Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно- модулированных генераторов
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к измерительной технике и может быть использовано для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов. Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение нижнего предела диапазона измеряемых величин. Цель достигается за счет увеличения в N раз времени задержки ЛЧМ сигнала в дифференцирующем четырехполюснике, путем рециркуляции его в кольце: сумматор 20, линия задержки 21, фазовый модулятор 15, усилитель 10, сумматор 20. Для этого в устройство , содержащее смеситель 2, усилитель промежуточной частоты 3, строб-каскады 4, 14, блок памяти 5 частоты, линии задержки 6,21, амплитудный детектор 7, автогенератор 8, делитель 9 частоты, переключатель 12, фазовращатель 13, фазовый модулятор 16, усилитель 17, электронно-счетный частотомер 18, фазовые детекторы 19,24, вычитатель 25, генераторы 22, 32 пилообразного напряжения, осциллограф 23, видеоусилитель 29, интегратор 30 и частотно-модулированный генератор 31, введены фазовый модулятор 15, усилитель 10, полосовые фильтры 1,11, сумматоры 20, 28 и направленные аттенюаторы 26, 27. 2 ил. (Л С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5))5 G 01 R 23/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4928002/21 (22) 05,03.91 (46) 15.12.92. Бюл, N. 46 (72) Н.Г.Батурин, В.А,Лошаков, Б.В.Струков, С.А.Тельнов и Б.В.Шишлин (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1442929, кл. G 01 R 23/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ИЛИНЕЙНОСТИ МОДУЛЯЦИОННЫХ .ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности к измерительной технике и может быть использовано для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов.
Цель изобретения .—.. повышение чувствительности и расширение нижнего предела диапазона измеряемых величин. Цель до! 2 1781632A1 стигается за счет увеличения в N раз времени задержки ЛЧМ сигнала в дифференцирующем четырехполюснике, путем рециркуляции его в кольце: сумматор 20, линия задержки 21, фазовый модулятор 15, усилитель 10, сумматор 20. Для этого в устройство, содержащее смеситель 2, усилитель промежуточной частоты 3, строб-каскады 4, 14, блок памяти 5 частоты, линии задержки 6,21, амплитудный детектор 7, автогенератор 8, делитель 9 частоты, переключатель 12, фазовращатель 13, фазовый модулятор 16, усилитель 17, электронно-счетный частотомер 18, фазовые детекторы 19, 24, вычитатель 25, генераторы
22, 32 пилообразного напряжения, осциллограф 23, видеоусилитель 29, интегратор
30 и частотно-модулированный генератор
31, введены фазовый модулятор 15, усилитель 10, полосовые фильтры I, 11, сумматоры 20, 28 и направленные аттенюаторы 26, 27. 2 ил..
1781632
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов.
Известно устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов.
Устройство содержит смеситель, усилитель промежуточной частоты, умножитель частоты, блок задержки, лампу бегущей волны, фазовращатель, два частотных детектора, сумматор, два переключателя, частотно-модулированный генератор, четыре резонансных усилителя, фильтр нижних частот, интегратор, генератор пилообразного напряжения, нелинейный элемент, генератор высокой частоты, делитель частоты, индика. тор, электронно-счетный вольтметр, усилитель сигнала ошибки, видеоусилитель.
Недостатком устройства является низкая чувствительность по измерению медленных (ниэкочаст6тных) отклонений модуляционных характеристик от линейного закона. Известно также устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотно-модулированных генераторов. Устройство содержит три смесителя, усилитель промежуточной частоты, два фаэовращателя, три полосовых фильтра фазовый модулятор, генератор, входной усилитель, две линии задержки, счетчик, управляемый генератор, частотный детектор, суммирующий усилитель, два интЕгра.тора, электронно-счетный частотомер, строб — каскад, блок памяти частоты, фазовращатель íà z/2, два фазовых детектора, вычитатель, амплитудный детектор, формирователь импульсов, видеоусилитель и осциллограф.
Недостатком устройства является низкая чувствительность по измерению медленных отклонений модуляционных характеристик от линейного закона.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотномодулированных генераторов.
Устройство содержит смеситель, усилитель промежуточной частоты, два строб-каскада, блок памяти частоты, две линии задержки, амплитудный детектор, усилитель, автогенератор, делитель частоты, переключатель, фазовращатель, фазовый
50 синхронизируемый генератор, третья линия задержки и сумматор, выход сумматора соединен с входом синхронизируемого генератора, вход сумматора является входом блока памяти частоты, выход синхронизируемого генератора является выходом блока памяти частоты, Работа устройства заключается в следующем, Делитель частоты вырабатывает синхронизирующие импульсы из опорного напряжения автогенератора. Под их воздействием запускается осциллограф, а первым генератором пилообразного напряжения формируют ся импульсы пилообразной формы, поступающие. на модулирующий вход часто1 но-модулированного генератора, который вырабатывает сигнал с линейно изменяющейся частотой. Этот сигнал подается на вход ширбкополосного дифференцирующего четырехполюсника; включающего первую линию задержки, смеситель и преобмодулятор, два генератора пилообразного напряжения, электронно-счетный частотомер, два фазовых детектора, осциллограф, вычитатель, частотно-модулированный ге5 нератор, видеоусилитель и интегратор. Причем, блок памяти частоты содержит сумматор. синхронизируемый генератор и третью линию задержки, При этом в устройстве соединены последовательно автогене10 ратор, делитель частоты, первый генератор пилообразного напряжения, частотно-модулированный генератор, первая линия задержки, фазовый модулятор, усилитель, смеситель, усилитель промежуточной часто15 ты,первый строб-каскад, блок памяти частоты, фазовращатель, первый фазовый детектор, вычитатель, интегратор, видеоусилитель, осциллограф. Синхронизирующие входы осциллографа и первого
20 строб-каскада подключены соответственно к первому и второму выходу делителя частоты, выход блока памяти частоты соединен с выходом электронно-счетного частотомера.
Первый выход делителя частоты через вто25 рой генератор пилообразного напряжения соединен с управляющим входом фазового модулятора, выход усилителя промежуточной частоты через последовательно соединенные вторую линию задержки, ЗО амплитудный детектор, второй строб-каскад, второй фазовый детектор подключен ко второму входу вычитателя. Вторые входы фазовых детекторов, переключателя и сме- сителя соединены с выходами соответст35 венно переключателя, второй линии задержки, блока памяти частоты и частотномодулированного генератора, В блоке памяти частоты соединены последовательно
1781632
20
50
I разователь частоты, содержащий фазовый модулятор, усилитель и второй генератор пилообразного напряжения, Частота смещения преобразователя частоты F - 1/Тп (где Тп — длительность импульса пилообразного напряжения) выбирается с таким расчетом, чтобы она была значительно больше предполагаемых отклонений мгновенной частоты исследуемых линейно-частотно-модулировэнных (ЛЧМ) сигналов от линейного закона изменения частоты во времени. Задержанный сигнал, смещенный по частоте на величину F
Кэ выходе смесителя образуются комбинационные составляющие разностной и суммарной частоты. Сигнал разностной частоты выделяется усилителем промежуточной частоты. Запоминание частоты сигнала с выхода усилителя промежуточной частоты осуществляется с помощью блока памяти частоты, Для этого, в момент окончания переходных процессов в смесителе, на первый строб-каскад подается разрешающий импульс с выхода делителя частоты и сигнал с усилителя промежуточной частоты через первый строб-каскад, сумматор блока памяти частоты подается на синхронизируемый генератор. Длительность разрешающего импульса выбирается так, чтобы за время его действия в синхронизируемом генераторе закончился переходный процесс и установился бы стационарный режим, Поддержание постоянной частоты синхронизируемого ге- 35 нератора в течение длительности ЛЧМ вЂ” радиоимпульса осуществляется с помощью петли самосинхронизации, в состав которой входит третья линия задержки и сумматор.
Чтобы не потерять информацию об измеряемых параметрах в начале импульса; сигнал с выхода усилителя промежуточной частоты подается на второй вход первого фазового детектора через вторую линию задержки, время задержки которой равно суммарному времени переходных процессов в смесителе и синхронизируемом генераторе блока памяти частоты. Сигнал с блока памяти частоты через фэзоврэщэтель и переключатель поступает на первый вход первого фазового детектора. Выходное напряжение первого фазового детектора пропорционально мгновенной разности фаз колебаний синхронизируемого генератора блока памяти частоты и сигнала с выхода усилителя промежуточной частоты, Напряжение с выхода блока памяти частоты поступает на второй вход второго фазового детектора через переключатель, а нэ первый вход — через второй строб — каскад, открываемый во время длительности радиоимпульсэ напряжением амплитудного детектора, Влияние переходных процессов на результат измерения отклонений модуляционной характеристики частотно-модулированного генератора устраняется в вычитателе после вычитания выходных сигналов первого и второго фазовых детекторов, причем тем лучше, чем выше идентичность их характеристик. Поэтому информация, содержащаяся на начальном участке характеристики,не теряется.
Выходное напряжение вычитателя через интегратор и видеоусилитель подается на осциллограф, на экране которого можно наблюдать отклонение модуляционной характеристики частотно-модулированного генератора от линейного закона. Паразитная амплитудная модуляция сигнала на выходе усилителя промежуточной частоты влияет нэ точность измерения этих отклонений. Для учета ее влияния переключатель переводится во второе положение, в котором сигнал с выхода блока памяти частоты поступает на первый вход первого фазового детектора, минуя фазовращатель. Тем самым рабочая точка первого фазового детектора смещается в область, где фазовый детектор практически не чувствителен к изменению разности фаз входных колебаний, и его выходной сигнал пропорционален только парэзитной амплитудной модуляции. Вычитание результата этого измерения из результата, полученного с учетом влияния паразитной амплитудной модуляции, обеспечивает повышение точности измерения отклонений модуляционной характеристики частотно-модулированного генератора от линейного закона, Измерение средней скорости изменения частоты ЛЧМ сигнала осуществляется с помощью электронно-счетного частотомера, подключенного к выходу блока памяти частоты, частота которого пропорциональна средней скорости изменения частоты.
Широкое распространение в радиолокации и других областях радиотехники получили длинноимпульсные и квазинепрерывные
ЛЧМ сигналы с большой базой (m > 10000).
Разработанные в настоящее время прецизионные цифровые формирователи ЛЧМ сигналов позволяют формирователь такие сигналы с весьма малыми значениями от. клонений AF(t) частоты от линейного закона, т.е. обладают малой нелинейностью модуляционной характеристики, Вместе с тем проведенные исследования показали что наиболее. существенное влияние на оптимальную обработку ЛЧМ сигналов оказывают низкочастотные составляющие внутриимпульсных отклонений Ь-() от ли1781632
40
50 нейнога закона (с периодом корреляции сравнимой и больше длительности т„ЛЧМ сигнала), которые вызывают смещение и изменение формы главного. лепестка сжатого сигнала (4), Это приводит к ухудшению точности измерения и к ухудшению вероятности правильного обнаружения целей в радиолокации. Поэтому при оценке качества формируемых ЛЧМ сигналов важно оценивать величину низкочастотных составляющих отклонений hF(t) частоты от линейного закона.
Прототип имеет низкую чувствительность по измерению отклонений hF(t) от л иней ного за кона (нелинейности модуляцион н ых характеристик ЧМ генераторов) и средней скорости у изменения частоты, что не позволяет измерять среднюю скорость изменения частоты ЛЧМ сигналов с большой базой (m > 10000), имеющих малые значения у. Это объясняется тем, что чувствительность метода дифференцирующего четырехпалюсника, реализуемого в прототипе, определяется величиной задержки тэ линии задержки (4,5). Кроме того, прототип не позволяет измерять низкочастотные (медленные) отклонения AF(t) (медленные отклонения модуляционных характеристик
ЧМ генераторов) от линейного закона, т.к. в амплитудной частотной характеристике дифференцирующего четырехпол асника имеется провал вблизи нулевой частоты (5).
Нижняя граничная частота F>(t), которую можно измерить прототипом, определяется величиной задержки t3 линии задержки и шумами тракта ат смесителя дифференцирующега четы рехполюсника до входа фазового детектора и может составлять ат десятков Гц да сотен кГц в зависимости от амплитуды низкочастотных (медленных) отклонений hF(t) ат линейного закона (индекса модуляции m< (5). Для увеличения чувствительности и расширения нижнего предела диапазойа измеряемых величин уменьшения нижней граничной частоты
F, (t) необходимо увеличивать время задержки t3-линии задержки.
В подобных устройствах, также как и в прототипе, для задер>кки сигнала с сохранением ега структуры, используют кабельные линии задержки, которые не имеютдисперсианных cBoAGTs и обладают широкой полосой прапускания, что особенно важно для задержки ЛЧМ сигналов, обладающих широким спектром. Однако получение больших величин задержек (балее нескольких микросекунд), наталкивается на значительные трудности, связанные с большим весом и габаритами кабельных линий задержки.
Кроме того, для компенсации затухания сигналов в такой линии задержки, необходимо использовать большое количество усилителей, что приводит к усложнению и удорожанию устройства. Все эти факторы не позволяют получить время задержки t> в прототипе более нескольких микросекунд.
На практике в подобных измерителях используют кабельные линии задержки с t>40,1...1 мкс.
Таким образом, недостатками прототипа являются низкая чувствительность по измерению отклонений модуляционных характеристик ЧМ генераторов от линейного закона и средней скорости изменения частоты, а также ограниченный нижний предел диапазона измеряемых величин.
Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение нижнего предела диапазона измеряемых величин.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее электронно-счетный частотомер, второй генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый строб — каскад, блок памяти частоты, фазовращатель, переключатель, первый фазовый детектор, вычитатель, интегратор, видеоусилитель и осцилллограф, последовательно соединенные вторую линию задержки, амплитудный детектор, второй строб — каскад и второй фазовый детектор, выход которого Подключен к второму входу вычитателя, последовательно соединенные автогенератар, делитель частаты, первый генератор пилообразного напряжения и частотно-мОдулированный генератор, последовательно соединенные первую линию задержки, первый фазовый модулятор и первый усилитель, при этом синхранизирующие входы осциллографа и первого строб-каскада подключены соответственно к первому и второму выходам делителя частоты, первый выход делителя частоты через второй генератор пилообразного напряжения соединен со вторым вхадом первого фазового модулятора, выход усилителя проме>куточнай .частоты соединен с входом второй линии задержки, выход которой подсоединен ко второму входу первого фазового детектора, выход блока памяти частоты соединен с входом электронно-счетного частотомера, са вторым входом переключателя и входом второго строб-каскада, выход переключателя подсоединен к второму входу второго фазового детектора, дополнительно введены последовательно соединенные второй направленный аттенюатар, второй сумма1781632
10 второго сумматора соединен с входом второго полосового фильтра, выход второго генератора пилообразного направления 15
35
50 тор, второй фазовый модулятор и второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные первый направленный аттенюатор и первый сумматор, выход которого соединен с входом первой линии задержки, а также первый и второй полосовые фильтры, выходы которых подключены соответственноо к первому и второму входам смесителя, вход первого полосового фильтра подключен к выходу первого усилителя и второму входу первого сумматора, выход соединен с вторым входом второго фазового модулятора, входы первого и второго направленных аттенюаторов объединены и подключены к выходу частотно-модулированного генератора.
Устройство содержит второй полосовой фильтр 1, смеситель 2, усилитель 3 промежуточной частоты, первый строб-каскад 4, блок памяти частоты 5, вторую линию задержки 6, амплитудный детектор 7, автогенератор 8, делитель частоты 9, второй усилитель
10, первый полосовой фильтр 11, переключатель 12, фазовращатель l3, второй стробкаскад 14, второй фазовый модулятор 15, первый фазовый модулятор 16, первый усилитель 17, электронно-счетный частотомер
18, второй фазовый детектор 19, второй сумматор 20, первую линию задержки 21, второй генератор пилообразного напряжения
22, осциллограф 23, первый фазовый детектор 24, вычитатель 25, второй направленный аттенюатор 26, первый направленный аттенюатор 27, первый сумматор 28, видеоусилитель
29, интегратор 30, частотно-модулированный генератор 31, первый генератор пилообразного напря>кения 32.
При этом в устройстве соединены последовательно автогенератор 8, делитель частоты 9. Генератор пилообразного напряжения 32, частотно-модулированный генератор 31, направленный аттенюатор 27 сумматор 28, линия задер>кки 21, фазовый модулятор 16, усилитель 17, полосовой фильтр 11, смеситель 2, усилитель промежуточной частоты 3, строб — каскад 4, блок памяти частоты 5, фазовращатель 13, переключатель 12, фазовый детектор 24, вычитатель 25, интегратор 30, видеоусилитель
29, осциллограф 23, синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом делителя частоты 9 и входом генератора 22 пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторыми входами фазовых модуляторов 15 и 16. Последовательно соединены направленный аттенюатор 26, сум20
45 матор 20, фазовый модулятор 15, усилитель
10, выход которого подключен к второму входу сумматора 20, выход которого через полосовой фильтр 1 соединен с вторым входом смесителя 2, Выход усилителя 17 соединен со вторым входом сумматора 28, а вход направленного аттенюатора 26 подключен к выходу частотно-модулированного генератора 31, второй выход делителя частоты 9 соединен с синхронизирующим входом строб-каскада 4. Последовательно соединены линия задержки 6, амплитудный детектор 7, строб-каскад 14, фазовый детектор
19, выход которого подсоединен к второму входу вычитателя 25, а второй вход фазового детектора 19 соединен с выходом переключателя 12, Входы электронно-счетного частотомера 18,переключателя 12 и строб-каскада 14 объединены и подключены к выходу блока памяти частоты 5, Выход линии задержки 6 подключен к второму входу фазового детектора 24, а вход соединен с выходом усилителя промежуточной частоты 3.
Работа предлагаемого устройства заключается в следующем.
Делитель 9 частоты вырабатывает синхронизирующие импульсы из опорного напряжения автогенератора 8. Под их воздействием запускается осциллограф 18, а генератором 32 пилообразного напряжения формируются импульсы пилообразной формы, поступающие на модулирующий вход частотно-модулированного генератора
31, Частотно-модулированный генератор 31 вы рабаты вает Л Ч М сигнал, который подается на входы направленных аттенюаторов 26 и 27, которые являются входом широкополосного дифференцирующего четырехполюсника. С выхода направленных аттенюэторов26 и 27ЛЧМ сигналы поступают на входы рециркуляторов, состоящие в одном плече дифференцирующего четырехполюсника из сумматора 20, фазового модулятора.15 и усилителя 10, а в другом плече— из сумматора 28, линии задержки 21, фазового модулятора 16 и усилителя 17. Первые входы сумматоров 20 и 28 являются входами рециркуляторов. Циркуляция ЛЧМ сигналов осуществляется по цепям, где B одном плече: сумматор 20 — фазовый модулятор 15 — . усилитель 10 — сумматор 20, в другом плече; сумматор 28- линия задержки 21 — фазовый модулятор 16 — усилитель 17 — сумматор 28.
Для исключения самовозбуждения в рециркуляторах козффициент усиления усилителей 10 и 17 выбирается таким, чтобы общий коэффициент обратной связи Кос в рециркуляторах был не более 0,8, При этом после каждого цикла рециркуляции ЛЧМ сигналы
1781632
45 его частота и фаза с помощью синхронизируемого генератора. Длительность разре- 50
55 детектора 24 через линию задерлтки о, еpg смещаются по частоте с помощью фазовых модуляторов в одном плече дифференцирующего четырехполюсника íà Fc e и на
Рсдв + у т (где у и рзс корость частотной модуляции ЛЧМ сигнала и величина задержки в линии задержки 21) в плече дифференцирующего четырехполюсника, содержащего линию задержки 21. Частота смещения Fcq>
= 1Tï (где Тл — длительность импульса генератора пилообразного напряжения 22) выбирается из условия Fcps > Ю (где hf— девиация частоты ЛЧМ сигнала), что необходимо для предотвращения перекрытия по частоте ЛЧМ сигналов в соседних циклах рециркуляции (фиг.2а,б). С выхода сумматора 20 полосовым фильтром 1 выделяется
N-1 ЛЧ М сигнал после циркуляции имеющий сдвиг по частоте, равный (N-1)Fcpe, а с выхода усилителя 17 полосовым фильтром 11 выделяется N-й ЛЧМ сигнал, имеющий сдвиг по частоте равныйй(Рсд +утз (фиг.26) и задержанный во времени на величину равной
N т,, Таким образом на входы смесителя 2 поступают незадержанный и задержанный на N т ЛЧМ сигналы. При этом время задержки ЛЧМ сигнала увеличено в N-раэ за счет использования рециркулятора. Применение рециркулятора в другом плече дифференцирующего четырехполюсника позволяет сохранить постоянной частоту
Fcpa разностного сигнала на выходе смесителя 2, а также исключить влияние искажений, вносимых элементами рециркуляторов тем лучше, чем выше идентичность их характеристик -в обоих плечах дифференцирующего четырехполюсника. Усилителем 3 промежуточной частоты с выхода смесителя 2 выделяется сигнал разностной частоты с центральнойчастотойравной Fcgs+ N + ух,,Запоминание частоты сигнала с выхода. усилителя
3 промежуточой частоты осуществляется с помощью блока памяти частоты 5. Для этого в. момент окончания переходных процессов в смесителе 2 на строб-каскад 4 подается разрешающий импульс с выхода делителя 9 частоты и сигнал с усилителя 3 промежуточной частоты через строб-каскад 4 подается на блок памяти частоты 5, где запоминается шающего импульса выбирается так, чтобы эа время его действия в синхронизируемом генераторе блока памяти частоты 5 закончился переходной процесс и установился бы стационарный режим.
Чтобы не потерять информацию об измеряемых параметрах в начале импульса, сигнал с выхода усилителя 3 промежуточной частоты подается на второй вход фазового
40 мя задержки которой равно суммарному времени переходных процессов в смесителе 2 и блоке памяти частоты 5. Сигнал с блока памяти частоты 5 через фазовращатель 13 и переключатель 12 поступает на первый вход фазового детектора 24. Выходное напряжение фазового детектора 24 пропорционально мгновенной разности фаз колебаний синхронизируемого генератора блока памяти частоты 5 и сигнала с выхода усилителя 3 промежуточной частоты. Напряжение с выхода блока памяти частоты 5 поступает на второй вход фазового детектора
19 через переключатель 12, а на первый вход — через строб — каскад 14, открываемый во время длительности радиоимпульса напряжением амплитудного детектора 7. Влияние переходных процессов на результат измерения отклонений модуляционной характеристики частотно-модулированного генератора 31 устраняется в вычитателе 25 после вычитания выходных сигналов фазовых детекторов 19 И 24, причем тем лучше, чем выше идентичность их характеристик, Поэтому информация, содержащаяся на начальном участке характеристики фазового детектора 24,не теряется.
Выходное напряжение вычитателя 25 через интегратор 30, видеоусилитель 29 подается на осциллограф 23, на экране которого можно наблюдать отклонения модуляционной характеристики частотномодулированного генератора от линейного закона. Паразитная амплитудная модуляция сигнала на выходе усилителя промежуточной частоты 3 влияет на точность измерения этих отклонений. Для учета ее влияния переключатель 12 переводится во второе положение, в котором сигнал с выхода блока памяти частоты 5 поступает на первый вход фазового детектора 24, минуя фазовращатель 13. Тем самым рабочая точка фазового детектора 24 смещается в область, где фазовый детектор практически не чувствителен к изменению разности фаз входных колебаний, и его выходной сигнал пропорционален только паразитной амплитудной модуляции. Вычитание результата этого измерения из результата, полученного с учетом влияния паразитной амплитудной модуляции, обеспечивает повышение точности измерения отклонений модуляционной характеристики частотно-модулированного генератора 31 or линейного закона.
Измерение средней скорости изменения частоты ЛЧМ сигнала осуществляется с помощью электронно-счетного частотомера
18, подключенного к выходу блока памяти частоты 5, частота которого пропорциональсредней скорости изменения частоты.
1781632
В качестве направленных аттенюаторов
26 и 27 могут быть использованы, например, ферритовые СВЧ вентили, а также усилители на транзисторах или ЛБВ. Они предназначены для развязки ЛЧМ сигналов в плечах 5 дифферен цирующего четы рехполюсника, т..е. исключение взаимного прохода ЛЧМ сигналов одного плеча дифференцирующего четырехполюсника в другое. Сумматоры
20 и 28 служат для сложения "прямых" ЛЧМ 10 сигналов с выходов направленных аттенюаторов 26 и 27 соответственно с ЛЧМ сигналами с выходов усилителей 10 и 17. В качестве сумматора 20 и 28 могут быть использованы, например, сумматоры на рези- 15 сторах.
Паласовые фильтры 1 и 11 служат для выделения ЛЧМ сигналов с центральными частотами соответственно (N — 1) Fcgo+fe и
К(Рсдв + угу+ Ь {где 4 — центральная часто- 20 та Jl "ЧМ сигнала на выходе частотно-модулированного генератора 31). В качестве паласовых фильтров могут быть использованы, например, LC фильтры, либо фильтрй на отрезках длинных линий. 25
B качестве фазовых модуляторов 15 и 16 могут использоваться фазовращэтели на лампах бегущей волны (ЛБВ) и их твердотельных аналогах. Усилители 10 и 17 широкополосные, имеющие полосу рабочих 30 частот единицы ГГц. Могут выполняться на транзисторах или на ЛБВ.
Таким образом, поставленная цель достигается за счет увеличения в N раз времени задержки t3 ЛЧМ сигнала в дифференцирую- 35 щем четырехполюснике, путем рециркуляции
его в кольце; сумматор 28 — линия задержки
21 — фазовый модулятор 16 — усилитель 17— сумматор 28.
В базовом абьекте повышение чувстви- 40 тельности достигается за счет умножения девиации частоты Л f и внутриимпульсных отклонений частоты от линейного закодэ
6F(t) исходного ЛЧМ сигнала с помощью фазового модулятора, При использовании 45 современных фазовых модуляторов на ЛБВ или ее твердотельных аналогов можно получить улучшение чувствительности не более, чем в 7...8 раз.
Оценим выигрыш в чувствительности 50 предлагаемого устройства. Как известно, чувствительность метода дифференцирующего четырехполюсника определяется выра>кением
e(t)=u4 Ч (t Л F (т)1 при < =" r, (1) 55 где e(t) — напря>кение сигнала ошибки на выходе фазового детектора 24;
0о — максимальное значение модуля напряжения на выходе фазового детектора;
V(.) — передаточная характеристика фазового детектора 24. Из формулы (1) следует, что напряжение e(t) ошибки на выходе фазового детектора прямо пропорционально величине ca времени задержки линии задер>кки 21. Рассчитаем максимально возможное число N-количество циркуляций
ЛЧМ сигнала в рециркуляторе, а значит и число, показывающее во сколько рэз можно увеличить величинут . При этом будем исходить из допустимого отношения сигнал/шум на выходе рециркулятора (на выходе полосового фильтра 11). Известно, что наибольший вклад в шумовую составляющую вносят побочные продукты преобразования на выходе фазового модулятора. В настоящее время достигнут коэффициент подавления нежелательных составляющих — 50 дБ и более, Тогда, учитывая что общий коэффициент обратной связи Ко с рециркулятора составляет порядка 0,8 и допустимое отношение сигнал/шум на выходе паласовых фильтров 1 и 11 должно быть не менее
-20 дБ (при этом точность измерителя составляет 0,1...0,01%), а также то, что после каждой циркуляции в рециркуляторе амплитуда основной состэвляющейуменьшается в
Ко с раза, а шумы аддитивно складываются, получим выражение:
10lg К вЂ” 50 дБ — N 10 lg Ко.с -20дБ.
Решая это уравнение относительно N, при Ко.с = 0,8, получим N < 18. Таким образом, количество циркуляций, исходя из до- пустимого ухудшения отношения сигнал/шум составляет порядка 18, что при частотах сдвига Есд = 15...20 МГц и ширине полосы пропускания усилителей 10 и 11 порядка несколько сотен МГц вполне реализуемо. Отсюда следует, что увеличение тз (павы ш ение чувствител ь ности) можно обеспечить порядка в 18 раз, тем самым, по сравнению с базовым объектом, улучшить чувствительность в 2...2,5 раза.
Базовый обьект имеет ограниченный нижний предел диапазона измеряемых величин (большое значение нижней граничной частоты Рн() внутриимпульсных отклонений частоты ат линейного закона hF(t),),ограниченный малым значением величины задержки z> линии задержки и конечной чувствительностью Ар> п фазового детектора.
Оценим расширение нижнего предела диапазона измеряемых частот. Как известно, прохождение Ч М колебания через дифференцирующий четырахполюсник эквивалентно пропускэни о лодулирующей функции Ю (т) через линейную цепь, амплитудно-частотная характеристика которой имеет вид
1781632
10 ки
30
50 тз
n =-2 myosin где тц- индекс (амплитуда) модулирующей функции на частоте F;
Q = 2 z I=- угловая частота модулирующей функции; хз — величина задержки линии задержПриравнивая n = h,rp i - чувствительность фазового детектора и решая уравнение относительно F получим выражение для значения нижней граничной частоты:
FH . arcsln
1 фя|п л тз 2.mp
В базовом объекте уменьшение FH достигается увеличением mq (амплитуды модулирующей фун кции) на входе дифференцирующего четырехполюсника, Однако, как было отмечено выше, увеличение п|чумножение 5 f возможно с помощью типовых фазовых модуляторов не более чем в 7...8 раз, тогда как в предлагаемом устройстве увеличение t> достигается в 18 раз.
Следовательно, можно обеспечить расширение нижнего предела диапазона измеряемых величин в предлагаемом устройстве в 2...2,5 раза. Кроме того, увеличение хз в N раз улучшает точность измерения средней скорости изменения частоты 1, так как это увеличивает значение частоты на выходе
/ блока памяти 5 частоты равной F N,по значению которой с помощью электронйосчетного частотомера 18 определяется у и позволит определять параметры частотномодулированного генератора с малыми значениями 7.
Таким образом, данное устройство по сравнению с известными, позволяет за счет увеличения времени задержки ЛЧМ сигнала в дифференцирующем четырехполюснике повысить чувствительность и расширить нижний предел диапазона измеряемых величин порядка в 2...2,5 раза, Формула изобретения
Устройство для измерения средней скорости изменения частоты и линейности модуляционных характеристик частотномодулированных генераторов, содер>кащее электронно-счетный частотомер, последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый строб-каскад, блок. памяти частоты, переключатель, первый фазовый детектор, вычитатель, интегратор, видеоусилитель и осциллограф, последовательно соединенные вторую линию задержки, амплитудный детектор, второй строб — каскад и второй фазовый детектор, последовательно соединенные автогенератор, делитель частоты, первый генератор пилообразного напряжения и частотно-модулированный генератор, последовательно соединенные первую линию задержки, первый фазовый модулятор и первый усилитель, синхронизирующие входы осциллографа и первого строб-каскада йодключены соответственно к первому и второму выходам делителя частоты, выход второго генератора пилообразного напряжения соединен с вторым входом первого фазового модулятора, выход усилителя промежуточной частоты соединен с входом второй линии задержки, выход которой подключен к второму входу первого фазового детектора, выход блока памяти частоты соединен с входом электронно-счетного частотомера, с вторым входом переключателя и входом второго строб — каскада, выход переключателя подключен к второму входу второго фазового детектора, выход фазовращателя соединен с вторыми входами переключателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения нижнего предела диапазона измеряемых величин, в него дополнительно введены последовательно соединенные первый направленный аттенюатор и первый сумматор, выход которого соединен с выходом первой линии задержки, последовательно соединенные второй направленнь и аттенюатор, второй сумматор, второй фазовый модулятор и второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, а также первый и второй полосовые фильтры, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам смесителя, вход первого полосового фильтра подключен к выходу первого усилителя и второму входу первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом второго полосового фильтра, выход второго генератора пилообразного напряжения соединен с вторым входом второго фазового модулятора, входы первого и второго направленных аттенюаторов объединены и подключены к выходу частотно-модулированного генератора.
1781632
Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал
Корректор Н.Гунько
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 4272 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
