Способ измерения частотных характеристик группового времени запаздывания
Иллюстрации
Показать всеРеферат
Использова ние изобретение относится Y области радиоизмерений Существо изо бретения с целью уменьшения времени измерения частотных характеристик группового времени запаздывания при включенном исследуемом объекте измеряют значения группового времени запаздывания и уровня сигнала одновременно, а при отключенном - дополнительно устанав ливают на каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям , измеренным при включенном исследуемом объекте 1 ил
союз го)пг-cских соl !игл! 1ст ич г с к их
РРСПУБЯИ(к (5))5 G 01 К 27/28
I С)СУД)АРСTHEi1(Ь)И КаГЛИТРТ
Г)О ИЗС)ГРETEHMRV) И ОТКРЬ)ТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К АВТОРСКОМУ -СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 4902412/21
22 14.01.91
46 15.09.92. Бюл. N. 34
71 Красноярский политехнический институт
72) А.С. Глинченко и В,И. Сердюк ,56) Авторское свидетельство С::СР
М 1555697; кл. G 04 F 1О/06. 1990. (54) С !.) О СО Б ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ГРУППОВОГО ВРЕМЕНИ ЗАПАЗДЫВАНИЯ (57} Использование: изобретение относится к области радиоизмерений. Существо иэоИзобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для измерения частотных характеристик группового времени запаздывания (ЧХ ГВЗ) радиоустройств с территориально нераэнесенным входом- выходом. в том числе фильтров на ПАВ и функциональных устройств на их основе.
Точность измерения ЧХ ГВЗ существенно зав(лсит от собственных аMïëèòóäной и частотной погрешностей измерителя. Основными способами уменьшения влияния их на точность измерения ЧХ ГВЗ являются компенсация отклонений уровня сигнала в измерительном тракте с по) )ощью управляемого аттенюатора -- для амплитудной погрешности и измерение и вычитание собственной ЧХ ГВЗ измерителя — для частотной погрешности. Эти сг:особы связаны с проведением достаточно большого объема дополнительных операций, существенно увеличивающих общее врем измерения ЧХ
ГВЗ. особеннно для таких обьектов, как фильтры на ПАВ и функциональ)ые устройства на их основ"„, которые ха актеризуются .широкой относи«.льной полосо)1 пропуска. БЫ«„1762270 А1 бретения: с целью уменьшения времени измерения частотных характеристик группового времени запаздывания при включенном исследуемом объекте измеряют значения группового времени запаздывания и уровня сигнала одновременно, а при отключенном — дополнительно устанавливают на каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям, измеренным при включенном исследуемом объекте. 1 ил. ния — до 50 и интервалом пульсаций ЧХ
ГВ3 порядка (50-100) кГц, требующим выбора малого шага изменения частоты. В связи с этим возникает задача оптимизации точных измерений ЧХ ГВЗ с целью минимизации общих затрат времени на их проведение.
Наиболее близким к предлагаемому является способ, в соответствии с которым при включенном в измерительный тракт исследуемом объекте устанавливают начальный номинальный уровень сигнала в измерительном тракте, изменяют значение частоты сигнала с соответствующим шагом в пределах заданного частотного диапазона, измеряют и запоминают уровень сигнала в измерительном тракте на каждой частоте, компенсируют отклонения уровн сигнала от номинального значения, выэыв, емые неравномерностью АЧХ исследуемого объекта, затем измеряют и запоминаютэначения ГВЗ, устанавливают начальный номинальный уровень сигнала B измерительном тракте при отключенном исследуемом объекте, измеряют значения ГВ3 на тех же частотах и вычитают их из значений ГВЗ, 1762270
5 10
ЗО измеренных при включенном исследуемом объекте.
Недостатком известного способа является то, что операции по уменьшению влияния амплитудной и частотной погрешностей на точность измерения ЧХ ГВЗ осуьцествляют раздельно во времени, в результате чего возрастэетобщее время измерения ЧХ ГВЗ.
Целью изобретения является уменьшение времени измерения ЧХ ГВЗ, Этэ цель достигается тем, что в способе измерения ЧХ ГВЗ, заключающемся в установлении начального номинального уровня сигнала в измерительном тракте, изменении частоты сигнала q заданным шагом н пределах заданного частотного диапазона и измерении и запоминании на каждой частоте значений ГВЗ и уровня сигнала в измерительном тракте при включенном исследуемом объекте, а также измеренил значений ГВЗ нэ тех >ке частотах при отключенном исследуемом объекте и вычитании их из значений ГВЗ,измеренных при вкл)оченном исследуемом объекте, измеряют значения ГВЗ и уровня сигнала при включенном исследуемом объекте одновременно, а прл отклюЧенном исследуемом объекте дополнительно уста",авливают на каждой частоте уровни сигнала в измери ельном тракте, равные их значе:,иям, измеренным прл включенном исследуемом объекте.
Реализация способа иллюстрируется структурной схемой устройства, показаннол на чертеже.
Устройство содержит последовательно соединенные дискретно перестраиваемый генератор модулированных сигналов 1 с подключенным к нему модуляционным генератором 2, первый аттенюатор 3, коммутатор 4 с лсследуемым объектом 5, второй аттенюатор 6, усилитель 7, демодулятор 8 и .":зм ритель разности фаз 9, соединенный
BT0pb1Ni Входом с выходом модуляциОнного генератора 2, а также измери гель уровня 10, подклю-генный ко входу демодулятора 8 и блок 11 управления и обработки, который через системную магистраль 12 соединен с сигнальным 1 и модуляционным 2 генераторами, коммутатором 4, аттенюаторами 8.",. измерителями уровня 10 и разности фаз 9.
В соответствии с предлагаемым способом измерения "IX ГВЗ выполняют слсдующим образом. (соответствующим клеммам измерителя VX ГВЗ подключают исследуемый объект, например, ПАВ-фильтр. На од oA из частот заданного частотного диапазона с помощью управляемого аттенюатора устанавливают йачальный номлнальный уровень сигнала в контролируемой точке измерительного тракта. например, на входе или выходе демодулятора. Затем, изменяя частоту сигнала в заданном частотном диапазоне и с заданным шагом, на каждой i-й частоте f измеряют и запоминают одновременно значения ГВЗ и уровня сигнала в измерительном тракте.
Результаты измерения ГВЗ t i при этом включают в себя истинные значения ГВЗ
-,з х- и погрешности, зависящие от частоты сигнала Л1зи (собственной неравномерности ЧХ ГВЗ измерителя) и изменений уровня сигнала Atria, вызываемых неравномерностью АЧХ исследуемог0 объекта, т.е.
t зl = Сз!х + Л t3if + Лt3ia. Далее отключают исследуемый объект, замыкая соответствующие клеммы измерителя и на тех же частотах fl одновременно с установкой частоты сигнала устанавливают такие же значения уровня сигнала E) измерительном тракте, как и при включенном llccl)c:, óe QM объекте.
Необходимые для этого управляющие воздействия на управляемый аттенюатор, задающий эти уровни, могут быть определены заранее, во время измерения значений ГВЗ и уровней сигнала при включенном исследуемом объекте. Процессы, связаннь,е с заданлем уровня сигнала в измерительном тракте будут проходить практически одновременно с процессами, связанными с установлением частоты и не приведут к увеличению общей длительности переходного процесса в измeðèòåëå при переходеодной частоты сигнала на другую. При заданных уровнях сигнала на каждой частоте
f также измеряют значения ГВЗ, которые приближенно соответствуют сумме частотНОй Л;з-;1. И аМПЛИтУДНОй Лтз з ПОГРЕШНОстей: "3i =Лайзу+Л з),. Эти значения затем вычитают из ранее измеренных значений ГВЗ t з при включенном исследуемом объекте: з = 7 з) t з! = тз х+ Л L taif B, В результате получают оценкиЧХ ГВЗ, практически не содержащле частотной N амплитудной составляющей погрешности.
Остаточная погрешность ЛЛЬу,, определяегся погрешностью измерительного аттенюатора, точностью измерения и установки уровней сигнала и временной стаблльностью характеристик самого измерителя.
Устройство, иллюстрирующее реализацию способа, работает следующим образом, При включенном визмерительныйтракт исследуемом объекте 5 (коммутатор 4 в по1762270 ложении а — а) на выходе дискретно перестраиваемого генератора модулированных сигналов 1 устанавливают одну из частот рабочего диапазона исследуемuro объекта 5 (например., нижнюю или среднюю), с модуляционного генератора 2 подают на него необходимую частоту модуляции Fm, а первым аттенюатором 3 понижают при необходимости уровень модулированного сигнала
Ur с выхода дискретно перестраиваемого генератора 1 до необходимого уровня на
ВХОДЕ ИССЛЕдуЕМОГО ОбЪЕКта 5: Uax = К;1 U<, где Кз1 — коэффициент передачи первого аттенюатора 3. Этот сигнал проходит через исследуемый объект 5, второй аттенюатор 6, усилитель 7 и демодулятор 8, где выделяется огибающая сигнала, Измерителем 10 измеряется уровень сигнала на входе демодулятора 8. Измеренное зна IBHvQ считывается в блок 11 управления и обработки, где сравнивается с номинальчым значением Ua. С помощью второго аттенюатора 6 устанавливается номинальное значение уровня сигнала в измерительном тракте 0 .
По завершении указанных операций гго настройке измерительного тракта под исследуемый обьект на блок 11 управления и обработки оператором задаются нижнее 4 и верхнее fa значения и шаг изменения частоты сигнала Л и начинается первый цикл измерения. При этом на каждой i-й частоте сигнала измерителями уровня 10 и разности фаз 9 одновременно измеряются значения уровня измерительного сигнала UI и фазового сдвига р, которые считываются в блок 11 управления и обработки и запоминаются в его оперативной памяти, Il0 этим значениям
s процессе измерения блоком 11 управления и обработки вычисляются значения ГВЗ
tai = p/(360 Fm ), а также значения коэффИцИЕНтОВ ПЕрЕдаЧИ К"a2i ВтсрОГО аттЕНЮатора 6, которым при отключении исследуемого объекта 5 из измерительного тракта будут соответствовать те >ке значения уровня измерительного сигнала Ul. что и при включенном исследуемом объекте:
К" a2i =. 0 /фгКуК "a1}, ГДЕ Ку ИЗВЕСТНОЕ ЗНачение коэффициента усиления усилителя
7, а К"« — значение коэффициента передачи первого аттенюатора 3, устанавливаемое при отключенном исследуемом объекте 5, Для получения максимального динамического диапазона устройства
К ai мОжнО принять paBHblM или близким к единице. При этом вычисляемые значения К"a2I на всех частотах не должны превышать единицы. Если это условие выполнЯетсл и пРи К"ai =- К,1, то коэффициент передачи первого аттенюатора 3 при откл|очении исследуемого объекта 5 может не изменяться.
После окончания первого цикла измерения коммутатор 4 переводится в положение
5 (Ь вЂ” b), отключая исследуемый обьект 5 из измерительного тракта, коэффициент передачи первого аттенюатора 3 устанавливается равным его значению К"ai и начинается второй цикл измерения (цикл калибровки).
10 При этом на каждоЙ i-й частоте сигнала производится установка соответствующего значения К" a2j и измерение фазового сдвига
1!
Gl èáàþ;öeé р, по которому вычисллютсл корректирующие значения ГВЗ
15 l:.-> = ф (360 Fm ). Длл контроля параллельно могут измеряться и значения уровня измерительного сигнала U";, которые не должны существенно отличаться от значений UI. ЗначениЯ I al вычитаютсл из t ai, в
20 результате чего получаетсл скорректированная ЧХ ГВЗ исследуемого обьекта 5: зпо= т ai < aj
По завершении второго (корректирующего) цикла вычисляется среднее значе25 (!
НИЕ ГВЗ 1з» = g 1з. Обй, ГДЕ N — ЧИСЛО .=1 точек ЧХ ГВЗ исследуемого объекта, в результате «el o получ-:åòñÿ ЧХ неоавномерности ГВЗ: г, := t, „, — 1з„„. Ее размах .является оценкой неравномерности ЧХ ГВЗ исследуемого обьекта 5.
Измеритель по заявляемому способу может практически полностью быть реализован на базе стандартизированных измерительных и вычислительных средств. В качестве дискретно перестраиваемого генератора модулированных сигналов 1 вдиапазоне частот до (500 — 1000) УГц применимы
4р генераторы сигналов программируемые типа Г4-164, Г4-176, в качестве модуляционного генератора 2 -- генераторы низкочастотные типа Г3-118, ГЗ-112!1 (с ручным управлением) и Г3-122 (с управлением через K0I1); первый аттенюатор 3 входит в состав генератора модулированных сигналов; коммутатор 4 реализуется на основе
ВЧ-реле; в качестве второго аттенюатора 6 применимы программируемые аттенюато50 ры типа ВМ577 с дискретом 0,1 дБ и ти а
ТТ4139/В с дискретом О, l дБ (пр-во Вен. рии); в качестве усилителя 7 можно использовать серийные широкополосные усилители типа УЗ-40; в качестве демодулятора 8 применимы серийные детекторные головки, например, М33403, в качестве измерителя уровня 10 — цифровой вольтметр
ВЗ-63 — высокочастотный, в качестве измерителя разности фаз 9 Ll,iiôðîjñ,a фазометр
ФК2-35; функции блока 11 управления и,об\
1762270 работки может выполнять специализиров"-нная или универсальная микро-ЭЕМ, нап, имер, ПЭВМ типа ДВК-3, "Нейроч" или
tl3M, Оценим быстродействие способа изме- 5 рения ЧХ ГВЗ, Время измерения в одной точке для первого и второго циклов измерения определяется следующим образом:
Т=Тз, f+ Туст,f+ гпах(Тиэм.у, Тизмх); 10
Т"=Тз.f+ Тэ.а+ гпах(Туст,а,Тустеп-Тз.а)+
+ Тиамат
Здесь обозначено: Тз.а, ТзЛ вЂ” время задания кода амплитуды и частоты, Туст.а, ТустЛ вЂ” время установления переходных процессов, связанных с изменением амплитуды и частоты сйгнала; Тизм,v, Тизмх — 20 время измерения уровня и ГВЗ сигнала. Для программно управляемых генераторов и аттенюаторов Тэ.f «Tóñò.f и Тэ.а =ТэЛ, время Туст.а реально меньше времени Туст.f, а время.Тизм.v соизмеримо с временем 25
Тизмх. С учетом этого суммарное время измерения будет равно:
Т =Т + Т"= Тз.а+ 2Тз,f+ Туст;1- Тз.а+
+ 2Тиэм.2=2 (Тэ,f+ Тустеп+ Тиэмх).
В известном способе на каждой частоте при включенном исследуемом объекте, т.е. в первом цикле измеряют. уровень сигнала в измерительном тракте, затем компенсиру.:,т его отклонения от номинального значения с помощью измерительного аттенюатора и далее измеряют значения
ГВЗ при неизменном уровне сигнала в из- 40 мерительном тракте; результаты измерения при этом практически не содержат амплитудной погрешности измерителя;
t ç i = зЛх+ Лтз. и+ Лтз.ia
Для коррекции частотной погрешности во втором цикле на тех же частотах измеряют собственную ЧХ ГВЗ измерителя при отключенном исследуемом объекте и номинальном уровне сигнала в измерительном тракте: I" ç.i = Л тзИ, После вычитания также г олуча ют
ta.1=чз.tx+ Л Жз.if, а.
Времена Т, Т" при этом складываются из следующих составляющих:
Т =ТзЛ+ Туст.f+ Тиэм,у+ Твыч.a+ Тз.а+
+ Туст.а+ Тизмх
Т"= Тз,f+ Тустеп+ Тизм. г
Т =Т + Т"= 2(Тэ.f+ Туст,f+ Тизм,т)+
+ Тизм,у+ Твыч.а+ Тз.а+ Туст.а, где Твыч.a — время вычисления кода аттенюатора.
Время измерения ЧХ ГВЗ в одной точке в данном случае оказывается больше времени Т заявляемого способа на время Л Т=Тизм.+ Твыч.а+ Тз,а+ Туст,а. С учетом указанных выше временных соотношений время Л Т вримерно равно времени
Т /2 заявляемого способа. Поэтому время измерения ЧХ ГВЗ известным способом оказывается в 1,5 раза больше, чем заявляемым, Для фильтров на ПАВ, где число измеряемых точек ЧХ ГВЗ может быть до нескольких сотен, получаемый в результате. использования заявляемого способа выигрыш может быть весьма существенным и составлять до (20 — 30) мин для каждого исследуемого ПАВ-фильтра. Одновременно уменьшается и влияние дестабилизирующих факторов, что повышает точность измерения, Таким образом, благодаря изменению порядка выполнения операций и введению новых операций общее время измерения ЧХ
ГВЗ уменьшено примерно в 1,5 раза, что и является целью изобретения.
Формула изобретения
Способ измерения частотных характеристик группового времени запаздывания, заключающийся в установлении начального номинального уровня сигнала в измерительном тракте, изменении частоты сигнала с заданным шагом в пределах заданного частотного диапазона и измерении на каждой частоте значений группового времени запаздывания и уровня сигнала в измерительном тракте при включенном исследуемом объекте, а также измерении значений группового времени запаздывания на тех же частотах при отключенном исследуемом обьекте и вычитании их из значений группового времени запаздывания, измеренных при включенном исследуемом обьекте, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени измерений, при включенном исследуемом обьекте измеряют значения группового времени запаздыва17б2270
Составитель А.Глинченко
Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Филь
Заказ 3258 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ния и уровня сигнала одновременно, а при отключенном исследуемом объекте дополнительно устанавливают íа каждой частоте уровни сигнала в измерительном тракте, равные их значениям, измеренным при включенном исследуемом объекте,