЕН 1. т С"; ..", КОТ=ъ т г тт;С,.г;"т" Г т." НХ. т,ллтт НЯЛЬНОМу З:1 ттсобность ус.р-,; -торя туроння нозноляет устряннть снс"лЯтттттЕСКт/т 0 Г)ОГРЕИНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ- ; ;ЛтттттН Я Б ДНЯБЯЗОНС Ят,ного тс.: 60) дтт 60-ЗРРнскрете Ь" ЗОРЬХ ХнтозкклтНСтнтт тт 0- ЗОтттЕТтттяттнсктХ ссТРОРСтт бОЛЕЕ ЧРМ Б ТРН РЯЗЯ,-тт г И т т Д И Р тт Я 3 О т т т СтЬт Я т ЕЛЬ Р О Г О С И Гщч яля,СНГНЯЛЯ НОГРЕЬтнб".":. Ь тлтзт,тС:;,т,тг тт - .,Ге И тт ттлт НЯЯтч Ч Е С0 От О 3Я ЦИЯ 1 ЯЗ Р . т:т,тт т О УС гРСЙСТНС ДЛ ИЗМЕРЕНИЯ ЯЗОНЬтХЯВЯктерис ик но Янт сн т 1 2 ф 76.0 Л И тт Й О тттС Я ТЕМ, Ч. О тЦ"Лнтн т 0 ЯЬПРБИЯ ТОЧНОСТИ Н НЕГО ННЕДЕН ДОЛОЛНИТЕЛтЬНЬй РЕГУЛЯТОР УРОН. НЯ ПРИ ЭТОМ тЕРНЬФ ВХОД ДЕМОДУЛЯтО-.-ЛКЛСттлн К Н-ОНОт-. НЬХОЛНОИ КЛЕМЯ -- СлУЩН.,тС 40 ттБ ННИНОт-,.,: .,;то-тДтУ НУЛЯт т 0 я - , рЕття "до о ,;о