Способ определения параметров полосового фильтра

(71) Институт ки Вд(56) Патент ФРГкл, Н 03 Н 3/00 бе Глушкоки им. в, В.И.Скурихи 88.8)М 2545004,1974 ится к информацихнике и может быть ределения полосы асимметрии полосы ельно центральной ве телевизионной и ники, анализаторов гармоник, антенных ей; кварцевых резоИзобретение относ анно-измерительной те использовано для оп пропускания и степени прозрачности относит частоты при производст приемопередающей тех спектра, анализаторов и селективных усилител наторов и т.д,повыше- ользоваастотной ие функ- чающеемметрии добротема уст- гаемого ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ (КНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРА ТРОВ ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА(57) Изобретение может быть использовано для контроля параметров полосовых фильтров при производстве телевизионной и приемопередающей техники, анализаторов спектра, анализаторов гармоник и т,д. Цел изобретения - повышение точности измерения - достигается путем использования в полосе прозрачности полосового фильтра фазочастотной характеристики. Кроме того, расширяются функциональные воэможности, эаключаюциеся в измерении относительной асимметрии полосы пропускания фильтра и его добротности. Вначале измеряют центральную частоту йь и смещение Ьд)1 фаэочастотной характеристики полосового фильтра. Затем уменьшают и увеличивают частоты первого и второго тестовых сигналов соответственно. Контролируют фазовые сдвиги, вносимые полосовым фильтром в каждый из тестовых сигналов. При смещенной на Ь р 1 относительно оси абсцисс фазочастотной характеристики полосового фильтра изменения частот в 1 и ва тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов значений уъ 1 =45+Ь)1 и.уа = - 45+Ьр 1 соответственно, При несмещенной фазочастотной характеристике, т.е. при Ь р 1 = О, изменение частот тестовых сигналов проводят до момента дости- З жения соответственно положительного и отрицательного 45-градусных фазовых сдвигов между входным и выходным тестовыми сигналами. Измеряют значения частот в,1 и в,1 первого и второго тестовых сигналов, соответствующие указанным значениям фазового сдвига. Ширину полосы прозрачности 2 Я и ее относительную асимметрию 4 определяют из математических выражений, приведенных в описании изобретения. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. Целью изобретения является ние точности измерения путем исп ния в полосе прозрачности фазоч характеристики, а также расширен циональных возможностей, заклю ся в измерении относительной аси полосы пропускания фильтра и его ности,На фиг. 1 представлена блокйства для реализации предлспособа: на фиг; 2 - эпюры напряжения, поясняющие способ измерения.Устройство содержит первый 1 и второй 2 перестраиваемые генераторы, выходы которых через переключатель 3 подключены к 5 входу контролируемого фильтра 4, к выходу которого подключены цифровые фазометр 5 и вольтметр 6, К выходам первого 1 и второго 2 генераторов подключены также дифференциальный частотомер 7 и смеситель 8, 10 выход которого через фильтр 9 верхних частот и делитель 10 частоты на два подключен к входу цифрового частотомера 11,На полосовой фильтр разновременно воздействуют разночастотными тестовыми 15 сигналамиО 1(т) = Чпзи вц т (1) О 2(т) = Чпзи В 2 1 (2) 20где йь 1 и ал 2 - частоты тестовых сигналов с одинаковыми амплитудами ЧП 1 = Чп 2= М и нулевыми фазовыми сдвигами.25Устанавливают частоты тестовых сигналов (1) и (2) такими, чтобы фазовые сдвиги р 1 и щ, вносимые полосовым фильтром, имели соответственно положительное и отрицательное значения в пределах полосы 30 прозрачности 2 ИВыходные сигналы полосового фильтра описываются выражениями:Оф) = К 1 Чщзи (вг 1 т+д)1) (3) 35иОа(ь) = К 2 Ч,зи ( в 2 т - а ) (4) где К 1 и К 2 - коэффициенты передачи филь,тра на частотах йь 1 и в 2 соответственно;р 1 и щ - вносимые фазовые сдвиги на 40частотах йЬ 1 и йЬ 2Измеряют и запоминают амплитудные значения первого и второго выходных сигналов (3) и (4) фильтра (фиг, 2 а), а также значения вносимых фазовых сдвигов ".5 р 1 и 02, В результате получают;Ч 1 = К 1 ЧП; (5)Ч 2 = К 2 Чпз (6)Чз= кр 1 (7)- Ч 4= К( - 2), (8)Сравнивают амплитудные значения (5) и (6) первого и второго выходных сигналов (3) и (4) полосового фильтра с амплитудным значением Чп тестовых сигналов, т,е. определяют неравенстваЧ 1 ( %п (9)Ч 2 ъ Ч, (10)При Ч 1Ч увеличивают частоту первого тестового сигнала, а при Ч 2 Ч умень шают частоту второго тестового сигнала. Изменения осуществляют до значений Ч 1 =и Ч 2=Ч,Сравнивают по модулю значения фазовых сдвигов, вносимых полосовым фильтром в первый и второй тестовые сигналы, так как определяют неравенствоЧЗ- Ч 4 .Подстраивают частоту в 2 у второго тестового сигнала (2) до значения вз, т.е.в,2 =вз(фиг. 2 а), при котором выполняется равенствоЧз= 1 - Ч 4 1(12) илиУ 1 = - ф 4 1, (13)Второй выходной сигнал полосового,фильтра в этом случае описывается выражениемОф) - КзЧвзи (вз т - рз ), (14)где уз - отрицательный фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром во второй тестовый сигнал на частоте вз (фиг. 2 а,б);Кз - коэффициент передачи полосовогофильтра на частоте вз.Повторно измеряют амплитудное значение второго выходного сигнала (14) полосового фильтра, В результате получаютЧ 5 = КзЧп. (1 5)Сравнивают амплитудные значения тестовых сигналов (1) и (14), т.е. решают неравенствоЧ 5 ( Ч 1, (16)При Ч 5 ФЧ 1 изменяют частоту второготестового сигнала до значения в,2 =в 4(фиг. 2 а), при котором достигается равенство амплитуд, Вэтом случае второй выходной тестовый сигнал описываетсявыражениемОф) = К 1 Чпз 3 п (в 4 1 - у 4 ), (17)где р 4- вносимый фазовый сдвиг на частоте со 4,К 1 - коэффициент передачи полосовогофильтра на частоте в 4,Измеряют и запоминают значение фазового сдвига р 4 на частоте в 4:-чб =-ки (18)Определяют и запоминают полусуммуфазовых сдвигов р 1 и - р 4 тестовыхсигналов (3) и (17) (фиг. 26), т,е.ЬЧЧ 1 = 0,5(Ч 1 - Чб) = 0,5 К Р 1 - сР 4 ) = К ЬСР 1(19)Полученное значение (19) или (20) разности фазовых сдвигов представляет собойсмещение фаэочастотной характеристикивдоль оси ординат параллельно самой себе,Это обусловлено отклонением реактивныхэлементов активных и пассивных цепей полосового фильтра от номинальных эначе 1620962ний. В результате фазочастотная характеристика не переходит через нуль на центральной частоте полосового фильтра,Значение (19) (или (20 смещения фазочастотной характеристики используется для высокоточного определения центральной частоты полосового фильтра.Затем измеряют разность частот тестовых сигналовЬ в 1 = В 4 - йИ(20) уменьшают ее в четыре раза и полученный результатЬв = Ьву 1/4 = 0,25 (йу 4 - в 1 ) (21) запоминают.Увеличивают и уменьшают, соответственно, частоты вц и юг первого и второго тестовых сигналов на запомненное значение (21),При разновременной подаче смещенных по частоте тестовых сигналов на полосовой фильтр на его выходе получают сигналыОу(т) = К 4 Ч з 1 п (а 5 т + дз 5 ); (22) Ов(т) = К 5 Чпзп (вв т - рв ), (23) где га =сот 1+ Ьа; вв = сонг - Ьщ- частоты первого и второго тестовых сигналов;К и К - коэффициенты передачи полосового фильтра на частотах мэивв соответственно;р 5 и рв- вносимые фазбвые сдвиги на частотах йЬ и ав (фиг. 2 а, б).Повторно измеряют и запоминают фазовые сдвиги сигналов (23) и (24) на установленных частотах йа и йВ тестовых сигналов, В результате получают (фиг, 2 б):Чу= Кф 5 (24) - Чв = -К срв (25)Определяют полусумму полученных фазовых сдвигов, т,е,ЬЧг = 0,5(Ч 7 - Чв) - 0,5 К ( уъ - рв ) = К Ь рг,(26) которую сравнивают с предыдущей полусуммой (19), т,е. решают неравенствоЬЧг( ЬЧ (27)Подстраивают частоту второго тестового сигнала в направлении их равенства, т.е. до ЬЧг= ЬЧ 1Допустим, что это обеспечивается при частоте соа = ву второго тестового сигнала. На частоте ву паласовой фильтр вносит в тестовый сигнал фазовый сдвиг ру. В этом случае выходной сигнал полосового фильтра описывается выражением09(т) = КвЧпзп(соу т - р ), (28) где Кв - коэффициент передачи полосового фильтра на частоте ву.Измеряют значение вносимого фазового сдвига - ру. В результате получают(фиг, 2 б)При смещенной на Ьр 1 (выражения(19) и (31 относительно оси абсцисс фазочастотной характеристике полосового фильтра изменения частот йЬ 1 ива тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов значений .р,1 =45 + Ьр 1 и у - ра = - 45 + Ьр 1 соответственно, Допустим что это обеспечивается при йЬ 1 = 038 и Отг = й 39 (фиг. 2), Тогда выходные сигналы полосового фильтра примут вид:О 10(т) = К 7 Чщзп ( вв т + 45 + Ь р 1 ); (35) 40 45 50 О 11(т) = КвЧвзп (в 91 - 45 +Ьр 1 ), (36) где Ку и Кв - коэффициенты передачи полосового фильтра на частотах вт =йа и Ма =Ж 9,При симметричной АЧХ Ку = Кв, если йв = Фо - И, в й 9 = йУО + Й,10 15 15 20 25 30 35-Ч 9 = -К Р. (29)Вновь определяют полусумму фазовых сдвигов р 5 и.руЧз=0,5(Чу - Чд)=0,5 К (1 р 5 - 1 ру ) = К ЬЪ. (30)Необходимое количество аналогичных тактов итерации проводят до момента равенства полусумм фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов полосового фильтра. Допустим, что на частоте йуу (фиг. 2 а) обеспечивается равенство полусумм фазовых сдвигов, т,е.ЬЧз =ЬЧ 1 (31)Фактическое число тактов итерации устанавливают в зависимости от допустимой погрешности сравнения полусумм фазовых сдвигов.Измеряют значения частот со 1 =й и ша =ву первого и второго тестовых сигналовИ 1= Яйа; (32)Мг=йУУ, (33)где Я - крутизна преобразования.По полусумме значений (32) и (33) частот тестовых сигналов судят о значении центральной частоты полосового фильтра (фиг. 2 а), т.е.Мо = Яйъ = 0,5(й 1 + йг) = 0,5 Я(а+му), (34)После измерения центральной частоты йь полосового фильтра уменьшают и увеличивают частоты йЛ 1 и ва первого и второго тестовых сигналов путем, например, уменьшения значения рассройки Ьа частоты генераторов тестовых сигналов, Контролируют фазовые сдвиги, вносимые полосовым фильтром в каждый из тестовых сигналов.(45) откуда 10 10 00% =4 С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимого полосовым фильтром 5 во второй тестовый сигнал, Результат измерения (8) запоминают, а затем сравнивают по модулю со значением (7) фазового сдвига первого тестового сигнала,Затем подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 до значения йЬ 2 =из, при котором обеспечивается равенство (12) модулей фазовых сдвигов. В результате на выходе полосового фильтра 4 100 50 55 При несмещенной фазочастотной характеристике, т.е. при Ь р 1= О, изменение частот тестовых сигналов (1) и (2) проводят до момента достижения соответственно положительного и отрицательного 45-градусных фазовых сдвигов между входным и выходным тестовыми сигналами. При Ь р 1- 0 тестовые сигналы на выходе полосового фильтра описываются выражениями:О 1 о (т) К 7 Чвз 1 п (йес+ 45 О); (37) О 11= КвЧэ 1 п (вЮ - 45 О), (38) гдеА)1 =1-ь 21 =45 =агст 9 (2 - О,),Л йЪ(39) где 2 Л- полоса прозрачности;йЪ- центральная частота;0 - эквивалентная добротность полосового фильтра.Как и в предыдущем случае (при Ьр 1 Ф О) условие (39) обеспечивается на частотах щв =во - Ли ю =во+Л. Измеряют значения частот вт 1 = вв и вт 2 = ввпервого и второго тестовых сигналов, соответствующие указанным значениям фазового сдвига. В результате измерений получаютМз 8 в 1 = 8 вв (40) Й 4 = 8 вт 2 8 вц (41) где 8 - крутизна преобразования частоты,Ширину полосы прозрачности 2 Л и ее относительную асимметрию д 1 определяют по выражениям 2 МЛ = 2 8 Л = М 4 - йз = 8 (вв - мв ) == 8 (в,2- йЛ 1 ), (42) Й 4 ЙзМб - 1466 100=2 йЛ8(иъ -в,1 ) -8(в 2.8 (вс 2 ЙЪ 1 ) где й 6" йо - йз = 8Й 6 = Й 4 - Йд 8 Л 2 -При 8=1 вырвид: Л 1=8 (в -в 1),- 8 (в 2 - в,). ажение (42) принимает 2 Л=в 2 -в 1 =в 9-ав. (44) По полученным результатам измерения ширины полосы прозрачности (42) или (44) и центральной частоты во (34) может быть 15 20 30 35 40 определена эквивалентная добротность полосового фильтра из выражения (39). Так кактд 45=1, то О ф - Ж Ж (4) 2 Л вв - вв Работа устройства для реализации предлагаемого способа заключается в следующем.Трехполюсный переключатель 3 устанавливают в положение, указанное на фиг, 1, В результате на вход контролируемого фильтра 4 поступает первый тестовый сигнал (1),частотавг 1 которого устанавливается равной в 1 в пределах полосы прозрачности фильтра (фиг. 2), Одновременно этот сигнал поступает и на первый вход цифрового фазометра 5. На второй вход цифрового фазометра 5 поступает выходной сигнал (2) контролируемого фильтра 4, Этот сигнал поступает также на вход цифрового вольтметра 6 (фиг. 2),С помощью цифрового фазометра 5 измеряют значение фазового сдвига р 1, вносимого полосовым фильтром 4 в первый тестовый сигнал (1) на частоте йЛ 1 - в 1. Результат измерения запоминают, С помощью цифрового фазометра 6 измеряют амплитудное значение (3) первого выходного сигнала полосового фильтра 4.Затем трехполюсный переключатель 3 устанавливают в положение, противоположное показанному на фиг. 2, Устанавливают частоту второго генератора 2 равной ай =й 2 (фиг, 2). В результате на вход полосового фильтра 4 и первый вход цифрового фаэометра 5 поступает второй тестовый сигнал (2). На выходе полосового фильтра 4 появляется второй выходной сигнал (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 (5) первого выходного сигнала контролируемого полосового фильтра 4.Изменяют полосу выходного сигнала генератора 2 до значения й 2 = ий, при котором выполняется равенство амплитуд, т,е, Ч 5 = Ч 1. В этом случае выходной сигнал контролируемого фильтра описывается выражением (17), С помощью цифрового фазометоа 5 измеряют значение фазового сдвига, вносимое паласовым фильтром на частоте го 4, Результат измерения (18) запоминают. Определяют и запоминают полусумму (19) фазовых сдвигов первого и второго выходных сигналов (3) и (17), Затем с помощью дифференциального частотомера 7 измеряют разность частот тестовых сигналов (1) и (17), результат (20) уменьшают в четыре раза и запоминают, Увеличивают частоту 01 выходного сигнала генератора 1 на запомненное значение (21), а частоту в,2 выходного сигнала генератора 2 уменьшают на это значение (21), В результате получают первый и второй тестовые сигналы с частотами щ 5 и аб.Переводят трехполюсный переключа,тель 3 в исходное положение, указанное на фиг. 1, В результате на вход полосового фильтра 4 и первый вход фазометра 5 с выхода генератора 1 поступает первый тестовый сигнал, а с выхода полосового фильтра 4 на вход цифрового вольтметра 6 и второй вход цифрового фэзометра 5 поступает тестовый сигнал (22), С помощью цифрового фазометра 5 измеряют фазовый сдвиг р 5, вносимый полосовым фильтром 4 в первый тестовый сигнал на частоте м 5. Результат измерения (24) запоминают,Затем переводят трехполюсный переключатель 3 в положение, противоположное указанному на фиг, 1, и измеряют фазовый сдвиг, вносимый полосовым фильтром . 4 во второй тестовый сигнал на частоте одаб, Результат измерения (25) запоминают. Определяют полусумму (26) полученных фазовых сдвигов тестовых сигналов, которую сравнивают с предыдущей полусуммой (19) фазовых сдвигов, При их неравенстве (27) подстраивают частоту выходного сигнала генератора 2 в направлении их равенства, которое обеспечивается на частоте второго тестового сигнала (28), равной ву, т,е, в 2 =шоу.51015 20 Измеренное с помощью цифрового фазометра 5 значение (29) фазового сигнала, вносимое контролируемым полосовым фильтром 4 во второй тестовый сигнал на частоте шу, в этом случае равно ру, при котором обеспечивается равенство (31) полусумм (19) и (30) фазовых сдвигов,О значении центральной частоты фильтра судят по пол усумме (34) частот га и шоу первого и второго тестовых сигналов 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 тестовые сигналы с частотами в 5 и шоу, то на выходе смесителя 8 появляются сигналы с частотамиво 1 = шоу + йа (47) 25 30 35 40 45 50 55 и,2 = щу - о (48)С помощью фильтра 9 верхних частот выделяется сигнал с частотой (47), С помощью делителя 10 частоты этот сигнал делится на два.Частота выходного сигнала делителя 10 частоты измеряется с помощью цифрового частотомера 11, По полученному результату (34) судят о значении центральной частоты (34) полосового фильтра 4,После измерения центральной частоты (34) уменьшают частоту ил 1 первого тестового сигнала (1) и увеличивают частоту сог 2 второго тестового сигнала (2) путем умень.шения значения рэсстройки Ьво частот генератора 1 и 2 тестовых сигналов. С помощью цифрового фаэометра 5 контролируют фазовые сдвиги, вносимые полосовым фильтром 4 в тестовые сигналы (1) и (2), поочередно подаваемые на вход полосового фильтра.Если в. процессе измерения центральной частоты полосового фильтра было установлено, что его фаэочастотная характеристика смещена на Ь р 1 ФО параллельно оси абсцисс, то изменения частот со 1 и сог 2 генераторов 1 и 2 тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов, контролируемых фазометром 5, значений р = 45 + Ьу 1 и -ут 2 = - 45 + ЬР 1 соответственно, Это условие обеспечивается при установке частоты генератора 1 первого тестового сигнала равной вц = йа и частоты генератора 2 второго тестового сигнала, равной вт 2- а 9, При Ьр 1= О, рц =45 о,а45 оС помощью дифференциального частотомера 7 измеряют ширину полосы прозрачности полосового фильтра 4 как разностьчастот вв и в 9 тестовых сигналов. Результат измерения (42) запоминают и используют для вычисления значения относительнойассиметрии д полосы прозрачности полосовоо фильтра 4 согласно выражения (43).Одновременно по результатам измеренийзначений центральной частоты (34) и ширины полосы прозрачности (43) вычисляют иэквивалентную добротность Оэ полосовогофильтра согласно выражечия (46),Формула изобретения1, Способ определения параметров полосового фильтра, заключающийся в поочередном зондировании полосового фильтрапервым и вторым гестовыми сигналами перестраиваемых частот, расположенных эапределами полосы прозрачности полосового фильтра, иэмер.,нии амплитуд выходныхсигналов полосового фильтра, подстройкизначений частот тестовых сигналов до обеспе ения равенства коэффициентов передачи указанных сигналов, измерении 25значений частот тестовых сигналов по установленным критериям, с последующей обработкой результатов промежуточныхизмерений по определенным выражениям,отличающийся тем,что,сцелью 30расширения функциональных воэможностей и повышения точности, уменьшают иувеличивают частоты первого и второго тестовых сигналов соответственно, контролируют фаэовые сдвиги, вносимые полосовым 35 фильтром в каждый из тестовых сигналов, при несмещенной фазочастотной характеристике, изменение частот тестовых сигналов проводят до момента достижения соответственно положительного и отрицательного 45-градусных фазовых сдвигов между входным и выходным тестовыми сигналами, измеряют значения частот первого и второго тестовых сигналов, соответствующие указанным значениям фазового сдвига, а ширину полосы прозрачности 2 Л, относительную асимметрию А, центральную частоту йъ и добротность полосового фильтра Оэкв определяют по выражениям2 Л =йт 2- йь 2 ,= Л Л 100 ,2 Лгде Л 1 =йЬ - а 1,Л 2 =аг 2 - во;й 3 о = (йЬ 1 + йЬ 2 )/2;Оэкв =мо/2 Л.2. Способ поп.1, о тли чаю щи йс я тем, что при смещенной относительно абсцисс фазочастотной характеристике полосового фильтра измерения частот тестовых сигналов проводят до момента достижения фазовых сдвигов значений Рт 1 = 45 + Лу 1 и р 2 = - 45 + Ь(р 1 соответственно, где Ьу)1- смещение фазочастотной характеристики относительно оси абсцисс,г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "П Заказ 4244 ВНИИПИ Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5