Способ определения фазового времени задержки сигнала

(21) (22)(46) . (71) т т скин и тво СССР 06.АЗОВОГО В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 4274628/24-2102.07.8723.12.88. Бюл. В 4Винницкий политехни У(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Ф РЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛА(57) Изобретение может исполЬзоватьсядля измерения частотных характеристик фазового времени задержки. Цельизобретения - повышение точности иисключение неоднозначности определения фазового времени задержки. Приступенчатом изменении частоты испытательного сигнала, проходящего черезисследуемое звено в заданном диапазоне частот, и фиксировании на еговыходе приращения сдвига фаз при измении частоты на малую величину производят измерение разности фаз наминимальной частоте испытательногосигнала. Затем увеличивают частотусигнала на один шаг и измеряют возросшую разность фаз. После этого задерживают сигнал на калиброванную за"держку и измеряют уменьшенную разность фаз. Вновь уменьшают частотусигнала на один шаг и измеряют соответствукщее значение разности фаэ.Далее исключают калиброванную задержку изменяют частоту испытательногосигнала на заданное число шагов ивновь осуществляют четыре измеренияпри возвратных изменениях частоты наодин шаг и введении калиброваннойзадержки в опорный сигнал. Снова из "меняют частоту испытательного сигнала и повторяют указанные операциичерез равные интервалы частот, а фазовое время задержки определяют поформуле, приведенной в тексте описа-ния, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения фазового времени задержки радиотехнических зве 5 ньев в широком диапазоне частот.Цель изобретения - повышение точности и исключение неоднозначности определения Фазового времени задержки. 10На чертеже приведен пример выполнения устройства для осуществления способа определения фазового времени задержки.Устройство содержит высокочастот юй генератор 1 с элементом 2 перестройки частоты, к выходу генератораподключено исследуемое звено 3 с задержкой 3(И), выходом подключенное к входу линейного Фазового детектора 4, второй вход которого через управляемый аттенюатор 5 и калиброванную линию 6 задержки с Фазовой задержкой с и коммутатор 7 соединен с выходом генератора 1. Выход линейного 25 Фазового детектора 4 через аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 8 соединен через шину ввада-вывода данных с шиной данных микроЭВМ 9. Через шину вывода данных к микроЭВМ 9 под- З ключены цифровой дисплей 10 и многоканальный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11. Первый аналоговый выход ЦАП 11 соединен с управляющим входом элемента 2 перестройки частоты, второй выход ЦАП 11 соединен с управляющим входом аттенюатора 5, а третий выход - с управляющим входом коммутатора 7.Способ определения Фазового времеО ни задержки осуществляется следующим образом.Высокочастотный сигнал изменяемой частоты П(С) П соз(О,С+ с,) разделяют на опорньпя и испытательный сигналы. Испытательный сигнал проходит через исследуемое звено с контролируемой задержкой с(я)и коэфФициентом передачи К. Выходной сигнал исследуемого звена Б (й)=КО соз Сд, (С- с )+ ЦД сравнивают по фазе сопорным сигналом П .При изменении частоты испытатель- нога П (С) и опорного П (с) сигналов в заданном диапазоне частот Фазовый сдвиг сравниваемых сигналов также изменяется в широких пределах(р аТв (п+е 0, (1) где и - число целых циклов измененияразности фаз;о - доля фазового цикла,Выходное напряжение линейного фазового детектора изменяется в функции от частоты по пилообразной зависимости, Каждый линейный участокпреобразовательной характеристикисоответствует изменению разности фаэсравниваемых сигналов от 0 до 2 Тили от - Ч до + 7 в зависимости отсхемных особенностей Фазового детектора,При измерении задержки с наначальной частоте ы, выходное напряжение линейного Фазового детекторасоответствует одному из линейныхучастков преобразовательной характеристикиЦ,- 8 ( 1+)л (2)где Я - крутизна преобразования разности Фаз щ = И,в напряжение;8( )-- относительная мульти 1пликативная погрешность преобраэованйяиз-за зависимостичувствительности отчастотьц8, = ЬЦ(И,) - абсолютная адцитивнаяпогрешность преобразования из-за неидентичности фазочастотныххарактеристик преобразовательных каналовМультипликативная , и аддитивная о, погрешности Фазового преобразования зависят от частоты сравниваемых сигналов Я , неравенства амплитуд этик сигналов, т,е. коэффициента передачи исследуемого звена на этой частоте К(Ц ), измеряемой разности Фаз с (с, ), температурной и временной нестабильности параметров линейного фазового детектора.Вначале фиксируют результат первого измерения П . Затем изменяют частоту сравниваемых сигналов у, на величину шага Ья, который выбирают из условия10 8 с а у, й - - 10где 1(у - порог чувствительности фазового детектора,При увеличении частоты сигналов на один шаг выходное напряжение ли-,(5) 1446597нейного фазового детектора изменяет- стью фаз ц, =М,. Следовательно,ся в пределах одного линейного участ- относительные и абсолютные погрешнока характеристики и возрастает дости всех четырех. измерений можно счизначения тать. одинаковыми ( - У 14-ц1, =8,=Б,=3,= 0).ц Я(1+ ) (Ы, +ЬИ)с; +9, (4) Из зафиксированных значений первого и второго измерений определяют разгдеи О - погрешности преобразо- ность напряженийЦ 1 2вания второй разности 10 Ца - Ц = Б (1+ О ) ЬИ ", (8)фаз а по результатам третьего и четвертоЧ =(я +Ы)с при коэффициенте переда- го измерений определяют следующуюЕчи звена К(Я,+ЬО) .разность напряженийДалее задерживают опорный сигнал ц - ц= Б(1+ ) Ьсд(с-). (9)на калиброванную задержкукото Далее опРеДелЯют отношение Разноаюрую выбирают также из условия измене- стнь Р йния фазы в пределах части линейного ЬЯ,участка преобразовательной характе- ц -ц -(ц -ц )ристикиВ этом случае выходное напряжение линейного фазового детектора уменьшается до значения5) Ф Ь) () + 3(6)где ю и 8 - погрешности третьего0 3преобразования разностифазВосстанавливают первоначальное значение частоты сравниваемых сигналов ( ЬЯ = О) и фиксируют получен,ное напряжениец 4 =8(1+,М Р - )4. (7) где 4 и О - погрешности четвертогопреобразования разности фаэ ( = Я; ( , -О ) при коэффициенте передачи звена К ( О) .При выбранных приращениях фазового сдвига ЬЯ й, сс ср, ступенчатое изменение частоты на шаг ЬЯ должно быть достаточно малым (ЬЯссЯ), Поэтому коэффициент передачи исследуемого звена меняется также мало и можно считать, что К(Я ) =К(Я+ Ь И) .Выбранные изменения фазового сдвига от дополнительной задержки также малы а ссср а поэтому результаты второго и четвертого измерений будут получены в окресностях первоначальной точки преобразовательной характеристики линейного фазового детектора, задаваемой первоначальной разноИз полученных соотношений находятзначениец - цТаким образом, по результатам четырех измерений напряжений ц, ц, цэи ц+, пропорциональных разности фаз 30 сравниваемых сигналов, и дополнительно вводимой задержкеопределяютконтролируемую задержку с;, на частоте2Далее исключают калиброванную эа/ЪЗ 5 держку . и изменяют частоту высокочастотного сигнала до следующегоРзначения я =о+ , Ьу,где- колик=чество шагов приращения частоты. При 40частоте И опорного и испытательногосигналов производят следующие четыреизмерения, используя описанные операции45 ц 8(1+)Д+8 (12)ц, = 5(1+ р,) (а+Ья) Г, +8,; (13)(14)ц = я(1+,)а,(, - ,)+Б+, (15) гдеч =1 Г - фазовый сдвиг исследуемого звена на частоте 55ЫлРешая систему уравнений (12)(15) относительно нового значения фазового времени задержки на частоте Ц , получаем(16)Исключают задержку с и перестраивают частоту высокочастотного сигна ла до следующего значения а Ы ФФР+ , 6 Я и производят очередные10 четыре измерения в окресностях фазо" вого сдвига су, =ЮВ результате решения четырех уравнений,аналогичных (12) - (15),получаем значение Фазового времени задержки на частоте Я э и и и яПг П 1 з + Па (17)20 При дальнейшем изменении частотыиспытательного и опорного сигналовполучают значение Фазового временизадержки на частоте25 где Я; - текущее значение частотысравниваемых по Фазе сигналов.Далее определяют частотные прира" 35 щения Фазового времени задержки относительно значения фазового времени задержки на самой низкой частоте Ь с;, =,;(д )( )По значениям частотных прираще й (19) строят частотную характеристику фазового времени задержки исследуемого звена йч П - О,дф(а;. ) (,й 11 6) 61Ц -0 - Г +БЬ где и - число дискретных частот, на которых измеряют Фазовое время задержкиУстройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.Высокочастотный сигнал генераторапроходит через исследуемое звено 3 с контролируемой задержкой,(я)и воздействует на один вход линейного фазового детектора 4. На другой вход линейного фазового детектора 4 воздействует сигнал генератора 1, проходящий через управляемый аттенюатор 5 и линию 6 задержки с калиброванной задержкой ь . Выходное напряжение линейного фазового детектора 4 с помощью АЦП 8 преобразуется в код и запоминается в памяти микроЭВМ 9. С помощью выходных напряжений ЦАП 11 устанавливается требуемая частота генератора 1 и положение коммутатора 7, подключающего линию б задержки в опорный канал линейного фазового детектора 4 по команде микроЭВМ 9.Вначале по команде микроЭВМ 9 с помощью ЦАП 11 устанавливается начальное значение частоты высокочастотного сигнала Я, в левое по чертежу положение коммутатора 7. Выходное напряжение П линейного фазового детектора 4, пропорциональное разности Фаз ц , кодируется в АЦП 8 и запоминается в памяти микроЭВМ 9. Далее на первом выходе ЦАП 11 формируется единичное приращение напряжения, которое воздействует на элемент 2 перестройки и изменяет частоту генератора 1 на величину шага Ьы , Полученное на выходе линейного фазового детектора 4 возросшее напряжение П преобразуется в код и запоминается.С приходом очередной команды напряжением с третьего выхода ЦАП 11 коммутатор 7 переключается и тем самым вводится калиброванная задержка , в опорный сигнал линейного фазового детектора 4. Уменьшенное выходное напряжение БЗ кодируется и запоминается в памяти микроЭВМ 9.После этого командо, от микроЭВМ 9 выходное напряжение по первому выходу ЦАП 11 приводится к исходному ,значению, при котором восстанавливается первоначальное значение частоты. Соответствующее значение выходного напряжения линейного фазового детектора П, кодируется и запоминается в микроЭВМ 9. После выполнения по Формуле (20) соответствующих вычислений выходное напряжение ПАП 1,1714465по первому выходу увеличивается на Ршагов, что изменяет частоту испытательного и опорного сигналов до значения у. Сигналом по третьему выходу ЦАП 11 исключают калиброваннуюзадержку о и вновь по предыдущемуциклу программы производят четыреизмерения при соответствующих изменениях частоты и задержки сравниваемых сигналов. В память микроЭВМ 9введено в виде константы значениекалиброванной задержки, котораяпериодически вводится в схему коммутатором 7. Коэффициент передачи аттенюатора 5 вначале устанавливают примерно равным коэффициенту передачиисследуемого звена 3 на частоте ачтобы уравнять амплитуды сравниваемых по Фазе сигналов. По мере изменения частоты по командам с микроЭВМ 9на аттенюатор 5 с второго выхода ЦАП11 поступают управляющие сигналы,изменяющие вносимое аттенюаторомослабление в направлении поддержания 25примерного равенства амплитуд сравниваемых о разе сигналов при изменении их частоты.Программой микроЭВМ 9 предусмотрено изменение частоты испытательного сигнала через равные интервалычастот, которые формируются из постоянного числа шагов изменения частоты,проведение четырех новых измеренийпри возвратных изменениях частоты на.один шаг относительно установленнойчастоты и введение калиброванной задержки,Результаты ряда измерений Ч, ==Яа да тЧ; = Сд 2; обра 40батываются в процессоре микроЭВМ 9и соответствующая частотная характеристика фазового времени задержкиисследуемого звена воспроизводится нацифровом дисплее 10. 45- (ц ) =(й(и с 1с П П П + У4 Анализ показывает, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить точность определения Фазового времени задержки за счет 5 О исключения Фазочастотных и амплитуд- , но-частотных погрешностей. При этом, как следует из выражения (20), на результат определения не влияет аддитивная 3 и мультипликативнаясоставляющие фазочастотной погрешности во всем диапазоне частот, а малые изменения частоты у;в окресностях фазового сдвига ц; = Я испытательного 978и опорного сигналов на один шаг ьа с а, несущественно изменяют амплитуду сигнала на выходе исследуемого звена, что уменьшает влияние частотной зависимости коэффициента передачи К(И;), т. е. неравномерности его амплитудно-частотной характеристики на точность определения Фазового времени задержки. Кроме того, при выборе Фазовых приращеник иа ;и 63; с порядка единиц градусов в соответствии с выражениями (3) и (5) исключается неоднозначность определения фазовых углов , =Ы,с ц = =Ыс ,,; = И; ь;, возникающая изза периодического характера Фазочастотной характеристики исследуемого звена. Формула изобретения 1. Способ определения Фазового времени задержки сигнала, основанный на ступенчатом изменении частоты испытательного сигнала, проходящего через исследуемое звено в заданном диапазоне частот, фиксировании на его выходе приращения сдвига Фаз при изменении частоты испытательнсго сигнала на малую величину, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и исключения неоднозначности определения фазового временизадержки, после измерения разностифаз на минимальной частоте испытательного сигнала увеличивают частотусигнала на один шаг и измеряют возросшую разность фаз, задерживаютопорный сигнал на калиброванную задержку и измеряют уменьшенную разностьфаз, уменьшают частоту сигнала наодин шаг и измеряют соответствующеезначение разности фаз, исключают калиброванную задержку и изменяют частоту испытательного сигчала на заданное число шагов, вновь производятчетыре измерения при возвратных изменениях частоты на один шаг к введениикалиброванной задержки в опорный сигнал, изменяют частоту испытательногосигнала и повторяют указанные операции через равные интервалы частот,а фазовое время задержки определяютпо формуле1446597 лО О О+О )ойф значениях черезпостоянный интервалеп - число интерваловв заданном диапазоне частот. Составитель М.КатановаТехред М.Ходанич Корректор М.Васнлье актор А.Воро Заказ 6746 2 Тираж 373 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Раушписное комитета СССРи открытийская наб., д. 4/ Производственно-полнграфическое предприятие, г. ужгород Проектная,где О, О, О, О- напряжение, соот- бветствующее разности фаэ сравниваемых напряжений Ьрн начальной частоте, увеличе нии частоты на шаг, введениикалиброванной задержки и уменьшенни частоты нашаг;,- калиброванная за"держка;1 - порядковый номеризмерения фазового времени эадерж.ки на дискретных 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что шаг изменения частоты испытательного сигнала и калиброванную задержку выбирают такими, чтобы возникающая при этом дополнительная разность фаз испытательного и опорного сигналов превышала порог чувствительности линейного фазового детектора на менее, чем в три раза, и была меньше десятых долей периода изменяемого по частоте испытательного сигнала, а интервал частот формируют из постоянного числа шагов из-, менения частоты испытательного сигнала.