Спосіб обробки складеного високочастотного сигналу при вимірюванні фазового зсуву та пристрій для здійснення способу

1 Спосіб обробки складеного високочастотного (ВЧ) сигналу при вимірюванні фазового зсуву, за яким з двосмугового складеного ВЧ сигналу виділяють компоненти, які належать до різних бічних смуг і різних модульованих ВЧ сигналів, частоти двох компонент одного модульованого ВЧ сигналу перетворюють за допомогою компонент другого модульованого ВЧ сигналу і одержують першу напругу проміжної частоти (ПЧ) і другу напругу ПЧ, який відрізняється тим, що при вимірюванні фазового зсуву використовують більше двох напруг ПЧ, для чого за допомогою напруг ПЧ формують декілька спряжених шкал, порівнюють ВІДЛІКИ, отримані на шкалах, і знаходять результат вимірювання фазового зсуву 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що для формування першої і другої напруг ПЧ і другої шкали компоненти першого модульованого ВЧ сигналу вибирають симетричні або несиметричні відносно компоненти несучої частоти, а компоненти другого модульованого ВЧ сигналу вибирають, ВІДПОВІДНО, симетричні з тих же чи інших пар ком понент бічних смуг або несиметричні з тих же чи інших пар компонент бічних смуг, за допомогою двох напруг ПЧ формують другу шкалу, яка має межі ВІДЛІКІВ 0 і 180° 3 Спосіб за п 1 або 2, який відрізняється тим, що для формування першої шкали з природними межами ВІДЛІКІВ фазового зсуву 0 і 360° за допомогою компонент складеного ВЧ сигналу формують одну або більше допоміжних напруг ПЧ, фазовий зсув вимірюють між однією напругою ПЧ і однією допоміжною напругою ПЧ і використовують його для формування першої шкали, а при віднайденні результату вимірювань порівнюють ВІДЛІКИ першої і другої шкал 4 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 3 , який відрізняється тим, що для формування допоміжної напруги ПЧ частоти двох виділених бічних компонент перетворюють за допомогою симетричних їм, відносно компоненти несучої частоти, ВІДПОВІДНО ІНШИХ двох виділених бічних компонент ВІДПОВІДНИХ модульованих ВЧ сигналів, частоти отриманих першої і другої напруг взаємно перетворюють і одержують третю напругу, частоту якої ділять на 2 5 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 3 , який відрізняється тим, що першу і другу напруги ПЧ формують з других компонент модульованих ВЧ сигналів двох бічних смуг складеного ВЧ сигналу, а також перетворюють частоту кожної з двох перших компонент модульованих ВЧ сигналів за допомогою, ВІДПОВІДНО, симетричних їм, відносно компоненти несучої частоти, бічних компонент того ж модульованого ВЧ сигналу, частоти одержаних першої і другої напруг взаємно перетворюють і одержують допоміжну напругу ПЧ 6 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 3 , який відрізняється тим, що першу і другу напруги ПЧ формують за допомогою других пар бічних компонент модульованих ВЧ сигналів, а для формування допоміжної напруги ПЧ частоту складеного ВЧ сигналу перетворюють, виділяють напруги подвійних модулюючих частот, при цьому частоту однієї з них перетворюють за допомогою другої 7 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 3 , який відрізняється тим, що для формування напруг ПЧ використовують перші компоненти модульованих ВЧ сигналів нижньої (верхньої) бічної смуги і другі компоненти модульованих ВЧ сигналів верхньої (нижньої) бічної смуги, одержують дві напруги ПЧ, з тих же ВЧ компонент формують дві напруги, за їх допомогою формують дві ДОПОМІЖНІ напруги ПЧ, значення яких відповідає значенням проміжних частот напруг ПЧ, фазовий зсув вимірюють між першою напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ, а також між другою напругою ПЧ і другою допоміжною напругою ПЧ, причому першу шкалу формують за одним з отриманих результатів, а другу - за двома результатами 8 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 3 , який відрізняється тим, що для формування напруг ПЧ використовують перші компоненти модульованих ВЧ сигналів нижньої (верхньої) бічної смуги і треті компоненти модульованих ВЧ сигналів верхньої (нижньої) бічної смуги, одержують дві напруги ПЧ, О і 00 49897 значення проміжних частот яких неоднакові, з інших компонент формують дві напруги ПЧ, за їх допомогою формують дві ДОПОМІЖНІ напруги ПЧ, значення яких відповідає значенням проміжних частот ВІДПОВІДНО першої і другої напруг ПЧ, фазовий зсув вимірюють між першою напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ, а також між другою напругою ПЧ і другою допоміжною напругою ПЧ, причому першу шкалу формують за одним із отриманих результатів, а другу - за двома результатами 9 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 8 , який відрізняється тим, що для формування другої, третьої і ще коротших шкал виконують перетворення частот бічних компонент складеного ВЧ сигналу з використанням в перетворювачі нелінійного елемента НІ, характеристика якого відповідає формулі . - а i - a 2 n uи 2 п і - струм елемента НІ, Э2п - КОефіЦІЄНТ, u - сигнал, що надходить до елемента НІ, п- коефіцієнт, який характеризує степінь перетворення частот і може набувати одне із значень ряду 1, 2, 3, , причому п= 1 відповідає квадратичному (другого степеня) перетворенню (перша і друга шкали), п= 2 - біквадратичному (четвертого степеня) перетворенню (третя шкала), п= 3 - бікубічному (шостоіго степеня) перетворенню (четверта шкала) тощо 10 Спосіб за будь-яким з пп 1-8, який відрізняється тим, що для формування шкал виконують перетворення частот компонент складеного ВЧ сигналу з використанням в перетворювачах нелінійного елемента НІ, характеристика якого відповідає формулі i=£a2nu2n, п-1 Де / - струм елемента НІ, u - сигнал, що надходить до елемента НІ, п= 1, 2, К - біжучий коефіцієнт, який характеризує степінь перетворення частот, причому п= 1 характеризує квадратичне (другого степеня) перетворення (перша і друга шкали), п= 2 - біквадратичне (четвертого степеня) перетворення (третя шкала), п= 3 - бікубічне (шостого степеня) перетворення (четверта шкала) тощо 11 Спосіб за будь-яким з пп 1-10, який відрізняється тим, що для вимірювання фазового зсуву використовують першу шкалу, а також другу шкалу або/і третю шкалу, або/і четверту шкалу тощо 12 Пристрій для обробки складеного ВЧ сигналу в фазовипробувальній радіотехнічній системі, який містить в собі розгалужувач, підімкнуті до першого його виходу послідовно з'єднані перший фільтр, перший перетворювач частот (ПРЧ), другий фільтр, підімкнуті до другого його виходу послідовно з'єднані третій фільтр, другий ПРЧ, четвертий фільтр, причому входом пристрою є вхід розгалужувача, а виходами - виходи другого та четвертого фільтрів, який відрізняється тим, що він містить в собі також п'ятий, шостий, сьомий, восьмий, дев'ятий, десятий і одинадцятий фільтри, третій, четвертий і п'ятий ПРЧ, причому розгалужувач має додатково третій, четвертий, п'ятий і шостий виходи, які через фільтри, ВІДПОВІДНО, п'ятий, шостий, сьомий і восьмий підімкнуті, ВІДПОВІДНО, до першого і другого входів третього ПРЧ і першого і другого входів четвертого ПРЧ, виходи третього і четвертого ПРЧ, ВІДПОВІДНО, через дев'ятий і десятий фільтри підімкнуті, ВІДПОВІДНО, до першого і другого входів п'ятого ПРЧ, вихід якого підімкнутий до одинадцятого фільтра, а вихід останнього є також виходом пристрою 13 Пристрій за п 12, який відрізняється тим, що перший і другий ПРЧ мають по г каналів, де г > 1, причому перші канали (г = 1) є перетворювачами частот другого степеня, другі канали (г = 2) - перетворювачами частот четвертого степеня тощо, причому додатково введені 2(г - 1) фільтрів, до входів яких підімкнуті виходи ВІДПОВІДНИХ каналів г > 2 ВІДПОВІДНИХ ПРЧ, а виходи цих фільтрів є також виходами пристрою Э2п - КОефіЦІЄНТ, Винахід відноситься до області фазової радіотехніки і може бути використаний в фазопробувальних радіотехнічних системах (далі-РТС), газовимірювальних РТС, автоматизованих стендах для вимірювання характеристик антен, атенюаторів, підсилювачів тощо ВІДОМІ способи обробки високочастотного(далі- ВЧ) складеного сигналу при вимірюванні фазових зсувів в ВЧ та ВІДПОВІДНИХ пристроях 1 Бондаренко И К , Дейнека Г А , Маграчев З В Автоматизация измерений параметров СВЧ тракторов -М Сов радио 1969 -304с 2 Ларин Ю Ф Двукратное серродинирование в измерителях коэффициента передачи и отражения на СВЧ // Извнстия ВУЗов СССР- Радио техника 1965 №6,-715с 3 Огороднийчук Л Д Модуляционный метод исследования фазовых характеристик -ПТЭ, 1990,№2,-127с 4 Патент на винахід №23366А Україна МПК 6 GOIR 25/00, GOIR 27/28, Приорггет 110195р. Спосіб обробки високочастотного сигналу при вимірюванні фазового зсуву та пристрій для його здійснення / Л Д Огороднійчук (Україна) - Бюл №4, 1998р Загальною особливістю відомих способів обробки складеного ВЧ сигналу при вимірюванні фазового зсуву є перенос інформації із порівнюваних модульованих сигналів на відносно низьку проміжну частоту (ПЧ), на якій здійснюють вимірювання 49897 фазового зсуву Загальною особливістю відомих пристроїв обробки складеного ВЧ сигналу є наявність у них квадратичного детектора, який виковує функцію перетворювача частот (ПРЧ), і фільтра Найближчими технічними рішеннями до запропонованих є спосіб і пристрій запропоновані в патенті України [4] їх взято за прототипи У ВІДПОВІДНОСТІ з відомим способом - прототипом складений двосмуговий ВЧ сигнал резгалужують на два складених ВЧ сигнали 3 одного виділяють дві ВЧ компоненти однієї бічної смуги, які належать різким модульованим ВЧ сигналам З другого - виділяють дві другі компоненти, симетричні двом першим компонентам відносно компоненти несучої частоти Дві перші і дві другі компоненти перетворюють по частоті і одержують першу і другу напруги ПЧ, за допомогою яких в обчислювачі вимірюють фазовий зсув порівнюваних ВЧ сигналів Відомий пристрій - прототип (для здійснення способу - прототипу) містить в собі розгалужував і послідовно з'єднані перший фільтр, перший ПРЧ, другий фільтр і послідовно з'єднані третій фільтр, другий ПРЧ, четвертий фільтр Виходи розгалужувача підімкнуті, ВІДПОВІДНО, ДО ВХОДІВ першого і третього фільтрів Недоліками способу - прототипу є - неоднозначність вимірювань в межах природнього циклу кутів 0, 360°, - низька роздільна здатність вимірювань, - велика похибка вимірювань, зумовлена не подавленими(паразитними) компонентами спектРУ Недоліками пристрою - прототипу є - неоднозначність вимірювань в межах природного циклу кутів 0, 360°, - низька роздільна здатність і точність вимірювань В основу винаходу - способу обробки складеного ВЧ сигналу при вимірюванні фазового зсуву, поставлена складна задача такого удосконалення способу, в якому, шляхом запровадження нових операцій та виконання їх в певній ПОСЛІДОВНОСТІ, забезпечують однозначність вимірювань, підвишення роздільної здатності і точності вимірювань З допомогою прототипів означені результати отримати неможливо, тому що в своєму складі вони не мають тих нових суттєвих ознак, які входять в сукупність істотних ознак винаходів В запропонованому способі обробки складеного ВЧ сигналу при вимірюванні фазового зсуву (п 1 формули винаходів (ФВ)), у ВІДПОВІДНОСТІ З ЯКИМ З двосмугового складеного ВЧ сигналу виділяють компоненти, які належать до різних бічних смуг і різних модульованих ВЧ сигналів, частоти двох компонент одного модульованого ВЧ сигналу перетворюють за допомогою компонент другого модульованого ВЧ сигналу і одержують першу напругу ПЧ і другу напругу ПЧ У ВІДПОВІДНОСТІ з винаходом при вимірюванні фазового зсуву використовують більше двох напруг ПЧ, для чого за допомогою напруг ПЧ формують декілька спряжених шкал, порівнюють ВІДЛІКИ, отримані по шкалах, і знаходять результат вимірювання фазового зсуву Для формування першої і другої напруг ПЧ і другої шкали, (п 2 ФВ), компоненти першого модульованого ВЧ сигналу вибирають симетричні або несиметричні відносно компоненти несучої частоти, а компоненти другого модульованого ВЧ сигналу вибирають, ВІДПОВІДНО, симетричні з тих же чи інших пар компонент бічних смуг, або несиметричні з тих же чи інших пар компонент бічних смуг, за допомогою двох наруг ПЧ формують другу шкалу, яка має межі ВІДЛІКІВ 0 і 180° Для формування першої шкали з природними межами ВІДЛІКІВ фазового зсуву 0 і 360° (п З ФВ), за допомогою компонент складеного ВЧ сигналу формують одну або більше допоміжних напруг ПЧ, а фазовий зсув вимірюють між однією напругою ПЧ і однією допоміжною напругою ПЧ і використовують його для формування першої шкали, а при віднайдені результату вимірювань порівнюють ВІДЛІКИ першої і другої шкал Для формування допоміжної напруги ПЧ, частоти двох виділених бічних компонент перетворюють за допомогою симетричних їм відносно компоненти несучої частоти ВІДПОВІДНО ІНШИХ ДВОХ виділених бічних компонент ВІДПОВІДНИХ модульованих ВЧ сигналів Частоти отриманих першої і другої напруг взаємно перетворюють і одержують третю напругу, частоту якої ділять на два Першу і другу напруги ПЧ формують з других компонент модульованих ВЧ сигналів двох бічних смуг складеного ВЧ сигналу, а також перетворюють частоту кожної з двох перших компонент модульованих ВЧ сигналів за допомогою ВІДПОВІДНО, симетричних їм відносно компоненти несучої частоти бічних компонент того ж модульованого ВЧ сигналу, частоти одержаних першої і другої напруг взаємно перетворюють і одержують допоміжну напругу ПЧ Першу і другу напруги ПЧ (п 6 ФВ) формують за допомогою других (пар) бічних компонент модульованих ВЧ сигналів, а для формування допоміжної напруги ПЧ частоти складеного ВЧ сигналу перетворюють, виділяють напруги подвійних модулюючих частот, частоту однієї з них перетворюсь за допомогою другої Для формування напруг ПЧ (п 7 ФВ) використовують перші компоненти модульованих ВЧ сигналів нижньої (верхньої) бічної смуги і другі компоненти модульованих ВЧ сигналів верхньої (нижньої) бічної смуги Одержують дві напруги ПЧ З тих же ВЧ компонент формують дві напруги, за їх допомогою формують дві ДОПОМІЖНІ напруги ПЧ, значення яких відповідає значенням проміжних частот напруг ПЧ Фазовий зсув вимірюють між першою напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ, а також між другою напругою ПЧ і другою допоміжною напругою ПЧ Причому, першу шкалу формують по одному з отриманих результатів, а другу - по двох результатах Для формування напруг ПЧ використовують перші компоненти модульованих ВЧ сигналів нижньої (верхньої) бічної смуги і треті компоненти модульованих ВЧ сигналів верхньої (нижньої) бічної смуги Одержують дві напруги ПЧ, значення проміжних частот яких неоднакові 3 інших компонент формують дві напруги, за їх допомогою формують дві ДОПОМІЖНІ напруги ПЧ, значення яких ВІДПОВІ 49897 дає значенням проміжних частот ВІДПОВІДНО першої і другої напруг ПЧ Фазовий зсув вимірюють між першою напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ, а також між другою і другою допоміжною напругами ПЧ, причому, першу шкалу формують по одному з отриманих результатів, а другу - по двох результатах Для формування другої, третьої і ще коротших шкал (п 9 ФВ) виконують перетворення частот бічних компонент складеного ВЧ сигналу з використанням в перетворювачі нелінійного елемента НІ, характеристика якого відповідає формулі і = a2nu2n де і- струм елемента НІ, 3 2 п - КОефіЦІЄНТ, u - сигнал, п - коефіцієнт, який характеризує степінь перетворення частот і може приймати одне із значень ряду 1, 2, 3, , причому п = 1- відповідає квдратичному (друга степінь) перетворенню (перша і друга шкали), п = 2- біквадратичному( четверта степінь) перетворенню (третя шкала), п = 3- бікубічному (шоста степінь) перетворенню (четверта шкала), тощо Для формування шкал ( п Ю ФВ) виконують перетворення частот компонент складеного ВЧ сигналу з використанням в перетворювачах нелінійного елемента НІ, характеристика якого відповідає формулі k 2п п=1 де і- струм елемента НІ, 3 2 п - КОефіЦІЄНТ, u - сигнал, що надходить до елемента НІ, п - 1,2 , ,К - біжучий коефіцієнт, який характеризує степінь перетворення частот, причому, п = 1- характеризує квдратичне (друга степінь) перетворення (перша і друга шкали), п = 2- біквадратичне (четверта степінь) перетворення (третя шкала), п = 3- бікубічне (шоста степінь) перетворення (четверта шкала), тощо Для вимірювання фазового зсуву (п 11 ФВ) використовують першу шкалу, а також другу шкалу або/1 третю шкалу, або/1 четверту шкалу, тощо По запропонованому способу розроблений пристрій для обробки складеного ВЧ сигналу в фазовипробувальній радіотехнічній системі Він містить в собі розгалужувач, підімкнуті до першого його виходу послідовно з'єднані перший фільтр, перший перетворювач частот (ПРЧ) другий фільтр, відімкнуті до другого його виходу послідовно з'єднані третій фільтр, другий ПРЧ, четвертий фільтр, причому, входом пристрою с вхід розгалужувала, а виходами - виходи другого та четвертого фільтрів У ВІДПОВІДНОСТІ до винаходу пристрій містить в собі також п'ятий, шостий , сьомий, восьмий, дев'ятий, десятий і одинадцятий фільтри, третій, четвертий і п'ятий ПРЧ, причому, розгалужувач має додатково третій, четвертий, п'ятий і шостий виходи, які через фільтри, ВІДПОВІДНО, п'ятий, шостий, сьомий і восьмий відімкнуті, ВІДПОВІДНО, до першого і другого входів третього ПРЧ і першого і друго 8 го входів четвертого ПРЧ, виходи третього і четвертого ПРЧ, ВІДПОВІДНО, через дев'ятий і десятий фільтри підімкнутий, ВІДПОВІДНО, до першого і другого входів п'ятого ПРЧ, вихід якого підімкнутий до одинадцятого фільтру, а вихід останнього є також виходом пристрою Для отримання шкал високих степенів (п 13 ФВ) в пристрої перший і другий ПРЧ мають по г каналів, де г>1 Причому, перші канали (г = 1) є перетворювачами частот другої степені, другі канали (г = 2) перетворювачами частот четвертої степені, тощо Пристрій додатково має 2(г = 1) фільтрів, до входів яких підімкнуті виходи ВІДПОВІДНИХ каналів г > 2 ВІДПОВІДНИХ ПРЧ, а виходи цих фільтрів є також виходами пристрою Суть запропонованих винаходів можна пояснити за допомогою фіг 1, фіг 2, фіг З На фіг 1 наведені спектральні характеристики складеного ВЧ сигналу, який підлягає подальшій обробці Такий амплітудний спектр (далі - спектр) відповідає випадкам, коли для модуляції порівнюваних ВЧ сигналів використовують одночастотну амплітудну модуляцію (AM), балансну модуляцію (БМ), або фазову модуляцію (ФМ) з малим Індексом модуляції Можна також використовувати однобічну модуляцію (ОМ), яка забезпечує несиметричний спектр На фіг 1 зображені частотна вісь 1, верхня смуга 2 і нижня смуга 3 двосмугового спектру складеного ВЧ сигналу, далі - компонента 4 несучої частоти f, компоненти 5, 6 частот f ± Fi першого модульованого ВЧ сигналу і компоненти 7, 8 частот f ± F2 другого модульованого ВЧ сигналу Тут F-і і F2 - частоти модулюючих напруг На фіг 2 наведений розширений спектр складеного ВЧ сигналу Він відповідає випадку, коли AM або БМ здійснюють модулюючими напругами, які містять в собі компоненти основних частот F-і, F2 модулюючих напруг і їх гармоніки, або - випадку здійснення ФМ з середнім індексом модуляції Спектр містить в собі всі ті елементи, які є на фіг 1 і які розглянуті вище, Окрім них спектр містить компоненти 9, 10, 11, 12 тощо першого модульованого ВЧ сигналу і компоненти 13, 14, 15, 16 тощо другого модульованого ВЧ сигналу, В цьому складеному ВЧ сигналі до верхньої смуги 2 належать компоненти 5, 9, 10 тощо першого модульованого ВЧ сигналу 1, 7,13,14 тощо другого модульованого ВЧ сигналу, до нижньої смуги З належать компоненти 6, 11, 12 тощо першого модульованого ВЧ сигналу і компоненти 8, 15, 16 тощо другого модульованого ВЧ сигналу В спектрах фіг 1 і фіг 2 будемо також розрізняти дві перші пари компонент 5, 7 і 6, 8, дві другі пари компонент 9, 13 і 11, 15 тощо, або перші, другі тощо компоненти модульованих ВЧ сигналів На фіг 3 наведена структурна схема фазового пристрою для обробки складеного ВЧ сигналу В пристрій входять такі вузли розгалужував 17, фільтри 18, 19, 20, 21, 22, 23, ПРЧ 24, 25, 26, 27, фільтри 28, 29, 30,31, ПРЧ 32 і фільтр 33 В пристрої послідовно з'єднані фільтр 18, ПРЧ 24 і фільтр 28, фільтр 19, ПРЧ 25 і фільтр 29, ПРЧ 26 і фільтр ЗО, ПРЧ 27 і фільтр 31, ПРЧ 32 і фільтр 33 Розгалужувач 17 має шість виходів, які відімкнуті, 10 49897 ВІДПОВІДНО, до фільтрів 18, 19, 20, 21, 28, 23 Виходи фільтрів 20, 21 відімкнуті, ВІДПОВІДНО, до першого і другого входів ПРЧ 26 виходи фільтрів 22,23 - де першого і другого входів ПРЧ 27, а виходи фільтрів ЗО, 31 - до першого і другого входів ПРЧ 32 Входом пристрою є вхід розгалужувача 17, а виходами - виходи фільтрів 28, 29, 33 Запропонований спосіб обробки ВЧ сигналу складеного з двох модульованих ВЧ сигналів, при вимірюванні фазового зсуву, будемо описувати при таких припущеннях - ВЧ складений сигнал є вузькосмуговим, - компоненти 5, 9, 10 і 6, 11, 12 першого модульованого ВЧ сигналу містять в своєму аргументі Інформацію про фазовий зсув між двома ВЧ сигналами, - компоненти 7, 13, 14 і 8, 15, 16 другого модульованого ВЧ сигналу не містять інформації про фазовий зсув, - амплітуди компонент спектру складеного ВЧ сигналу пропорційні амплітуді ВІДПОВІДНОГО порівнюваного по фазі ВЧ сигналу і коефіцієнтові модуляції, - частоти Fi і F2 модулюючих напруг неоднакові і некратні, причому, для однозначності аналізу будемо рахувати, що Fi < F2 (фіг 1, фіг 2) У фазовимірювальніи РТС формують два сигнали одного з ВЧ діапазонів (ВЧ, дуже ВЧ, ультраВЧ, над-ВЧ, конче-ВЧ), фазовий зсув між якими потрібно виміряти ВЧ сигнали можна представити виразами cos(cot + У), (1) де Е-і, Ег - амплітуди сигналів ю = 2 7 1 f - кругова частота сигналів, f - частота сигналів, У - фазовий зсув між сигналами, який вимірюють, t - час Одержують дві модулюючі напруги (2) U2 = U2COSQ2I:, де U-i, ІІ2 - амплітуди напруг, Qi = 2 7 1 Fi, Q2 = 27і р 2 - кругові частоти, Fi F2- частоти напруг Назвами (2) модулюють ВІДПОВІДНІ ВЧ сигнали (1) і одержують два модульовані ВЧ сигнали Для здійснення модуляції, як відзначено вище, можна використовувати AM, БМ, ФМ і ОМ У перших двох видів модуляції і в третьому виді при малому індексі модуляції спектри подібні Тому розглянемо варіант AM, або БМ напругами (2) фіг 1 Для цього випадку формули для модульованих ВЧ сигналів мають вигляд - (сі cos(cot (3) У), - (С2 COSCOt, де с-і, С2 - коефіцієнти несучої частоти при БМ, для AM ci= C2 =1, іти, гті2-коефіцієнти AM Модульовані ВЧ сигнали (3) підсумовують і одержують складений ВЧ сигнал Його спектр має п'ять компонент На мал 1 це компонента несучої частоти 4, бічні компоненти 5, 6 первого модульо ваного ВЧ сигналу і бічні компоненти 7, 8 другого модульованого ВЧ сигналу На фіг 2, на відміну від мал 1, є ще по дві пари компонент першого 9, 10, 11, 12 і другого 13, 14, 15, 16 модульованих ВЧ сигналів Вони з'являються в спектрі тому, що AM або ВМ здійснена трьома компонентами модулюючих напруг (2), частоти яких знаходяться в кратному відведенні, або якщо здійснена ФМ, хоча і напругами (2), але при середньому індексі ФМ Спосіб обробки складеного ВЧ сигналу (п 1 ФВ) полягає в наступному 3 двосмугового складеного ВЧ сигналу фіг 2 виділяють компоненти, які належать до різних бічних смуг і різних модульованих ВЧ сигналів КІЛЬКІСТЬ виділених компонент може бути різною Вона залежить від необхідності здійснення способу в тому, чи іншому варіанті Частоти двох компонент одного модульованого ВЧ сигналу перетворюють за допомогою компонент другого модульованого ВЧ сигналу В результаті одержують першу напругу ПЧ і другу напругу ПЧ Значення ПЧ можуть бути однаковими, або неоднаковими В результаті перетворення вимірюваний фазовий зсув переноситься в аргументи напруг ПЧ Тому за їх допомогою вимірюють фазовий зсув Можна показати, (це зроблено в прототипі [4] ), що обчислювач зафіксує фазовий зсув, який відповідає виразу (4) З (4) витікає, що за допомогою напруг ПЧ можна вимірювати фазовий зсув в межах 0, 180°, тобто, формувати шкалу вимірювань 0 -180° Назвемо цю шкалу другою Ш? = 180е (5) Недоліком таких вимірювань є неоднозначність в межах природнього циклу фазового зсуву 0 360° Щоб позбутися цього недоліку, фазовий зсув між ВЧ сигналами (1) вимірюють за допомогою КІЛЬКОСТІ напруг ПЧ, яка перевищує дві Далі будемо їх називати напругами ПЧ і допоміжними напругами ПЧ Значення їх ПЧ може співпадати, або відрізнятися В другому випадку для вимірювання фазового зсуву потрібні додаткові перетворення частот За допомогою напруг ПЧ формують декілька спряжених шкал По шкалах роблять ВІДЛІКИ, порівнюють їх між собою і знаходять результат вимірювання фазового зсуву як суму відліку по самій точній шкалі та поправки, яку знаходить обчислювач махом співставлення результатів, отриманих по шкалах Для формування першої і другої напруг ПЧ і другої шали (п 2 ФВ) можливо використання двох загальних варіантів - компоненти першого модульованого ВЧ сигналу вибирають симетричні відносно компоненти несучої частоти, наприклад, з будь -яких однойменних пар компонент - 5, 6, чи 9, 11, чи 10, 12, тощо, або несиметричні, наприклад, з будь-яких різнойменних пар компонент - 5, 11, чи 5, 12, чи 6, 9, 11 49897 чи 6,10, тощо, -компоненти другого модульованого ВЧ сигналу вибирають ВІДПОВІДНО симетричні відносно компоненти несучої частоти з тих же пар компонент (наприклад, 7, 8, чи 13, 15, тощо), або інших пар компонент бічних смуг (наприклад, 13, 15, чи 14, 16, чи 7, 8, тощо) або несиметричні з тих же пар компонент бічних смуг (наприклад, 7, 15, чи 7, 16, чи 8, 13, тощо), чи інших пар компонент бічних смуг (наприклад, 8, 15, або 7, 13, або 13, 8, тощо) з урахуванням можливості забезпечення заданого значення ПЧ За допомогою першої і другої напруг ПЧ формують другу шкалу (5) Для формування першої шкали з природніми межами ВІДЛІКІВ 0 і 360° (п З ФВ), за допомогою компонент складеного ВЧ сигналу формують одну або більше допоміжних напруг ПЧ, а фазовий зсув вимірюють між однією напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ, або між першою напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ, чи між другою напругою ПЧ і другою допоміжною напругою ПЧ Тут також зберігається можливість формування другої шкали При віднайденні результату вимірювань порівнюють ВІДЛІКИ першої та другої шкал Розглянемо способи формування напруг ПЧ, допоміжних напруг ПЧ і шкал Першу шкалу Ші = 0 360е (6) формують наступними способами 1 Кожну бічну компоненту 5, 7 та 6, 8 складеного ВЧ сигналу виділяють окремо (п 4 ФВ), перетворюють частоту кожної з двох бічних компонент, наприклад, 5 і 7, за допомогою, ВІДПОВІДНО, симетричних їм відносно компоненти несучої частоти 4 других бічних компонент 6 і 8 того ж модульованого ВЧ сигналу і одержують першу і другу напруги, частоти яких дорівнюють подвійним частотам ВІДПОВІДНИХ модулюючих напруг (2) Частоти одержаних першої і другої напруг взаємно перетворюють і одержують третю напругу її частоту ділять на два і одержану напругу приймають за допоміжну напругу ПЧ Фазовий зсув вимірюють між допоміжною напругою ПЧ і первою, або другою напругою ПЧ Обчислювач фазовимірювальної РТС зафіксує значення фазового зсуву, яке відповідає формулі Уш = У або Ущ = -У U) З порівняння (4) і (7) видно, що відношення між шкалами (5) і (6) відповідає виразу = 2Ш : (8) Першу шкалу використовують як оглядову та для розкриття неоднозначності вимірювань Для розкриття неоднозначності порівнюють ВІДЛІКИ, отримані по першій шкалі (6), з відліками, отриманими по другій шкалі (5), і знаходять, якій частині першої шкали (6) відповідає ВІДЛІК, зроблений по другій шкалі (5) Значення виміряного фазового зсуву знаходять по шкалі (5) з урахуванням поправки 0 або 180° в залежності від того, якій частині 12 першої шкали відповідає ВІДЛІК ПО другій шкалі Для одержання напруг ПЧ і допоміжної напруги ПЧ використовують одні і ті ж бічні ВЧ компоненти Значення ПЧ можна забезпечити рівною сумі або різниці частот модулюючих напруг 2 Першу і другу напруги ПЧ формують (п 5 ФВ) з других пар компонент двох смуг складеного ВЧ сигналу До них на рис 2 належать компоненти 9, 13 і 11, 15 Напруги ПЧ формують таким же чином, як описано в п 1 Значення ПЧ дорівнюють сумі, або різниці подвоєних частот модулюючих напруг Для одержання допоміжної напруги ПЧ виділяють компоненти перших бічнихих смуг 5, 6, 7, 8, перетворюють частоти двох бічних компонент, наприклад, 6, 8 за допомогою, ВІДПОВІДНО, симетричних їм відносно компоненти несучої частоти других бічних компонент, в даному випадку - компонент 5 і 7,того ж модульованого ВЧ сигналу Одержують першу і другу напруги, їх частоти взаємно перетворюють і одержують допоміжну напругу ПЧ Для формування першої вжали фазовий зсув вимірюють між допоміжною напругою ПЧ і першою або другою напругою ПЧ 3 відлікам, отриманим по першій шкалі (6), порівнюють ВІДЛІК, отриманий по другій шкалі (5), яку формують за допомогою першої і другої напруг ПЧ Аналогічно можна показати, що для вимірювання фазового зсуву можна використовувати також і ІНШІ пари (треті, четверті, тощо) компонент складеного ВЧ сигналу, причому, як однойменні (перші пари, другі пари, треті пари, тощо), так і різнойменні (першу пару однієї смуги і другу пару іншої смуги, або третю пару іншої смуги, тощо, другу пару однієї смуги і з другої смуги першу пару, або третю пару, тощо, і так далі) 3 Для формування двох напруг ПЧ (п 6 ФВ) використовують другі пари компонент бічних смуг складеного ВЧ сигналу так, як описано в п 2 Для формування першої шкали (6) частоти складеного ВЧ сигналу перетворюють Можної показати що в продуктах перетворення будуть компоненти подвійних частот модулюючих напруг (2) Ці напруги виділяють Частоту однієї з них перетворюють за допомогою другої напруги і отримують допоміжну напругу ПЧ, яка дорівнює сумі або різниці подвійних частот модулюючих напруг Фазовий зсув вимірюють між допоміжною напругою ПЧ і однією з двох напруг ПЧ ВІДЛІК, одержаний по першій шкалі (6), порівнюють з ВІДЛІКОМ, одержаним по другій шкалі (5), і знаходять результат вимірювань Для вимірювання фазового зсуву з використанням сформованої допоміжної напруги ПЧ можна використовувати і перші пари бічних компонент складеного ВЧ сигналу, з яких потрібно сформувати дві напруги ПЧ (див п 1) Але в цьому винаджу необхідно додатково або помножити на два частоту першої і другої напруг ПЧ, або поділити на два частоту одержаної допоміжної напруги ПЧ При такому формуванні допоміжної напруги ПЧ в продуктах перетворення частот з'являються компоненти, які залежать від фазового зсуву їх також можна використати для вимірювання фазового зсуву або/1 підвищення точності вимірювань 4 Для формування напруг ПЧ (п 7 ФВ) вико 13 49897 ристовують перші компоненти модульованих ВЧ сигналів нижньої (6, 8 на мал 2) (верхньої - 5,6 )бічноі смуги і другі компоненти модульованих ВЧ сигналів верхньої (9, 13) (нижньої - 11, 15) бічної смуги В цих випадках значення ПЧ будуть Fi - F2, 2F2-2Fi,a6o / і 2F2 + Fi, 2Fi + F2 (2, 2F r 2F 2 ,a6o / і 2Fi+ F2, 2F 2 + Fi) З тих же ВЧ компонент формують дві напруги, які не залежать від вимірюваного фазового зсуву їх частоти дорівнюють 3Fi і 3F2 (3Fi і 3F2) 3 цих напруг методами ділення частот і перетворення частот формують дві ДОПОМІЖНІ напруги ПЧ Для першого випадку це ПЧ Fi - F2, 2F2-2Fi (2F2 + Fi, 2Fi + 2F2) Ці частоти співпадають з частотами першої і другої напруг ПЧ Для першого випадку фазовий зсув вимірюють між першою напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ Fi - F2 (F2 + F1), а також між другою напругою ПЧ і другою допоміжною напругою ПЧ 2F2 -2Fi (2Fi -2F2) Першу шкалу формують по одному із отриманих результатів, а другу - по двох результатах По другому випадку можна зробити аналогічні висновки 5 Для формування напруг ПЧ (п 8 ФВ) використовують перші компоненти модульованих ПЧ сигналів нижньої (6, 8 на мал 2) (верхньої - 5, 7) бічної смуги і треті компоненти модульованих ВЧ сигналів верхньої (10, 14) (нижньої - 12, 16) бічної смуги В цих випадках значення ПЧ будуть Fi - F2, 3F2 -3Fi, або/ і 3F2 + Fi, 3Fi + F2 (Fi - F 2 , 3Fi -3F2 або/1 Fi+3F 2 , F 2 +3Fi) З тих же ВЧ компонент формують дві напруги, які не залежать від вимірюваного фазового зсуву їх частоти дорівнюють 4Fi і 4F2 (4Fi і 4F 2 ), 3 цих напруг формують дві ДОПОМІЖНІ напруги ПЧ методами ділення частот і перетворення частот Для першого випадку це ПЧ Fi - F2 і 3F2 - 3Fi (F2 - Fi, 3Fi -3F2) ЦІ частоти співпадають з частотами першої і другої напруг ПЧ Для першого випадку фазовий зсув вимірюють між первою напругою ПЧ і допоміжною напругою ПЧ Fi - F2 (F2 - F1), а також між другою напругою ПЧ і другою допоміжною напругою ПЧ 3F2 - 3Fi ( 3Fi -3F2) Першу шкалу формують по одному із отриманих результатів, а другу - по двох результатах По другому випадку можна зробити аналогічні висновки 6 ДОПОМІЖНІ напруги ПЧ можна також формувати із компонент однієї бічної смуги одного або двох модульованих ВЧ сигналів Особливість цього варіанту полягає в тому, що вибором номерів компонент складеного ВЧ сигналу можна відразу отримати ВІДПОВІДНІ ВІДДІЛЯЄ ВІД значення ПЧ лише одна операція - перетворення частот Цей випадок також вписується в межі винаходу (п 1 ФВ), оскільки крім цих компонент, обов'язково будуть і ті компоненти, які належать різним бічним смугам 1 різним модульованим ВЧ сигналам для формування першої і другої напруг ПЧ Розглянуті приклади лише ілюструють запропонований спосіб В ДІЙСНОСТІ варіантів способу є значно більше КІЛЬКОСТІ розглянутих варіантів Наведені приклади дозволяють ВІДМІТИТИ, ЩО для формування першої і другої напруг ПЧ можна використати два способи 14 а) Кожну пару компонент обох бічних смуг складеного ВЧ сигналу виділяють окремо, а значення ПЧ вибирають рівним різниці частот модулюючих напруг, або різниці частот кратних частотам модулюючих напруг, б) Кожну компоненту обох бічних смуг складеного ВЧ сигналу виділяють окремо, а значення ПЧ вибирають рівним різниці, або/і сумі частот модулюючих напруг або частот, кратних частотам модулюючих напруг Можна одночасно формувати декілька пар напруг ПЧ Одночасна (паралельна) обробка одержаної інформації і и усереднення дозволяє значно підвищити точність вимірювань Для формування шкал (п п 9, 10 ФВ) використовують також різні степені перетворення частот бічних компонент складеного ВЧ сигналу Розглянемо два способи перетворення частот Перший спосіб полягає в тому, що для перетворення частот в перетворювачі використовують нелінійний елемент НІ, характеристика якого може бути представлена формулою (9) і = a2nu де і- струм елемента НІ, а 2 п - коефіцієнт, u - сигнал, що надходить до елемента НІ, п -коефіцієнт, який характеризує парну степінь перетворення частот і може приймати одне із значень ряду 1, 2, З, Значення п = 1 відповілає квдратичному (другої степені) перетворенню За його допомогою формують першу, другу і допоміжну напруги ПЧ і, ВІДПОВІДНО, перву (6) і другу (5) шкали В наведеному вище аналізі використовувалось лише таке перетворення частот Значення п = 2 відповідає бікавдратичному (четвертої степені) перетворенню За його допомогою формують третю і четверту напруги ПЧ і, ВІДПОВІДНО, третю шкалу 90 е (10) Співідношення між шкалами (6), (5) і (10) витікає з формули = 2Ш 2 =4Ш 3 = 0,5Ш2=0,25Ші (11) Значення п = 3 відповідає бікубічному (шостої степені) перетворенню За його допомогою формують п'яту і шосту напруги ПЧ і, ВІДПОВІДНО, четверту шкалу 60 е (12) Співвідношення між шкалами має вигляд Ші =2Ш 2 =4Ш 3 =6Ш 4 (13) При п = 3 можна одержати ще коротші шкали Другий спосіб полягає в тому, що для перетворення частот в перетворювачі використовують НЕ, характеристика якого може бути описана формулою, 49897 15 2n (14) n=1 де і- струм елемента НІ, Э 2 п - КОефіЦІЄНТ, u - сигнал, що надходить до елемента НІ, п - 1,2 , ,К - біжучий коефіцієнт, який характеризує степінь перетворення частот Цей спосіб відрізняється від розглянутого вище тим, ще він передбачає одночасне перетворення частот різних (декількох) степенів в одному перетворювачі Це можливо завдяки тому, що одержувані напруги ПЧ мають різні значення ПЧ і 16 їх можна розділяти для подальшого використання Особливість сформованих шкал полягає в тому, що вони спряжені Тому між ними завжди зберігаються одні і ті ж співвідношення (8), (11), (13) Причому, коротша шкала точніша і має більшу роздільну здатність, ніж довга шкала Тому для вимірювання фазового зсуву, використовують (п 11 ФВ) першу шкалу, а також другу шкалу або/1 третю шкалу, або/1 четверту шкалу, тощо В таблиці 1 наведені цифрові значення окремих ВІДЛІКІВ на п'яти шкалах, у ВІДПОВІДНОСТІ З співвідношенням (13) 3 таблиці також видно, що чим коротша шкала, тим більше разів вона вміщується на вершій шкалі Таблиця 1 ВІДПОВІДНІСТЬ ВІДЛІКІВ на спряжених шкалах №№ №№ Межі п п Шкал шкал, град 1 1 0, 360 2 2 0, 180 3 3 0, 90 4 4 0, 60 5 5 0, 45 Результат вимі6 рювань 0 0 0 0 0 0 45 45 90 180 270 360 0 45 ВІДЛІКИ на шкалах 90 135 90 135 160 270 360 180 180 90 360 360 90 Із порівняння цифр різних стовпчиків таблиці і видно, що комбінації цифр не повторюються Це означає, що по відліках на шкалах можна знайти поправку А за точний результат вимірювань приймають ВІДЛІК, отриманий по вибраній найкоротшій шкалі, з урахуванням цієї поправки Для здійснення вимірювань немає необхідності використовувати багато шкал Можна обмежитися, наприклад, двома шкалами, припустимо, першою і третьою, або першою і четвертою, тощо В цьому випадку першу шкалу використовують як оглядову, а іншу - якточну для вимірювань По запропонованому способу розроблений також пристрій для обробки складеного ВЧ сигналу в фазовипробувальній РТС (п 12 ФВ) Його структурна схема зображена на мал 3, а склад і зв'язки між вузлами наведені вище Пристрій працює так Складений ВЧ сигнал надходить в розгалужувач 17, а з його жести виходів на фільтри, ВІДПОВІДНО, 18, 19, 20, 21, 22, 23 За допомогою фільтрів 18 і 19 виділяють другі вари компонент 9, 13 і 14, 15 їх частоти взаємно перетворюють, ВІДПОВІДНО, в ПРЧ 24, 25 3 продуктів перетворення за допомогою фільтрів 28, 29 виділяють дві напруги ПЧ, які дорівнюють різницевій частоті подвійних частот модулюючих напруг UiCOs[(2F 2 -2Fi)t-y] UiCOs[(2F 2 -2Fi)t+y] (15) По напругах (15) в обчислювачі Індикатора (на мал 3 не наведені) вимірюють фазовий зсув (4) і формують другу шкалу (5) вимірювань За допомогою фільтрів 20, 21, 22, 23 із складеного ВЧ сигналу рис 2 виділяють кожну окремо 135 при значеннях фазового зсуву 180 225 270 315 180 225 270 315 360 90 180 270 360 180 360 180 360 270 180 90 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 180 360 225 270 315 компоненти 6, 8 і 12, 16 першої пари і третьої пари нижньої смуги сигналу Частоти компонент 6 і 12 і компонент 8 і 16 взаємно перетворюють, ВІДПОВІДНО ПРЧ 26 і 27 Із продуктів перетворення фільтрами, ВІДПОВІДНО, ЗО і 31 виділяють держу і другу напруги подвійних частот модулюючих напруг, їх частоти додатково перетворюють в ПРЧ 32 і за допомогою фільтра 33 виділяють напругу, частота якої дорівнює різницевій частоті подвійних частот модулюючих напруг = U f l cos(2F 2 -2Fi)t (16) Цю напругу приймають за допоміжну напругу ПЧ Оскільки першу і другу напруги формують із компонент, ВІДПОВІДНО, першого і другого модулюючих ВЧ сигналів, то вони не залежать від вимірюваного фазового зсуву ВІДПОВІДНО І допоміжна напруга ПЧ (16) не залежить від вимірюваного фазового зсуву По ДОПОМІЖНІЙ напрузі ПЧ (16) і одній з напруг ПЧ (15) формують нерву шкалу А по відліках першої і другої шкал розраховують виміряний фазовий зсув Відзначимо, ще напруги ПЧ (15) можна формувати за допомогою різних пар компонент складеного ВЧ сигналу, наприклад перших, або других, або третіх, тощо Але компоненти які виділяють, повинні належати до різних смуг Допоміжну напругу ПЧ (16) також можна формувати, вибираючи різні групи компонент складеного ВЧ сигналу Основними критеріями вибору тут є - значення ПЧ, яку потрібно забезпечити, - формування першої напруги з компонент од 18 17 49897 ного, а другої - з компонент другого модульованого в чотири рази частот модулюючих напруг Виділені ВЧ сигналу третя і четверта напруги ПЧ забезпечують в обчислювачі формування третьої шкали По ній ВІДЛІКИ При вимірюванні фазового зсуву по напругах ЗДІЙСНЮЮТЬ з похибкою, обумовленою паразитниПЧ (15) має місце похибка вимірювань [4] ми компонентами, яка може бути розрахована по формулі ду (17) Р AY (18) Р де р і рп - коефіцієнти передачі фільтром корисних компонент і паразитних компонент Одним із способів зменшення похибки (17) є Тобто, вона менша від похибки прототипу (17) 2 2 використання перетворення частот компонент вив р /р п раз При р/рп = 20 (26 дБ) похибка (17) досоких степенів Для здійснення цього способу (п 13 рівнює 0,3°, а похибка (18) - менше 0,001° ФВ) в пристрій додатково введені два фільтри (в Потрібно підкреслити, що в компонентах склаФВ- дванадцятий і тринадцятий фільтри), а ПРЧ деного ВЧ сигналу запропонованих винаходів збе24, 25 виконані двоканальними Причому перші рігається інформація також про амплітуди порівканали є перетворювачами частот другої степені, нювальних ВЧ сигналів (1) її можна використати які забезпечують одержання напруг ПЧ (15), а друдля здійснення вимірювання амплітуд (1) або їх гі канали - перетворювачами частот більш високої відношення Це має велике значення для вимірюпарної степені, наприклад, четвертої Виходи дрування характеристик сигналів і вузлів гих каналів ПРЧ підімкнуті, ВІДПОВІДНО, ДО дванадЗапропоновані винаходи забезпечують суттєцятого і тринадцятого фільтрів, виходи яких є таве розжарення областей використання, великий кож вихадами пристрою Ці фільтри настроюють науковий, науково-технічний і економічний ефекти на ПЧ, значення якої дорівнює різниці збільшених 19 49897 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 20