Способ измерения центральной частоты полосового фильтра

, 14 1 К 27/28 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ дратов о А.Д и кон оль в нии.с.2. делах поло и запоминапрозрачности.т значение вносим змеряют ого фа- значени эового сдв первого вы фильтра, 3 подают вто амплитудно дного сигнал лосовогофильтрл с тем на полосовои ой тестовый сиги вых фильтров телеви передающих устройст спектра, анализатор зионных и в, анализ ов гармополо и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА (57) Изобретение относится к технике измерений и служит для повышения точности измерения центральной частоты полосового фильтра. Сущность способа заключается в разновременном воздействии на олосовой фильтр разночастотными тестовыми сигналами. Причем частоту первого тестового сигнала устанавливают такой, чтобы вносимый фазовый сдвиг, имел, наприер, положительное значение в преИзобретение относится к техник измерений и может быть использова для измерения центральной частоты частотой, при которой вносимый отрицательный фазовый сдвиг по модулю равен вносимому фазовому сдвигу первого тестового сигнала. Измеряют изапоминают амплитудное значение второго выходного сигнала полосовогофильтра и результат сравнивают с амплитудным значением первого выходногосигнала фильтра. Изменяют частотувторого тестового сигнала до их равенства. Затем измеряют значениевносимого фазового сдвига на этойчастоте, определяют и запоминают полусумму фазовых сдвигов, вносимыхполосовым фильтром и первый и второйтестовые сигналы. Измеряют разностьчастот этих тестовых сигналов, уменьшают ее в четыре раза и запоминают.Увеличивают.и уменьшают соответственно частоты первого и второго тестовых сигналов на запомненное значение. Попарно измеряют и запоминаютвносимые фазовые сдвиги на установленных частотах, Определяют их полусумму, которую сравнивают с предыдущей полусуммой фазовых сдвигов, иподстраивают частоту второго тестового сигнала в направлении их равенства, О значении центральной частотыполосового фильтра судят по полусумме частот первого и второго тестовыхсигналов. 2 ил.(9) Кь Цщь или ник, антенных и селективных усилителей, кварцевых резонаторов и т.д.,содержащих в полосе пропускания амплитудно-фазовые искажения и несим 5метричную относительно центральнойчастоты фаэочастотную характеристику.Целью изобретения является повышение точности измерения.На фиг,1 приведена структурная 1 Осхема устройства , реализующего снособ; на фиг.2 а - амплитудно-частотнаяхарактеристика полосового фильтра нафиг.26 - его несимметричная фазочастотная характеристика. 15Сущность способа заключается вследующем.На полосовой фильтр разновременно воздействуют разночастотные тестовые сигналы с одинаковыми амплитудами ц , = ц = ц и нулевыми фазовымисдвигами,Частота И первого тестового сигнала устанавливается равной Я = Одля того, чтобы фазовый сдвиг Ч, выходного сигнала полосового фильтраимел положительное или отрицательноезначение в пределах полосы пропускания 2 й.по уРовню Оь 7 цс.в ДОПУстимьчто на вход полосового фильтра поступает первый тестовый сигнал (фиг,2 а) с частотой а, ь лежащей в пределах полосы пропускания 2 йь т.е.(Ы, - й Я,с о, + й ), где Я, - измеряемая центральная частота.На выходе полосового фильтра появляется первый выходной сигнал ц (е) = К,ц вп(а, с + ср, ), (2) где К - коэффициент передачи полосового фильтра на частоте У, , 45например, с положительнымначальным фазовым сдвигом цИзмеряют и запоминают амплитудное значение первого вьмодного сигнала фильтра (фиг.2 а) 50 и напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу ц, (фиг.2 б), 55 Ц = Кн,ь (4) где К - коэффициент.пропорциональности. Затем на полосовой фильтр подаютвторой тестовый сигнал с частотой следования (д = И, +бы, (фиг.2 а), например, ьсд, - 2 й.На выходе полосового фильтра появляется второй выходной сигнал ц 4= Кц,вз.п(Яай Ч ), (6) где К - юоэффициент передачи полосового фильтра на частоте Я с отрицательным начальным фазовым сдвигом -Ц. При,этом амплитудное значение Цу " КРль (7) второго выходного сигнала (6) фильтра не должно быть меньше амплитудного значения (5) второго тестовогосигнала, т.е; В противном случае увеличивают частоту первого тестового сигнала (2) или уменьшают частоту второго тестового сигнала за счет уменьшения значения ожидаемой полосы пропускания полосового фильтра. Измеряют значение напряжения, пропорционального отрицательному фазовому сдвигувносимому полосовым фильтром во второй тестовый сигнал на частоте я , и регистрируют результат измерения (фиг26) . который запоминают.Полученное значение фазового сдвига ць второго тестового сигнала сравнивают по модулю со значением фазового сдвига Чь, первого тестового сигнала, т.е. Подстраивают частоту второготестового сигнала (5) до значения И,(фиг,2 а), при котором равны модулифазовых сдвигов, т.е.(19) 6 К 4 пф ч =1-11В результате на вход полосовогофильтра поступает второй тестовыйсигнал с частотой Я(фиг,2 а), т.е. Второй выходной сигнал полосовогофильтра в этом случае может бытьпредставлен выражением 04 (.) = КУ 81 п(Сд СРу ) э (14) где (-) - отрицательный фазовыйсдвиг, вносимый полосовымфильтром во второй тестовый сигнал (13) на частоте ,1 (фиг.2 а,б);К - коэффициент передачи полосового фильтра на час-тоте О .Измеряют и запоминают амплитудное значение второго выходного сигнала (14) полосового фильтра. В результате получают (фиг.2 а) 0 - Кзот. (15)Затем амплитудное значение (15) второго выходного сигнала полосового фильтра сравнивают с амплитудным значением (3) первого выходного сигнала фильтра, т.ерешают неравенство 5(16)При 11У, изменяют частоту второго тестового сигнала до значения И 4(фиг.2 а). В этом случае на вход полосового фильтра поступает сигнал Выходной сигнал полосового фильтраОписывается выражением 0 (с) К 40 81 П(сд 4 Й 4 )(18) где К - коэффициент передачи по 4лосового фильтра на частоте и 4(-4) - вносимый фазовый сдвигна частоте Я 4,Измеряют и запоминают амплитудное значение сигнала (18) (фиг.2 б), т.е. Частоту второго тестового сигнала изменяют до значения Я 4, при котором обеспечивается равенство амплитудных значений (3) и (19) первого и второговыходных сигналов (2) и (18) полосового фильтра (фиг.2 б), т.е. или равенство коэффициентов передачиполосового фильтра на частотах Я 4 иИ, т.е.1 О Затем измеряют и запоминают значение фазового сдвига (-) на частоте Я 4. В результате получают 15 (фиг.2 б)-07 = -Кч . (22) Определяют и запоминают полусумму фазоВых сдВиГОВ (, и ( 4) пер 20 вого и второго выходных сигналов (2) и (18) полосового фильтра, т,е.дЧ, = (ср, - ср+ ) /2, (23) или (фиг.2 б)25Ы 5, 0,5(0 - Уб ) 0,5 К(Ч, -4)Кдц,Значение фазового сдвига Ьс, определяемое выражениями (23) или (24),30 представляет собой смещение (илинапряжение смещения) фазочастотнойхарактеристики по оси ординат параллельно самой себе. В большинстве реальных полосовых фильтров из-за внутЗ 5 ренних набегов фазовых сдвигов, вносимых отклонением реактивных элементов активных и пассивных цепей отноминальных значений, фазочастотнаяхарактеристика смещена и поэтому не40 переходит через нуль на центральнойчастоте,Смещение фаэочастотной характеристики используется для высокоточногоопределения центральной частоты поло 45 сового фильтра. Для чего измеряютразность частот тестовых сигналов уменьшают ее в четыре раза и полу 50 ченный результат ДЯ = ЬЯ 4 /4 = 0,25(У 4 Сд ) (26) Затем увеличивают и уменьшают,соответственно, частоты первого ивторого тестовых сигналов (1) и(17) на запомненное значение (26)частоты ЬЯ, В результате чего полу(41) Следует отметить, что необходимое 25 количество аналогичных тактов итерации проводят до момента равенства полусумм фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов полосового фильтра. Пусть на частоте М З 0 (фиг.2 а) обеспечивается равенствополусумм фазовых сдвигов, т.е.(31)"з (43)Фактическое число тактов итерацииустанавливают в зависимости от допустимой погрешности сравнения по лусумм фазовых сдвигов,О значении центральной частотыфильтра судят по полусумме частоти и Я (фиг,2 а) первого и второготестовых сигналов (27) и (37), т,е.45(37) чают, соответственно, первый и второй тестовые сигналы в виде 0 И) = 0 зп(Ы, +ЬЫ )С == П апа,и П,о- Пзп(о - , ) - (28) = Б залпа с.В 6При разновременной подаче сигналов (27) и (28) на вход полосового фильтра на его выходе появляются первый и второй выходные сигналы в виде Цн=К Пз 1 п(а,+ср ) (29) и0(С) =КьПздлъ(ИС -д), (30) где К и К 4 - коэффициенты передачиполосового фильтра начастотах И и яб соответственно; Ч и (-ч 6) - вносимые фазовые сдвигина частотах а и д(фиг.2 а,б).Повторно измеряют и запоминают фазовые сдвиги сигналов (29) и (30) на установленных частотах р и Я тестовых сигналов. В результате чего получают (фиг;2 б) величины Определяют полусумму полученныхфазовых сдвигов, т.е. ЬП = 0,5(08 - П)Оэ 5 КИз Ч) = КЮаф ЬП, П. (36)Подстраивают частоту, второго тестового сигнала в направлении их равенства. Допустим это обеспечивается при частоте их второго тестового сигнала (фиг.2 а) В этом случае второй выходной сигналполосового фильтра может быть представлен в виде 0 дК 7 Пв (7 7 ) ф где К - коэффициент передачи почлосового фильтра на частоте у(-Щ ) - вносимый фазовый сдвиг.Изме.яют значение вноСимого фазового сдвига (-). В результате чего получают (фиг.2 б) величину По КМ (39) Вновь определяют полусумму фазовыхсдвигов ( и ( ( )И = (ч - )И Ц = 095(05 (О= 0,5 К(Ю,-Ч, ) = Кдч,6 Ц= Ь Ц, (42) Устройство (фиг. 1), реализующееспособ, содержит перестраиваемые генераторы 1 и 2 частот первого и вто 50 рого тестового сигналов, трехполюсныйпереключатель 3, контролируемый полосовой фильтр 4, цифровой фазометр 5,цифровой вольтметр 6, дифференпиальный частотомер 7, смеситель 8,55 фильтр 9 верхних частот, делитель 19частоты на два и цифровой частотомер 11,Работа устройства заключается вследующем.Трехполюсный переключатель 3 ус-. танавливают в положение, указанное на фиг.1В результате на вход контролируемого полосового фильтра 4 поступает первый тестовый сигнал (1), частота которого устанавливается равной Я, в пределах полосы пропускания фильтра 4. Одновременно этот сигнал поступает на первый вход циф рового фазометра 5. На второй вход цифрового Фазометра 5 поступает выходной сигнал (2) контролируемого фильтра 4. Этот сигнал поступает также на вход цифрового вольтметра 15 6 (фиг. 1) .С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига , вносимого полосовым фильтром 4 в первый тестовый сигнал (1) на час тоте И, . Результат измерения запоминают. С помощью цифрового вольтметра 6 измеряют амплитудное значение (3) первого выходного сигнала полосового фильтра 4. 25Затем трехполюсный переключатель 3 устанавливают в положение, противоположное показанному на фиг.1. Устанавливают частоту второго генера" тора 2 равной Я . В результате на 30 вход полосового фильтра 4 и первый вход цифрового фазометра 5 поступает второй тестовый сигнал (5). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал (6). 35 40 С помощью цифрового фаэометра5 измеряют фазовый сдвиг, вносимыйполосовым фильтром в первый тестовый сигнал (27) на частоте ЮРезультат измерения (31) запоминают.45Затем проводят трехполюсный переключатель 3 в положение, противоположное указанному на фиг.1, и измеряют фазовый сдвиг, вносимый полосовымфильтром 4 во второй тестовый сигнал(28) на частоте а. С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимого полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал. Результат измерения (9) запоминают, а затем сравнивают по модулю со значением (4) фазового сдвига первого тестового сигнала.Затем подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 до значения Я, при котором обеспечивается равенство (12) модулей фазовых сдвигов. В результате на вход контролируемого полосового фильтра 4 поступает второй тестовый сигнал, описываемый выражением (13). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал, описываемый выражением (14). С помощью цифрового вольтметра 6 измеряют амплитудное значение сигнала (14). Результат измерения (15) запоминают, а затем сравнивают с амплитудным значением 911 1 О(3) первого выходного сигнала контролируемого полосового фильтра 4.Изменяют частоту выходного сиг".нала генератора 2 до значения (д 4при котором выполняется равенство(20). В этом случае входной и выходной сигналы контролируемого фильтраЪ4 могут быть представлены выражениями (17) и (18) соответственно.С,помощью цифрового фазометра 5измеряют значение Фазового адвига,вносимое полосовым фильтром на частоте Я 4. Результат измерения (22) запоминают,Определяют и запоминают полусумму(24) фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов (2) и (18).Затем с помощью дифференциальногочастотомера 7 измеряют разность частот тестовых сигналов (1) и (17),результат уменьшают в четыре раза изапоминают.Увеличивают частоту выходногосигнала генератора 1 на запомненноезначение (26), а частоту выходногосигнала генератора 2 уменьшают назто значение (26). В результате получают первый и второй тестовые сигналы (27) и (28) с частотами (д и сдПереводят трехполюсный переключатель 3 в исходное положение, указанное на фиг.1. В результате на входполосового фильтра 4 и первый входфазометра 5 поступает сигнал (27),а с его выхода на вход цифровоговольтметра 6 и второй вход цифровогофазометра 5 - сигнал (29).Результат измерения (32) запоминают. Определяют полусумму (33) полученных фазовых сдвигов тестовых сигналов, которую сравнивают с предыду" щей полусуммой (23) фазовых сдвигов. При их неравенстве подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 в направлении их равенства, которое(ох ч обеспечивается на частоте второго тестового сигнала (37), равной ЯС помощью цифрового фазометра 5 измеряется значение фазового сдви" гавносимого контролируемым филь тром 4 во второй тестовый сигнал (38) на частоте Я . В этом случае обеспечивается равенство (42) полу- сумм (23) и (40) фазовых сдвигов.0 значении центральной частоты фильтра судят по полусумме частот и и а первого и второго тестового сигналов (27) и (37), определяемой по показанию цифрового частотомера 11 Последний подключен к выходу смесителя 8 через делитель 10 частоты на два и фильтр 9 верхних частот.Поскольку на входы смесителя 8 поступают, в конечном счете, сигналы (27) и (37) с частотами Ю и Я , то на выходе смесителя 8 появляются сигналы с частотами С помощью фильтра 9 верхних частотвыделяется сигнал с частотой (45). Спомощью делителя 10 частоты этот сигнал делится на два. Частота (44) выходного сигнала измеряется с помощьюцифрового частотомера 11 и по полученному результату судят о значениицентральной частоты контролируемогополосового фильтра 4. Способ измерения центральной час 5тоты полосового фильтра, основанныйна определении полусуммы частот тестовых сигналов при равенстве коэффициентов передачи симметричной амплитудно-частотной характеристики и фа 10 зовых сдвигов фазочастотной характеристики полосового фильтра на этихчастотах, выбранных слева и справаотносительно измеряемой центральнойчастоты, о т л и ч а ю щ и й с я. 15 тем, что, с целью повьппения точнОстиизмерения центральную частоту определяют через полусумму частот тестовых сигналов, выбранных слева исправа относительно измеряемой цент 20 ральной частоты внутри плоскогоучастка симметричной амплитудно-частотной характеристики полосовогофильтра при равенстве ее коэффициентов передачи на этих частотах и равенстве полусуммыфазовых сдвигов фазочастотной характеристики на этихчастотах полусумме фазовых сдвиговфазочастотной характеристики, получаемых при равенстве коэффициентовЗ 0 передачи симметричной амплитудно"частотной характеристики на частотах,выбираемых слева и справа относительно измеряемой центральной частоты запределами плоского участка амплитуд 35 но-частотной характеристики полосового фильтра,.Мура Корректор В.Бутяга ж 711 од но НИИПИ Государственн митета по изобретениям 1130 ква, 3-35, Раушская на Т СС роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,ул, Проектная,едактор В.Даказ 7549/4 о.ставител ехред М. Тира ого ко 35, Мос и открытиямб., д. 4/5