Спосіб модуляції при вимірюванні фазових характеристик

1. Спосіб модуляції при вимірюванні фазових характеристик, у відповідності до якого сигнал (сигнали) розгалужують і здійснюють модуляцію, який відрізняється тим, що модуляцію сигналів здійснюють до і після їх розгалуження, а частоти моду 38298 Запропонований спосіб можна пояснити за допомогою пристроїв обробки сигналів, функціональні схеми яких приведені на фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1 приведена функціональна схема пристрою для модуляції сигналів при вимірюванні взаємних фазових (тобто фазоамплітудних і фазочастотних) характеристик високочастотних чотириполюсників. До його складу входять розгалужувачі 1, 2, 3, модулюючі блоки (МБ) 4, 5, 6, 7, 8, 9, досліджуваний 10 і взірцевий 11 чотириполюсники і перетворювачі частот (ПРЧ) 12, 13. На схемі модулюючі генератори умовно не показані. Входом пристрою є вхід розгалужувача 1, а виходами - виходи ПРЧ 12, 13. В пристрої здійснені такі зв'язки. Виходи розгалужувача 1 підключені відповідно до MБ 4 і 5, а їх виходи підімкнуті до входів розгалужувачів 2, 3. Виходи розгалужувача 2 через послідовно з'єднані МБ 6 i досліджуваний чотириполюсник 10, і послідовно з'єднані МБ 7 і взірцевий чотириполюсник 11 підключені до перших входів відповідно ПРЧ 12 та 13. Виходи розгалужувача 3 через МБ 8 та 9 підключені до других входів відповідно ПРЧ 12 та 13. На фіг. 2 приведена функціональна схема пристрою для модуляції сигналів при вимірюванні взаємних фазових характеристик високочастотних сигналів До його складу входять розгалужувачі 1, 2, MБ 4, 5, 6, 7, 8, 9 та ПРЧ 12, 13. Вихід МБ 4 через розгалужувач 1 підключений до входів МБ 6 і 7, виходи яких підключені відповідно до першого входу ПРЧ 12 і до входу розгалужувача 2. Вихід МБ 5 підключений до першого входу ПРЧ 13. Виходи розгалужувача 2 через MБ 8 і 9 підключені до других входів відповідно ПРЧ 12 і 13. Входами пристрою є входи МБ 4, 5, а виходами - виходи ПРЧ 12, 13. На схемі модулюючі генератори умовно не показані. Запропонований спосіб модуляції при вимірюванні фазових характеристик чотириполюсників (фіг. 1) полягає в наступному. Формують високочастотний сигнал, який подають на вхід розгалужувача 1. В ньому сигнал розгалужують на перший і другий сигнали, які модулюють за допомогою МБ 4, 5. Кожний з одержаних модульованих сигналів розгалужують в розгалужувачах 2, 3 на дві пари сигналів, відповідно, на третій, четвертий і п'ятий, шостий модульовані сигнали. Їх додатково модулюють за допомогою МБ 6, 7 і 8, 9. Одержують сьомий, восьмий і дев'ятий, десятий модульовані сигнали. Сьомий і восьмий сигнали поступають через досліджуваний чотириполюсник 10 і взірцевий чотириполюсник 11 на перші входи, відповідно, ПРЧ 12 і ПРЧ 13. На другі входи ПРЧ 12, 13 поступають модульовані сигнали, відповідно, дев'ятий і десятий. В ПРЧ 12, 13 здійснюють перетворення частот модульованих сигналів і з продуктів перетворення виділяють дві напруги проміжних частот (ПЧ). За їх допомогою вимірюють фазову характеристику чотириполюсника 10 відповідно взірцевого чотириполюсника 11. Для цього: частоти напруг ПЧ взаємно перетворюють і порівнюють з додатковою напругою ПЧ, яку формують з модулюючих напруг, або частоти напруг ПЧ перетворюють по відношенню до відповідних додаткових напруг ПЧ, які формують з відповідних модулюючих напруг, і порівнюють одержані результати. Для одержання найвищої точності вимірювань частоти модулюючих напруг (функцій) вибирають нерівними і некратними, а ПЧ вибирають рівною комбінаційній частоті частот модулюючих напруг. Особливістю запропонованого способу в розглянутому варіанті є те, що при його здійсненні забезпечують модуляцію сигналів до їх розгалуження і після. Для цього в схемі використовують дві групи МБ: 4, 5 і 6, 7, 8, 9. Обидві групи забезпечують формування ПЧ. Але вимоги до ідентичності фазових характеристик МБ 4 та МБ 5 відсутні. Модуляція другою групою МБ забезпечує підвищення точності в порівнянні з прототипом. При використанні односмугової модуляції на виходах ПРЧ 12 і ПРЧ 13 матимуть місце корисні і паразитні компоненти напруг ПЧ. Найбільші значення корисної Uk і паразитної Un компонент на виході ПРЧ 12 можна представити виразами: (1) Uk = KK xE1E 2C 4C5C6C8 Un = KK xE1E 2 C4C5C- 6 C- 8 , (2) де К - коефіцієнт; Кx - модуль коефіцієнта передачі досліджуваного чотириполюсника; Е1, Е2 амплітуди першого і другого сигналів; С - коефіцієнт, який характеризує рівень компонент модульованих сигналів; індекс показує номер МБ, знак плюс перед індексом характеризує корисну компоненту, а знак мінус паразитну компоненту на виході відповідного МБ. Похибка, зумовлена наявністю найбільшої паразитної компоненти (2), може бути розрахована за формулою C C (3) Dy 1 » -6 -8 cos 2y X C6C8 де yX - фазова характеристика досліджуваного чотириполюсника. Похибка, зумовлена найбільшою паразитною компонентою другої напруги ПЧ, що на виході ПРЧ 13, може бути розрахована за аналогічною формулою C C (4) Dy 2 » - 7 - 9 cos 2y B C 7C 9 де yB - фазова характеристика взірцевого чотириполюсника. Середньоквадратичне значення похибки вимірювання взаємних фазових характеристик можна розрахувати за формулою 2 Dy » Dy1 + y 2 2 (5) При C6=C7, C8=C9 і C-6=C-7, C-8=C-9, з (5) одержимо, що Dy » C - 6C - 8 cos 2 2 y X + cos 2 2 y B C6 C8 (6) Формули похибок (3) - (6) показують що вплив на їх значення характеристик МБ залежить від місця їх вмикання – до розгалуження чи після розгалуження сигналів. Тому місце вмикання МБ можна обгрунтовувати за їх фазочастотними і фазоамплітудними характеристиками. МБ, які мають незадовільні ці характеристики, але забезпечують здійснення високої модулюючої частоти, наприклад, ЛБХ [3], потрібно вмикати до розгалуження. МБ, які мають високу стабільність та ідентичність згаданих характеристик, наприклад, модулятори поляризаційного типу [2] необхідно вмикати в кола сигналів після їх розгалуження. Таке включення 2 38298 МБ забезпечує вирішення і другої важливої задачі - практично вилучає похибку, зумовлену розв'язкою між каналами, і, як витікає з формул (3) - (6), фазоамплітудну похибку. Запропонований спосіб у порівнянні з прототипом забезпечує значне, на порядок і більше, підвищення точності вимірювання, значне розширення динамічного і частотного діапазонів вимірюваних характеристик, а також регулювання частоти сигналів (переважно до їх розгалуження). Переваги зберігаються і в порівнянні з гетеродинним способом, оскільки ПРЧ можуть також працювати в лінійному режимі. Можливі і інші варіанти запропонованого способу. Наприклад: - чотириполюсники 10, 11 можна включити: між розгалужувачем 2 і МБ 6, 7; між розгалужувачем 3 і МБ 8, 9; між МБ 8, 9 і ПРЧ 12, 13; - один з чотириполюсників можна включити в будь-яке із згаданих кіл, а другий - в будь-яке з решти залишившихся згаданих кіл; - на вхід пристрою замість, або крім МБ 4, 5, можна включити додатковий МБ. Його характеристики можна врахувати в аналізі так, як показано в розглянутому прикладі. З розглянутого способу витікає, що похибки вимірювання фазових характеристик практично не залежать від модуляції сигналів до їх розгалуження, а залежать від модуляції сигналів після розгалуження. Ця залежність незначна. На похибку не впливають амплітуди сигналів. Запропонований спосіб у варіанті вимірювання взаємних фазових характеристик сигналів, наприклад, у фазовій радіопеленгації, фазовій дальнометрії, тощо, можна описати шляхом аналізу пристрою фіг. 2. В ньому допоміжний сигнал формують за допомогою блоків та вузлів 1, 7, 2, 8, 9 допоміжного каналу. На виходах ПРЧ 12 і 13 формують напруги ПЧ. У їх складі є і паразитна компонента, яка приводить до похибок, аналогічних (3) - (6). У схемі MБ 4, 7 ввімкнуті до розгалуження, а МБ 6, 8, 9 - після розгалуження. В каналі з блоками 5, 13 розгалуження немає. Але характеристики МБ 5 повинні бути ідентичні характеристикам МБ 4. В такій схемі допоміжний сигнал можна також формувати з другого порівнюваного сигналу (проходить по нижньому каналу схеми). Крім того, можна формувати два допоміжних сигнали - з двох порівнюваних сигналів. В цьому випадку одержимо симетричну схему модуляції порівнюваних сигналів. Слід підкреслити, що найпростішою для здійснення способу схемою є така, що містить в собі лише одне розгалуження. До них належить схема аналога [2], у відповідні кола якої потрібно ввімкнути МБ. Розглянемо важливі варіанти запропонованого способу. 1. У всіх MБ здійснюють один вид модуляції, наприклад, односмугову модуляцію. Приклади цього варіанту розглянуті вище. 2. В МБ здійснюють різні види модуляції, наприклад, односмугову і амплітудну, або/і балансну, або/і гармонічну фазову тощо. В цих випадках характеристика модуляції буде відображена в аналітичних формулах, якими будуть описані модульовані сигнали і напруги ПЧ. Можливість використання комбінації різних видів модуляції витікає з того, що, крім ослаблення паразитних компонент (односмугова модуляція), потрібно також зміщувати частоту сигналів. Цю функцію можна виконувати також за допомогою модуляцій, які забезпечують симетричний спектр. 3. Кожний з r сигналів модулюють m r - кратно, де r - порядковий номер сигналів, mr = 1, 2, 3, ... (або m r³1). Інакше кажучи, кожний МБ може мати один або більше модуляторів. Аналогічним аналізом можна показати, що спосіб забезпечує вимірювання також взаємних амплітудних характеристик високочастотних чотириполюсників і сигналів. Похибки розраховуються таким же чином. Таке розширення можливостей способу забезпечує і розширення областей його використання. Запропонований спосіб забезпечує великі науковий, технічний та економічний ефекти. Вони зумовлені можливістю значного підвищення точності вимірювання, розширення динамічного і частотного діапазонів вимірювальних пристроїв і можливістю регулювання частоти сигналів. 3 38298 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4