RU2503022C1 - Meter of phase-amplitude characteristics of frequency converter - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: meter of phase amplitude characteristics of a frequency converter is designed to determine phase error of frequency converters designed for operation in a wide dynamic range of inlet signals. The meter comprises the following serially connected components: a controlled source of test signals, the first controlled voltage divider, an investigated frequency converter, the second controlled voltage divider, a controlled signal switchboard, the first limiter amplifier, a phase detector, a microcontroller, a liquid crystal indicator, a controlled phase shift compensator, connected by its inlet to the outlet of the controlled source of test signals, and with the outlet - to the controlled switchboard of signals and the second amplifier-limiter, the outlet of which is connected to the inlet of the phase detector. Introduction of the second controlled voltage divider with appropriate control cycles into the device stabilised the level of the outlet signal of the investigated frequency converter and made it possible to increase accuracy of measurement of the phase and amplitude characteristic. To eliminate internal phase error of the introduced voltage divider, a controlled phase shift compensator is used in the intermediate frequency signal circuit, which is identical to the second controlled additional voltage divider. Introduction of appropriate links and their temporary switching with other elements of the device eliminates internal phase error of the voltage divider, which varies the level of the inlet measurement signal of the voltage converter.

EFFECT: higher accuracy of measurement of phase amplitude characteristics of frequency converters.

1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, и может быть использовано для определения фазовой погрешности преобразователей частоты, предназначенных для работы в широком динамическом диапазоне входных сигналов.The invention relates to measuring technique, and can be used to determine the phase error of frequency converters designed to operate in a wide dynamic range of input signals.

Преобразователь частоты - радиоэлектронное устройство для преобразования электрического (электромагнитного) сигнала путем переноса его спектра на некоторый интервал по оси частот, и является составным элементом в супергетеродинных радиоприемниках, а также в различных радиоизмерительных приборах - селективных вольтметрах, анализаторах спектра, модулометрах и девиометрах, установках для измерения ослаблений. Его применение в этих случаях позволяет снизить рабочую частоту основного тракта усиления и селекции сигнала, также сделать этот тракт неперестраеваемым, то есть, для настройки приемника на разные несущие частоты изменяется частота гетеродина преобразователя, несущая частота выходного сигнала остается неизменной (Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет. - 2002. - 352 с).A frequency converter is a radio-electronic device for converting an electric (electromagnetic) signal by transferring its spectrum to a certain interval along the frequency axis, and is an integral element in superheterodyne radio receivers, as well as in various radio measuring instruments - selective voltmeters, spectrum analyzers, modulometers and deviometers, installations for measurements of attenuation. Its use in these cases makes it possible to reduce the operating frequency of the main signal amplification and signal selection path, and also make this path non-tunable, that is, to tune the receiver to different carrier frequencies, the converter local oscillator frequency changes, the carrier frequency of the output signal remains unchanged (K. Klaassen measurements. Electronic methods and devices in measuring technology. M.: Postmarket. - 2002. - 352 s).

Фазоамплитудная зависимость является одной из важнейших характеристик любого измерительного преобразователя. Применимо к преобразователям частоты фазоамплитудная характеристика определяет зависимость фазы выходного сигнала преобразователя частоты при изменении амплитуды входного сигнала от минимального до максимального. Во многих случаях, а в особенности это касается нелинейных импульсных систем, которые проектируются с использованием приближенных методов, только измеренные фазоамплитудные характеристики позволяют сделать конечный вывод о важных аспектах ее качества (Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. М.: Радио и связь. - 1985. - 368 с).Phase-amplitude dependence is one of the most important characteristics of any measuring transducer. Applicable to frequency converters, the phase-amplitude characteristic determines the dependence of the phase of the output signal of the frequency converter when the amplitude of the input signal changes from minimum to maximum. In many cases, and in particular this concerns nonlinear impulse systems that are designed using approximate methods, only the measured phase-amplitude characteristics allow us to draw a final conclusion about the important aspects of its quality (V. Kukush, Electro-Radio Measurement. Moscow: Radio and Communications. - 1985 . - 368 s).

Известно устройство для измерения относительных амплитудно-частотных характеристик, содержащие генератор качающейся частоты, измеряемый обьект, амплитудный детектор, делитель, формирователь, опорного сигнала, индикатор, преобразователь частоты в напряжение, дифференциатор, компаратор, масштабный усилитель, амплитудный селектор, временной селектор, декадный счетчик, второй дешифратор, преобразователь частоты в код, первый дешифратор, блок хранения и выборки, коммутатор, второй амплитудный селектор, второй делитель, второй дифференциатор, третий дифференциатор, первый инвертор, второй инвертор, второй временной селектор, третий временной селектор, реверсивный счетчик, третий инвертор, второй компаратор, ключ и четвертый дифференциатор (патент РФ №2341807, МПК G01R 27/28). Основной недостаток связан с тем, что данное устройство решает только задачу определения амплитудно-частотных характеристик преобразователей частоты, не контролируя при этом фазоамплитудную и фазочастотную характеристики преобразователя частоты.A device for measuring relative amplitude-frequency characteristics, comprising a oscillating frequency generator, a measured object, an amplitude detector, a divider, a driver, a reference signal, an indicator, a frequency to voltage converter, a differentiator, a comparator, a scale amplifier, an amplitude selector, a time selector, a decade counter , second decoder, frequency to code converter, first decoder, storage and selection unit, switch, second amplitude selector, second divider, second differential a torus, a third differentiator, a first inverter, a second inverter, a second time selector, a third time selector, a reversible counter, a third inverter, a second comparator, a key and a fourth differentiator (RF patent No. 2341807, IPC G01R 27/28). The main disadvantage is that this device only solves the problem of determining the amplitude-frequency characteristics of frequency converters, without controlling the phase-amplitude and phase-frequency characteristics of the frequency converter.

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты, содержащие первый и второй генераторы качающейся частоты, блок управления, первый и второй делители сигналов, аттенюатор, первый переключатель, первый смеситель фазовой автоподстройки частоты, второй переключатель, третий переключатель, усилитель, второй смеситель фазовой автоподстройки частоты, первый фазовый детектор, вспомогательный смеситель, опорный смеситель, четвертый переключатель, второй фазовый детектор, перестраиваемый генератор промежуточных частот, пятый переключатель, делитель промежуточной частоты, испытуемый четырехполюсник с преобразователем частоты, шестой переключатель, смесители промежуточной частоты измерительного и опорного канала, индикатор и решающий блок, делитель с переменным коэффициентом деления, делитель сигнала гетеродина, третий фазовый детектор и опорный генератор (патент РФ №2257592, МПК G01R 27/28). Основной недостаток связан с тем, что в данном устройстве значительно усложнен процесс измерения фазоамплитудной характеристики, что приводит к увеличению собственной фазочастотной погрешности устройства, а в конечном итоге к снижению точности измерения.A device for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of quadripoles with a frequency converter, comprising first and second oscillating frequency generators, a control unit, first and second signal dividers, attenuator, a first switch, a first phase locked loop, a second switch, a third switch, an amplifier , second phase locked loop, first phase detector, auxiliary mixer, reference mixer, fourth switch, second phase detector, tunable intermediate frequency generator, fifth switch, intermediate frequency divider, tested four-terminal with frequency converter, sixth switch, mixers of intermediate frequency of the measuring and reference channels, indicator and decision block, divider with variable division ratio, local oscillator divider, third phase detector and a reference generator (RF patent No. 2257592, IPC G01R 27/28). The main disadvantage is the fact that in this device the process of measuring the phase-amplitude characteristics is significantly complicated, which leads to an increase in the inherent phase-frequency error of the device, and ultimately to a decrease in the measurement accuracy.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерения фазоамплитудных характеристик преобразователей частоты.The technical result of the claimed invention is to improve the accuracy of measuring the phase-amplitude characteristics of frequency converters.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом измерителе фазоамплитудных характеристик преобразователя частоты, состоящем из последовательно соединенных управляемого источника испытательных сигналов, первого управляемого делителя напряжения, исследуемого преобразователей частоты, второго управляемого делителя напряжения, управляемого коммутатора сигналов, первого усилителя -ограничителя, фазового детектора, микроконтроллера, жидкокристаллического индикатора. Дополнительно введенный управляемый компенсатором фазового сдвига соединен своим входом с выходом управляемого источника испытательных сигналов, а выходом - с управляемым коммутатором сигналов и вторым усилителем-ограничителем, выход которого подключен к входу фазового детектора. Второй выход управляемого источника испытательных сигналов соединен с гетеродинным входом исследуемого преобразователя частоты. Выходы микроконтроллера соответственно подключены к управляющим входам управляемого источника испытательных сигналов, первого управляемого делителя напряжения, второго управляемого делителя напряжения, управляемого коммутатора сигналов и управляемого компенсатору фазового сдвига.The technical result is achieved by the fact that in the proposed meter of phase-amplitude characteristics of a frequency converter, consisting of a series-connected controlled source of test signals, a first controlled voltage divider, a studied frequency converter, a second controlled voltage divider, a controlled signal switch, a first amplifier-limiter, a phase detector, a microcontroller , liquid crystal display. An additionally introduced controlled phase-shift compensator is connected by its input to the output of a controlled source of test signals, and the output is connected to a controlled signal switch and a second limiting amplifier, the output of which is connected to the input of the phase detector. The second output of the controlled source of test signals is connected to the heterodyne input of the investigated frequency converter. The outputs of the microcontroller are respectively connected to the control inputs of a controlled source of test signals, a first controlled voltage divider, a second controlled voltage divider, a controlled signal switch, and a controlled phase shift compensator.

Отличительными признаками заявляемого устройства является введение дополнительных элементов, а именно: второго управляемого делителя напряжения и управляемого компенсатора фазового сдвига. Их наличие и связи с другими элементами устройства позволило осуществить выравнивание сигналов на входе коммутационного преобразователя фазовых сдвигов и исключить собственную фазовую погрешность делителя напряжения в цепи сигнала промежуточной частоты.Distinctive features of the claimed device is the introduction of additional elements, namely: a second controlled voltage divider and a controlled phase shift compensator. Their presence and connections with other elements of the device made it possible to equalize the signals at the input of the switching converter of phase shifts and to exclude the intrinsic phase error of the voltage divider in the intermediate frequency signal circuit.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя фазоамплитудных характеристик преобразователей частоты.The drawing shows a functional diagram of a meter of phase-amplitude characteristics of frequency converters.

Измеритель фазоамплитудных характеристик преобразователя частоты 1 состоит из последовательно соединенных: управляемого источника испытательных сигналов 2, первого управляемого делителя напряжения 3, исследуемого преобразователя частоты 4, второго управляемого делитель напряжения 5, управляемого коммутатора сигналов 6, первого усилителя-ограничителя 7, фазового детектора 8, микроконтроллера 9, жидкокристаллического индикатора 10. Выход управляемого источника испытательных сигналов 2 своим вторым выходом подключен к гетеродинному входу исследуемого преобразователя частоты 4, а третьим выходом подключен к входу управляемого компенсатора фазового сдвига 11, выход которого подключен к входу управляемого коммутатора сигналов 6 и к входу второго усилителя-ограничителя 12, выход которого подключен к входу фазового детектора 8, выходы микроконтроллера 9 подключены к управляющим входам источника испытательных сигналов 2, первого управляемого делителя напряжения 3, второму управляемого делителя напряжения 5, управляемому коммутатору сигналов 6, управляемому компенсатору фазового сдвига 11.The phase-amplitude characteristics meter of the frequency converter 1 consists of series-connected: a controlled source of test signals 2, a first controlled voltage divider 3, an investigated frequency converter 4, a second controlled voltage divider 5, a controlled signal switch 6, the first amplifier-limiter 7, a phase detector 8, a microcontroller 9, a liquid crystal indicator 10. The output of the controlled source of test signals 2 is connected to the local oscillator input by its second output frequency converter 4 under study, and the third output is connected to the input of the controlled phase shift compensator 11, the output of which is connected to the input of the controlled signal switch 6 and to the input of the second amplifier-limiter 12, the output of which is connected to the input of the phase detector 8, the outputs of the microcontroller 9 are connected to the control the inputs of the source of test signals 2, the first controlled voltage divider 3, the second controlled voltage divider 5, controlled signal switch 6, controlled phase compensator th shift 11.

Измеритель фазоамплитудных характеристик преобразователей частоты работает следующим образом.The meter phase-amplitude characteristics of the frequency converters operates as follows.

С первого выхода управляемого источника испытательных сигналов 2 измерителя фазоамплитудных характеристик преобразователей частоты 1 опорный сигнал поступает на первый управляемый делитель напряжения 3 с выхода, которого сигнал поступает на сигнальный вход исследуемого преобразователя частоты 4, на гетеродинный вход которого поступает гетеродинный сигнал со второго выхода управляемого источника испытательных сигналов 2. С выхода исследуемого преобразователя частоты 4 сигнал разностной частоты поступает на второй управляемый делитель напряжения 5, с выхода которого сигнал поступает на первый вход управляемого коммутатора сигналов 6, на второй вход которого поступает сигнал с выхода управляемого компенсатора фазового сдвига 11, на вход которого с третьего выхода управляемого источника испытательных сигналов 2 поступает сигнал промежуточной частоты. С выхода управляемого коммутатора сигналов 6 под управлением микроконтроллера 9 сигналы поочередно поступают на первый усилитель-ограничитель 7, с выхода которого сигнал поступает на первый вход фазового детектора 8, на второй вход которого сигнал через усилитель-ограничитель 12 поступает с выхода управляемого компенсатора фазового сдвига 11. С выхода фазового детектора 8 напряжение, характеризующее фазоамплитудную зависимость исследуемого преобразователя частоты 4 поступает на микроконтроллер 9 и отображается на жидкокристаллическом индикаторе 10. Управляющие сигналы с выходов микроконтроллера 9 поступают на управляющие входы управляемого источника испытательных сигналов 2, первого управляемого делителя напряжения 3, второго управляемого делителя напряжения 5, управляемого коммутатора сигналов 6, управляемого компенсатора фазового сдвига 11.From the first output of the controlled source of test signals 2 of the phase-amplitude characteristics meter of frequency converters 1, the reference signal is supplied to the first controlled voltage divider 3 from the output, whose signal is fed to the signal input of the frequency converter under study 4, to the heterodyne input of which a heterodyne signal from the second output of the controlled source of test signals 2. From the output of the investigated frequency converter 4, the differential frequency signal is fed to the second controlled divide Only voltage 5, from the output of which the signal is supplied to the first input of the controlled signal switch 6, to the second input of which the signal is from the output of the controlled phase shift compensator 11, to the input of which an intermediate frequency signal is supplied from the third output of the controlled source of test signals 2. From the output of the managed signal switch 6 under the control of the microcontroller 9, the signals are sequentially fed to the first amplifier-limiter 7, the output of which the signal is fed to the first input of the phase detector 8, to the second input of which the signal through the amplifier-limiter 12 comes from the output of the controlled phase shift compensator 11 . From the output of the phase detector 8, the voltage characterizing the phase-amplitude dependence of the investigated frequency converter 4 is supplied to the microcontroller 9 and is displayed on the liquid crystal and indicator 10. The control signals from the outputs of the microcontroller 9 are fed to the control inputs of a controlled source of test signals 2, a first controlled voltage divider 3, a second controlled voltage divider 5, a controlled signal switch 6, a controlled phase shift compensator 11.

Измерение фазоамплитудной характеристики преобразователя частоты 1 происходит за 2 цикла, каждый из которых состоит из 2 тактов, задаваемых по сигналам от микроконтроллера 9.The measurement of the phase-amplitude characteristics of the frequency converter 1 occurs in 2 cycles, each of which consists of 2 clock cycles, specified by signals from the microcontroller 9.

В первом цикле измерения сигналы на входах исследуемого преобразователя частоты 4 и управляемого компенсатора фазового сдвига 11 имеют следующий вид:In the first measurement cycle, the signals at the inputs of the investigated frequency converter 4 and the controlled compensator phase shift 11 are as follows:

$$U_c\left(t\right)=K_{G1}\left(t\right)U_c\sin \left({\omega }_c+{\varphi }_{G1}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_c]\right)\left(1\right)$$

$$U_c\left(t\right)=K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)U_c\sin \left({\omega }_c+{\varphi }_{G\mathrm{one}}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_c]\right)\left(\mathrm{one}\right)$$

$$U_{Г}\left(t\right)=U_{Г}\sin \left({\omega }_{Г}t+{\varphi }_{Г}\right)\left(2\right)$$

$$U_G\left(t\right)=U_G\sin \left({\omega }_{G}t+{\varphi }_G\right)\left(2\right)$$

$$U_P\left(t\right)=U_P\sin \left({\omega }_{p}t+{\varphi }_P\right)\left(3\right)$$

$$U_P\left(t\right)=U_P\sin \left({\omega }_{p}t+{\varphi }_P\right)\left(3\right)$$

где: K_G1(t) - коэффициент передачи первого управляемого делителя; φ_G1[K_G1(t)] - фазовый сдвиг первого управляемого делителя.where: K _G1 (t) is the transmission coefficient of the first controlled divider; φ _G1 [K _G1 (t)] is the phase shift of the first controlled divider.

В первом цикле измерения частота гетеродинного сигнала на втором выходе источника испытательных сигналов 2 устанавливается равной:In the first measurement cycle, the frequency of the heterodyne signal at the second output of the source of test signals 2 is set equal to:

$${\omega }_{Г}={\omega }_{С}-{\omega }_{Р}\left(4\right)$$

$${\omega }_G={\omega }_{\mathrm{FROM}}-{\omega }_R\left(\mathrm{four}\right)$$

На выходе второго управляемого делителя напряжения 5 сигнал имеют следующий вид:At the output of the second controlled voltage divider 5, the signal has the following form:

$$\begin{array}{l}{U}_{CM}\left(t\right)=U_C{K}_{G1}\left(t\right)K_{G2}\left(t\right)K_{CM}\sin \{{\omega }_{p}t+{\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G1}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_C-{\varphi }_{Г}+\\ +{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]\}\left(5\right)\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{U}_{CM}\left(t\right)=U_C{K}_{G\mathrm{one}}\left(t\right)K_{G2}\left(t\right)K_{CM}\sin \{{\omega }_{p}t+{\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G\mathrm{one}}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_C-{\varphi }_G+\\ +{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]\}\left(5\right)\end{array}$$

где: К_СМ - коэффициент передачи исследуемого преобразователя частоты 4; φ_CM[K_G1(t)] - амплитудно-фазовая характеристика исследуемого преобразователя частоты 4; K_G2(t) - коэффициент передачи второго управляемого делителя 5; φ_G2[K_G2(t)] - фазовый сдвиг второго управляемого делителя 5.where: K _SM - transmission coefficient of the investigated frequency converter 4; φ _CM [K _G1 (t)] - amplitude-phase characteristic of the investigated frequency converter 4; K _G2 (t) is the transmission coefficient of the second controlled divider 5; φ _G2 [K _G2 (t)] is the phase shift of the second controlled divider 5.

Коэффициенты передачи управляемых делителей 3 и 5 выбираются из условия:The transmission factors of the controlled dividers 3 and 5 are selected from the conditions:

$$K_{G1}\left(t\right)K_{G2}\left(t\right)=K_G{}_{\min }=const\left(6\right)$$

$$K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)K_{G2}\left(t\right)=K_G{}_{\min }=const\left(6\right)$$

Такое соотношение реализуется если коэффициент передачи первого управляемого делителя напряжения 3 изменяется от $$K_G{}_{\min }$$

до $$K_G{}_{\max }$$

, а второго управляемого делителя напряжения 5 от $$K_G{}_{\max }$$

до $$K_G{}_{\min }$$

.This ratio is realized if the transmission coefficient of the first controlled voltage divider 3 varies from $$K_G{}_{\min }$$

before $$K_G{}_{\max }$$

, and the second controlled voltage divider 5 from $$K_G{}_{\max }$$

before $$K_G{}_{\min }$$

.

На выходе управляемого компенсатора фазового сдвига 11 сигнал имеет следующий вид:The output of the controlled compensator phase shift 11 signal has the following form:

$$U_K\left(t\right)=U_K\sin \left({\omega }_{p}t+{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+{\varphi }_K\right)\left(7\right)$$

$$U_K\left(t\right)=U_K\sin \left({\omega }_{p}t+{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+{\varphi }_K\right)\left(7\right)$$

где: φ_K[K_G(t)] - фазовый сдвиг управляемого компенсатора фазового сдвига 11.where: φ _K [K _G (t)] is the phase shift of the controlled compensator phase shift 11.

Амплитуда U_K этого сигнала выбирается из условия:The amplitude U _{K of} this signal is selected from the condition:

$$U_K=U_C{K}_G{}_{\min }{K}_{CM}\left(8\right)$$

$$U_K=U_C{K}_G{}_{\min }{K}_{CM}\left(8\right)$$

Такое соотношение обеспечивает равенство по амплитуде сигналов, поступающих на фазовый детектор 8, являющийся коммутационным преобразователем разности фаз.This ratio ensures equality in amplitude of the signals arriving at the phase detector 8, which is a switching converter of the phase difference.

Тогда в первом такте первого цикла измерения на выходе фазового детектора 8 имеем:Then in the first step of the first measurement cycle at the output of the phase detector 8 we have:

$$\begin{array}{l}{\varphi }_1={\varphi }_{G1}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+{\varphi }_C-{\varphi }_{Г}-{\varphi }_p+\\ +\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(9\right)\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{\varphi }_{\mathrm{one}}={\varphi }_{G\mathrm{one}}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+{\varphi }_C-{\varphi }_G-{\varphi }_p+\\ +\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(9\right)\end{array}$$

где: Δφ_f - разность фазовых сдвигов усилителей-ограничителей, обусловленная не идентичностью их фазочастотных характеристик; Δφ_U - разность фазовых сдвигов первого 7 и второго 12 усилителей-ограничителей, обусловленная не идентичностью их фазоамплитудных характеристик.where: Δφ _f is the phase shift difference of the amplifier-limiters, due to the non-identity of their phase-frequency characteristics; Δφ _U is the difference in phase shifts of the first 7 and second 12 amplifier limiters, due to the non-identity of their phase-amplitude characteristics.

Во втором такте первого цикла измерения с выхода управляемого компенсатора фазового сдвига 11 сигнал поступает вход усилителя-ограничителя 12 и через управляемый коммутатор сигналов 6 на вход усилителя-ограничителя 7, и результат измерения на выходе фазового детектора 8 равен:In the second cycle of the first measurement cycle, from the output of the controlled phase shift compensator 11, the signal enters the input of the amplifier-limiter 12 and through the managed switch of signals 6 to the input of the amplifier-limiter 7, and the measurement result at the output of the phase detector 8 is equal to:

$${\varphi }_2=\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(10\right)$$

$${\varphi }_2=\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(10\right)$$

Сравнивая результаты в обоих тактах за первый цикл измерения имеем:Comparing the results in both measures for the first measurement cycle, we have:

$${\varphi }_{Ц1}={\varphi }_{G1}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+\Delta \varphi \left(11\right)$$

$${\varphi }_{\mathrm{Ts}\mathrm{one}}={\varphi }_{G\mathrm{one}}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+\Delta \varphi \left(\mathrm{eleven}\right)$$

где: Δφ=φ_C-φ_Г-φ_р.where: Δφ = φ _C -φ _G -φ _p .

Во втором цикле измерения частота гетеродинного сигнала на втором выходе источника испытательных сигналов 2 устанавливается равной:In the second measurement cycle, the frequency of the heterodyne signal at the second output of the source of test signals 2 is set equal to:

$${\omega }_{Г}={\omega }_{С}+{\omega }_{р}\left(12\right)$$

$${\omega }_G={\omega }_{\mathrm{FROM}}+{\omega }_R\left(12\right)$$

Тогда, в первом такте второго цикла измерения результат на выходе фазового детектора 8 равен:Then, in the first step of the second measurement cycle, the result at the output of the phase detector 8 is equal to:

$${\varphi }_{З}={\varphi }_{G1}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+\Delta \varphi +\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(13\right)$$

$${\varphi }_3={\varphi }_{G\mathrm{one}}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+\Delta \varphi +\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(13\right)$$

Во втором такте второго цикла с выхода управляемого компенсатора фазового сдвига 11 сигнал поступает вход усилителя-ограничителя 12 и через управляемый коммутатор сигналов 6 на вход усилителя-ограничителя 7, и результат измерения на выходе фазового детектора 8 равен:In the second cycle of the second cycle, from the output of the controlled compensator for phase shift 11, the signal enters the input of the amplifier-limiter 12 and through the managed switch of signals 6 to the input of the amplifier-limiter 7, and the measurement result at the output of the phase detector 8 is equal to:

$${\varphi }_4=\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(14\right)$$

$${\varphi }_{\mathrm{four}}=\Delta {\varphi }_{ƒ}+\Delta {\varphi }_U\left(\mathrm{fourteen}\right)$$

Сравнивая результаты в обоих тактах за второй цикл измерения имеем:Comparing the results in both measures for the second measurement cycle, we have:

$${\varphi }_{Ц2}=-{\varphi }_{G1}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+\Delta \varphi \left(15\right)$$

$${\varphi }_{\mathrm{Ts}2}=-{\varphi }_{G\mathrm{one}}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]+\Delta \varphi \left(\mathrm{fifteen}\right)$$

Складывая результаты измерения первого и второго цикла измерения получаем:Summing up the measurement results of the first and second measurement cycles, we obtain:

$$\Delta {\varphi }_{Ц}=2{\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]+2\left\{{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]\right\}+2\Delta \varphi \left(16\right)$$

$$\Delta {\varphi }_{\mathrm{Ts}}=2{\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]+2\left\{{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]\right\}+2\Delta \varphi \left(16\right)$$

Откуда, находим измеряемую фазоамплитудную характеристику исследуемого преобразователя частоты 4:From where, we find the measured phase-amplitude characteristic of the investigated frequency converter 4:

$${\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]=\frac{1}{2}\Delta {\varphi }_{Ц}-\left\{{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]\right\}-\Delta \varphi \left(17\right)$$

$${\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]=\frac{\mathrm{one}}{2}\Delta {\varphi }_{\mathrm{Ts}}-\left\{{\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]-{\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]\right\}-\Delta \varphi \left(17\right)$$

В выражении (17) последний член Δφ представляет аддитивную погрешность, которая устраняется при калибровке устройства на начальном уровне выходного сигнала первого управляемого делителя напряжения 3. Второй член выражения (17) (в фигурных скобках) характеризует мультипликативную погрешность, которая минимизируется путем введения управляемого компенсатора фазового сдвига 11.In expression (17), the last term Δφ represents the additive error, which is eliminated by calibrating the device at the initial level of the output signal of the first controlled voltage divider 3. The second term of expression (17) (in curly brackets) characterizes the multiplicative error, which is minimized by introducing a controlled phase compensator shear 11.

Для высокочастотного диапазона управляемый делитель напряжения выполнен путем последовательного соединения нескольких Т-образных резистивных звеньев [Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2-е издание. - М: Издательский дом “Додэка-XXI”′, 2007. 528 С.]. Ослабление звеньев, как правило, соответствует коду 1-2-4-8, а коммутация звеньев осуществляется при помощи высокочастотных реле на основе магнитно - управляемых контактов. Такая реализация управляемого делителя напряжения позволяет при минимальном количестве звеньев получить ступенчатый аттенюатор с широким диапазоном изменения ослабления напряжения. Очевидно, что если управляемый компенсатор фазового сдвига конструктивно выполнить из таких же звеньев, но с ослабление K_G(t)≈1, то при соответствующем управлении звеньями управляемого делителя напряжения и управляемого компенсатора фазового сдвига можно обеспечить одинаковое время распространения сигналов от входа к выходу в обоих устройствах на одной фиксированной частоте ω_р. А это означает что:For the high-frequency range, a controlled voltage divider is made by connecting several T-shaped resistive links in series [G. Volovich Circuitry of analog and analog-to-digital electronic devices. 2nd edition. - M: Publishing house “Dodeka-XXI” ′, 2007. 528 S.]. The weakening of the links, as a rule, corresponds to the code 1-2-4-8, and the switching of the links is carried out using high-frequency relays based on magnetically controlled contacts. This implementation of a controlled voltage divider allows you to get a step attenuator with a wide range of voltage attenuation with a minimum number of links. Obviously, if the controlled phase shift compensator is structurally made from the same links, but with attenuation K _G (t) ≈1, then with appropriate control of the links of the controlled voltage divider and the controlled phase shift compensator, the same propagation time of signals from input to output in both devices at the same fixed frequency ω _p . And this means that:

$${\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]\approx {\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]\left(18\right)$$

$${\varphi }_{G2}\left[K_{G2}\left(t\right)\right]\approx {\varphi }_K\left[K_G\left(t\right)\right]\left(\mathrm{eighteen}\right)$$

На основании изложенного фазоамплитудная характеристика исследуемого преобразователя частоты будет равна:Based on the foregoing, the phase-amplitude characteristic of the investigated frequency converter will be equal to:

$${\varphi }_{CM}\left[K_{G1}\left(t\right)\right]=\frac{1}{2}\Delta {\varphi }_{Ц}\left(19\right)$$

$${\varphi }_{CM}\left[K_{G\mathrm{one}}\left(t\right)\right]=\frac{\mathrm{one}}{2}\Delta {\varphi }_{\mathrm{Ts}}\left(19\right)$$

Таким образом, введение в устройство второго управляемого делителя напряжения с соответствующим циклами управления стабилизировало уровень выходного сигнала исследуемого преобразователя частоты и позволило повысить точность измерения фазоамплитудной характеристики. Для исключения собственной фазовой погрешности введенного делителя напряжения 5 предложено использовать в цепи сигнала промежуточной частоты управляемый компенсатор фазового сдвига 11, идентичного второму управляемому дополнительному делителю напряжения 5. Одновременно введение соответствующих циклов измерения в измерительный процесс позволило исключить собственную фазовую погрешность делителя напряжения, изменяющего уровень входного измерительного сигнала преобразователя частоты. В целом предложенная структура прибора с соответствующими циклами измерительного процесса позволяет решить задачу измерения фазоамплитудной характеристики преобразователей частоты независящей от фазовой погрешности входящих в него устройств.Thus, the introduction of a second controlled voltage divider with appropriate control cycles into the device stabilized the level of the output signal of the frequency converter under study and made it possible to increase the accuracy of measuring the phase-amplitude characteristics. To eliminate the intrinsic phase error of the introduced voltage divider 5, it is proposed to use a controlled phase-shift compensator 11 identical to the second controlled additional voltage divider 5 in the intermediate frequency signal circuit. At the same time, the introduction of the corresponding measurement cycles in the measurement process eliminates the intrinsic phase error of the voltage divider that changes the level of the input measurement frequency converter signal. In general, the proposed structure of the device with the corresponding cycles of the measuring process allows us to solve the problem of measuring the phase-amplitude characteristics of frequency converters independent of the phase error of the devices included in it.

Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо, т.е. удовлетворяет критериям, предъявляемым изобретениям.The proposed technical solution is new, has an inventive step and is industrially applicable, i.e. satisfies the criteria for inventions.

Claims (1)

Измеритель фазоамплитудных характеристик преобразователя частоты, состоящий из последовательно соединенных управляемого источника испытательных сигналов, первого управляемого делителя напряжения, исследуемого преобразователей частоты, а затем управляемого коммутатора сигналов, первого и второго усилителей-ограничителей, фазового детектора, микроконтроллера, жидкокристаллического индикатора, отличающийся тем, что устройство дополнительно снабжено управляемым компенсатором фазового сдвига и вторым управляемым делителем напряжения, при этом выход исследуемого преобразователя частоты соединен с входом второго управляемого делителя напряжения, выход которого подключен к входу управляемого коммутатора сигналов, соединенного последовательно с первым усилителем-ограничителем, фазовым детектором, микроконтроллером, жидкокристаллическим индикатором, второй выход управляемого источника испытательных сигналов соединен с гетеродинным входом исследуемого преобразователя частоты, вход управляемого компенсатора фазового сдвига подключен к третьему выходу управляемого источника испытательных сигналов, а другой его выход подключен к входу управляемого коммутатора сигналов и входу второго усилителя-ограничителя, выход которого подключен к фазовому детектору, при этом выходы микроконтроллера соответственно подключены к управляющим входам управляемого источника испытательных сигналов, первого управляемого делителя напряжения, второго управляемого делителя напряжения, управляемого коммутатора сигналов и управляемого компенсатору фазового сдвига. A phase-amplitude characteristics meter of a frequency converter, consisting of a series-connected controlled source of test signals, a first controlled voltage divider, a tested frequency converter, and then a controlled signal switch, first and second limiter amplifiers, a phase detector, a microcontroller, a liquid crystal indicator, characterized in that the device additionally equipped with a controllable phase-shift compensator and a second controllable voltage divider the output of the frequency converter under study is connected to the input of the second controlled voltage divider, the output of which is connected to the input of the controlled signal switch connected in series with the first amplifier-limiter, phase detector, microcontroller, liquid crystal indicator, the second output of the controlled test signal source is connected to the local oscillator the input of the investigated frequency converter, the input of the controlled phase shift compensator is connected to the third control output the test signal source, and its other output is connected to the input of the controlled signal switch and the input of the second amplifier-limiter, the output of which is connected to the phase detector, while the outputs of the microcontroller are respectively connected to the control inputs of the controlled source of test signals, the first controlled voltage divider, the second controlled a voltage divider controlled by a signal switch and controlled by a phase shift compensator.