Спосіб модуляції при вимірюванні взаємних характеристик сигналів і радіотехнічний модуляційний пристрій для здійснення способу

1 Спосіб модуляції при вимірюванні взаємних характеристик сигналів, у ВІДПОВІДНОСТІ З ЯКИМ один з сигналів послідовно два рази модулюють, ВІДПОВІДНО, першою і другою модулюючими напругами неоднакових і некратних частот, перетворюють частоти модульованого сигналу, виділяють напругу проміжної частоти (ПЧ), формують допоміжну напругу ПЧ і їх використовують для вимірювання взаємних характеристик сигналів, який відрізняється тим, що другий сигнал послідовно два рази модулюють, ВІДПОВІДНО, третьою і четвертою модулюючими напругами неоднакових і некратних частот, які також не рівні і не кратні частотам першої і другої модулюючих напруг, здійснюють перетворення частот компонент і другого модульованого сигналу, значення ПЧ вибирають з частот, які одержані внаслідок перетворення частот модульованих сигналів, а допоміжну напругу ПЧ формують з модулюючих напруг 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що використовують амплітудну модуляцію або/і балансну модуляцію, або/і фазову модуляцію, або/і односмугову модуляцію 3 Спосіб за п 1 або 2, який відрізняється тим, що перетворення частот модульованих сигналів здійснюють шляхом їх перемноження, для вимірювання фазового зсуву використовують напругу ПЧ, яка дорівнює комбінаційній частоті, одержаній за допомогою компонент різних модульованих сигналів, наприклад частот чотирьох модулюючих напруг, і допоміжну напругу ПЧ, а для вимірювання взаємних амплітудних характеристик сигналів використовують напруги, які не мають інформації про фазовий зсув, або напруги, які мають відоме значення фазового зсуву, і допоміжну напругу ПЧ СИГНАЛІВ І 4 Спосіб за п 1 або 2, або 3, який відрізняється тим, що для здійснення перетворення частот обидва модульовані сигнали розгалужують, ВІДПОВІДНО, на р і q модульованих сигналів, де р і q - ЦІЛІ числа, з кожного з них виділяють по одній або/і по декілька компонент і отримують, ВІДПОВІДНО, р і q компонент або груп компонент модульованих сигналів, перетворюють частоту кожної компоненти або частоти кожної групи компонент одного модульованого сигналу по відношенню до частоти відповідної компоненти або частот ВІДПОВІДНИХ груп компонент другого модульованого сигналу, виділяють напруги інших частот, причому перетворення частот виконують послідовно г = 1, 2, 3, раз і одержують одну або декілька напруг ПЧ 5 Радіотехнічний модуляційний пристрій, який містить в собі перший і другий модулятори, перший і другий генератори, перший і другий розгалужувачі, синтезатор, блок перетворення частот (БПЧ) і фільтр, причому перший і другий модулятори з'єднані послідовно в першому каналі пристрою, вхід першого модулятора є першим входом пристрою, БПЧ послідовно з'єднаний з фільтром, перший і другий генератори з'єднані послідовно, ВІДПОВІДНО, з першим і другим розгалужувачами, перші виходи яких підключені до керуючих входів, ВІДПОВІДНО, першого і другого модуляторів, а другі виходи - ВІДПОВІДНО, до першого і другого входів синтезатора, вихід якого і вихід фільтра є виходами пристрою, який відрізняється тим, що в нього додатково введені послідовно з'єднані третій генератор і третій розгалужувач, четвертий генератор і четвертий розгалужувач, третій модулятор і четвертий модулятор в другому каналі пристрою, а синтезатор виконаний чотиривходовим, причому вхід третього модулятора є другим входом пристрою, перші виходи третього і четвертого розгалужувачів підключені до керуючих входів, ВІДПОВІДНО, третього і четвертого модуляторів, а другі виходи - ВІДПОВІДНО, до третього і четвертого входів синтезатора, а БПЧ являє собою модуль перетворення частот (далі - модуль) з двома входами і виходом, які є, ВІДПОВІДНО, двома входами і виходом БПЧ, до входів БПЧ підключені виходи, ВІДПОВІДНО, другого і четвертого модуляторів 6 Пристрій за п 5, який відрізняється тим, що о 0 0 о 49908 його модуль являє собою послідовно з'єднані двовходовий суматор і перетворювач частот (ПРЧ) 7 Пристрій за п 6, який відрізняється тим, що його модуль додатково містить другий фільтр, який включений між суматором і ПРЧ 8 Пристрій за п 7, який відрізняється тим, що його модуль додатково містить в собі п'ятий розгалужувач і послідовно з'єднані третій фільтр і другий ПРЧ, а також четвертий фільтр, причому вхід п'ятого розгалужувача підключений до виходу суматора, а виходи - ВІДПОВІДНО, ДО другого і третього фільтрів, а вихід другого фільтра підключений до четвертого фільтра пристрою і вихід четвертого фільтра є третім виходом пристрою 9 Пристрій за п 5, який відрізняється тим, що його модуль містить в собі шостий і сьомий розгалужувачі, п'ятий, шостий, сьомий і восьмий фільтри, третій і четвертий ПРЧ, а також дев'ятий фільтр, причому перші виводи шостого і сьомого розгалужувачів модуля через, ВІДПОВІДНО, П'ЯТИЙ І сьомий фільтри підключені до перших входів, ВІДПОВІДНО, третього і четвертого ПРЧ, а другі їх виходи - ВІДПОВІДНО, через шостий і восьмий фільтри, підключені до других входів, ВІДПОВІДНО, третього і четвертого ПРЧ, входами БПЧ є входи шостого і сьомого розгалужувачів модуля, а виходами - виходи третього і четвертого ПРЧ модуля, причому перший вихід БПЧ підключений до першого фільтра, другий вихід БПЧ підключений до дев'ятого фільтра пристрою, а вихід дев'ятого фільтра є третім вводом пристрою Винаходи відноситься до області фазової радіотехніки і можуть бути використані для вимірювання характеристик активних і пасивних багатополюсників, а також характеристик сигналів (радіопеленгація, тощо) в діапазонах високих частот ВІДОМІ способи модуляції при вимірюванні взаємних характеристик порівнюваних сигналів (далі - сигналів) і радіотехнічні МОДУЛЯЦІЙНІ пристрої надвисоких частот (НВЧ) Воин описані Наприклад, в такій літературі 1 Бондаренко И К , Дайнега Г А , Маграчев З В , Автоматизация измерений параметров СВЧ трактов -М Сов радио, 1969 -304с 2 Способ фазовой модуляции в измерительных устройствах СВЧ // Авторское свидетельство СССР, НКИ 21 е 36/10 №168795 от 19,04,1963г Опубл 11,03,1965г (Ю,Ф, Ларкин, СССР) Загальною особливістю відомих способів модуляції при вимірюванні взаємних характеристик сигналів є використання фазової модуляції одного з сигналів і перетворення частот (детектування) для переносу вимірювань на проміжну частоту (ПЧ) Загальною особливістю відомих радіотехнічних модуляційних пристроїв (далі пристроїв) для здійснення способу є використання блока перетворення частот (БПЧ) і в одному каналі - принаймні одного модулятора Найближчими до запропанованих винаходів є спосіб базової модуляції в вимірювальних пристроях на НВЧ і пристрій для вимірювання коефіцієнтів передачі і відбиття багатополюсників описані в [2] В цих відомих технічних рішеннях інформацію про характеристики багатополюсників НВЧ переносять на амплітуду і фазу одного з НВЧ сигналів, Перенесені характеристики вимірюють по відношенню до ВІДПОВІДНИХ характеристик другого НВЧ сигналу, який інколи називають опорним, З сказаного видно, що терміни "вимірювання коефіцієнтів передачі і відбиття і "вимірювання взаємних характеристик сигналів" еквівалентні виділяють напругу ПЧ, а також формують допоміжну напругу ПЧ Одержані дві напруги використовують для вимірювання Особливістю відомого пристрою є те, що він має два БПЧ канали, в один з яких включені два послідовно з'єднані фазові модулятори, які забезпечусь едносмуговий спектр модульованого НВЧ сигналу Пристрій містить В собі також синтезатор, БПЧ, два модулюючі генератори і два розгалужувачі ВІДПОВІДНО з'єднані між собою Цей відомий спосіб і пристрій прийняті за прототипи Недоліками способу - прототипу є велика похибка вимірювань і вузький динамічний діапазон, які зумовлені - паразитними компонентами спектру модульваного НВЧ сигналу, причиною появи яких є наявність паразитної амплітудної модуляції, - неідентичностю фазових і амплітудних характеристик НВЧ сигналів, яка зумовлена проходженням сигналів по ННЧ каналах, - залежністю похибки від відношення амплітуд сигналів Недоліком пристрою - прототипу є велика похибка вимірювань і вузький динамічний діапазон, які зумовлені - неідеальною роботою двох модуляторів, - неідентичністю НВЧ каналів, - залежністю похибки Вимірювань від відношення амплітуд сигналів Метою запропонованих винаходів - способу і пристрою для здійснення способу є значне зменшення похибки вимірювань і значне гозширення динамічного діапазону В основу винаходу - способу поставлена складна задача такого удосконалення способу, в якому, шляхом запровадження нових операцій та виконання їх в певній ПОСЛІДОВНОСТІ, забезпечують значне підвищення точності та значне розширення динамічного діапазону вимірювань В основу винаходу - пристрою для здійснення способу поставлена складна задача удосконалення об'єкту, в якому, шляхом запровадження нових блоків і вузлів з ВІДПОВІДНИМИ з'єднаннями, забезпечують значне підвищення точності та значне розширення динамічного діапазону вимірювань Особливістю відомого способу є ту що в ньому один з сигналів модулюють послідовно два рази фазовою модуляцією, перетворюсь частоти, 49908 З допомогою прототипів означені результати отримати неможливо тому, що в своєму складі вони не мають тих нових істотних ознак, які входять в сукупність суттєвих ознак винаходів В запропонованому способі модуляції при вимірюванні взаємних характеристик сигналів в діапазонах високих частот, у ВІДПОВІДНОСТІ З ЯКИМ один з порівнюваних сигналів послідовне два рази модулюють, ВІДПОВІДНО, першої і другою напругами неоднакових і некратних частот, перетворюють частоти модульованого сигналу, виділяють напругу проміжної частоти (ПЧ), формують допоміжну напругу ПЧ і їх використовують для вимірювання взаємних характеристик сигналів, для досягнення мети у ВІДПОВІДНОСТІ з винаходом, другий порівнюваний сигнал послідовно два рази модулюють, ВІДПОВІДНО, третьою і четвертою модулюючими напругами неоднакових і некратних частот, які також нарізні і некратні частотам першої і другої модулюючих напруг, внаслідок МОДУЛЯЦІЇ отримують смугові амплітудні спектри модульованих сигналів, здійснюють перетворення частот компонент обох модульованих сигналів, значення ПЧ вибирають з частот, які одержані внаслідок перетворення частот модульованих сигналів, а допоміжну напругу ПЧ формуюють з модулюючих напруг Далі, приреалізацм способу використовують амплітудну модуляцію, або/і балансну модуляцію, або/і фазову модуляцію, або/і одно смугову модуляцію Крім того, перетворення частот модульованих сигналів здійснюють шляхом їх перемноження, для вимірювання Фазового зсуву використовують напругу ПЧ, яка дорівнює комбінаційній частоті, одержаній за допомогою компонент різних модульованих сигналів, наприклад, частот чотирьох модулюючих напруг, і допоміжну напругу ПЧ, а для вимірювання взаємних амплітудних характеристик сигналів використовують компоненти напруг, які не інформації про фазовий зсув, або по цих компонентах і по ДОПОМІЖНІЙ напрузі ПЧ Причому, для здійснення перетворення частот обидва модульовані сигнали розгалужують, ВІДПОВІДНО, на р і q модульованих сигналів, де р і q - ЦІЛІ числа, з кожного з них виділяють по одній, або/і по декілька компонент, і отримують, ВІДПОВІДНО, р І q компонент або груп компонент модульованих сигналів, поретворюють частоту кожної компоненти або частот, кожної групи компонент одного модульованого сигналу по відношенню до частоти компоненти, або частот груп компонент другого модульованого сигналу, ВИДІЛЯЮТЬ напруги ІНШИХ частот, причому, перетворення частот виконують послідовно г=1,2,3, раз і одержують одну або декілька напруг ПЧ Запропанований радіотехнічний модуляційний пристрій (далі - пристрій) для здійснення способу має в своєму складі перший і другий модулятори, перший і другий генератори, перший і другий розгалужувачі, синтезатор, блок перетворення частот (БПЧ) і фільтр, причому, перший і другий модулятори з'єднані послідовно в першому каналі пристрою, вхід першого модулятора є першим входом пристрою, БПЧ послідовно з'єднаний з Фільтром, перший і другий генератори з єднані послідовно, ВІДПОВІДНО, з першим і другим розгалужувачами, перші виходи яких підключені до керуючих входів, ВІДПОВІДНО, першого і другого модуляторів, а другі виходи - ВІДПОВІДНО до першого і другого входів синтезатора, вихід якого і вихід Фільтра є виходами пристрою У ВІДПОВІДНОСТІ з винаходом, в пристрій додатково введені послідовно з'єднані третій генератор і третій розгалужувач, четвертий генератор четвертий розгалужувач, третій модулятор і четвертий модулятор в другому каналі пристрою, а синтезатор виконаний чотиривходовим, причому, вхід третього модулятора з другим входом пристрою, до входів БПЧ підключені виходи, ВІДПОВІДНО, другого і четвертого модуляторів Далі, модуль пристрою представляє собою послідовне з'єднані двовходовий суматор і перетворювач частот (ПРЧ) Крім того, модуль пристрою додатково містить другий фільтр, який включений між суматором і ПРЧ Далі модуль пристрою додатково містить в собі п'ятий розгалужувач і послідовне з'єднані третій фільтр і другий ПРЧ, пристрій також містить в собі четвертий фільтр, причому, вхід п'ятого розгалужувача підключений до виходу суматора, а виходи - ВІДПОВІДНО до другого і третього фільтрів, а вихід другого ПРЧ підключений до четвертого фільтра пристрою і вихід четвертого фільтра є третім ВИХОДОМ пристрою Другий варіант розвитку пристрою полягає в тому, що його модуль містить в собі шостий і восьмий розгалужувачі, п'ятий, шостий, сьомий і восьмий фільтри, третій і четвертий ПРЧ, пристрій також містять в собі дев'ятий фільтр, причому, перші виходи шостого і сьомого розгалужувачів модуля через, ВІДПОВІДНО, П'ЯТИЙ і сьомий фільтри підключені до перших входів, ВІДПОВІДНО, третього і четвертого ПРЧ, а другі їх ВХОДИ - ВІДПОВІДНО через шостий і восьмий фільтри підключені до других входів, ВІДПОВІДНО третього і четвертого ПРЧ модуля, причому, перший вихід БПЧ підімкнутий до фільтра, другий вихід БПЧ підімкнутий до дев'ятого фільтра є третім виходом пристрою Суть винаходів можна пояснити за допомогою фіг 1, фіг 2 і фігЗ На фіг 1 приведена структурна схема радіотехнічного модуляційного пристрою Він МІСТИТЬ В собі модулятори 1,2,3,4, генератори 5,6,7,8, розгалужувачі 9,10,11,12, синтезатор 13, БПЧ 14, і фільтр 15 БПЧ представляє СОБОЮ модуль перетворення частот (далі - модуль) з двома входами і виходом, які є, ВІДПОВІДНО, двома входами і виходом БПЧ Послідовно з'єднані між собою модулятори 1 і З, модулятори 2 і 4, генератор 5 і розгалужувач 9, генератор 6 і розгалужувач 10 генератор 7 і розгалужувач 11, генератор 8 і розгалужував 12 Перші виходи розгалужувачів 9,10,11, і 12 підімкнуті до керуючих входів, ВІДПОВІДНО, модуляторів 1,2,3,4, а другі їх виходи - ВІДПОВІДНО до першого, другого, третього та четвертого входів синтезатора 13 Виходи модуляторів 3 і 4 підключені, ВІДПОВІДНО, до першого і другого входів БПЧ 14 Вихід БПЧ 14 49908 підімкнутий до фільтра 15 Входами пристрою є входи модуляторів 1 і 2, а виходами - виходи синтезатора 11 та фільтра 15 На фіг 2 приведена струїсгурна схема БПЧ 14 Він (ЙОГО модуль) представляє собою послідовно з'єднані суматор 16 і ПРЧ 17 Входами БПЧ 14 Є входи суматора 16, а виходом - вихід ПРЧ 17, На фіг 3 приведена ще одна стриісгурна схема БПЧ 14 Він (ЙОГО модуль) містить в собі розгалужувачі 18,19 фільтри 20,21,22,23, ПРЧ 24,25 і фільтр 26 пристрою На фігурі також показаний фільтр 15 пристрою, виходи розгалужувача 18, ВІДПОВІДНО, через фільтри 20,22 підімкнуті до перших входів, ВІДПОВІДНО ПРЧ 24,25, виходи розгалужувача 19 через фільтри 21,23 - до других входів ПРЧ 24,25, виходи яких підімкнуті, ВІДПОВІДНО, до фільтрів 15,26 Входами БПЧ 14 є входи розгалужувачів 18,19, а виходами - виходи ПРЧ 24,25 Перед здійсненням способу в радіотехнічній випробувальній системі формують два високочастотні (ВЧ) сигнали ei=Eicos(cot+cp), e2=E2COSCOt, (1) де Е-і, Ег, - амплітуда сигналів, со=2тгї - кругова частота, f - частота сигналів, t - час, Ф - вимірюваний фазовий зсув Таку форму (1) мають сигнали при вирішенні різних задач за допомогою фазо -і амплітуд нови пробувальних і фазо - і аумплітудновимірювальних систем Суть способу полягає в наступному Кожний з двох сигналів (І) послідовно два рази модулюють модулюючими напругами неоднакових і некратних частот Модулюючі напруги в загальному вигляді можна описати формулою U|=U,cosQ|t, (2) де ш=1,2,3,4 - чясло подулулюючих напруг) LI, - амплітуда, QI=2TIFI - кругова чаотоа* F| - частота і-тої одулюючої напруги Причому, їх частоти некратні і нерівні F^F 2 ^F 3 ^F 4 , (3) Для здійснення модуляції можна використовувати модуляцію, яка забезпечує - двосмуговий спектр амплітудна модуляція (AM) балансна модуляція (БМ) фазова модуляція (ФМД) , - односмуговий спектр фазова модуляція (ФМО), AM, БМ або ФМД з фільтруванням компонент Для скорочення далі першу групу модуляцій будемо називати двосмуговою модуляцією, а другу групу - односмуговою МОДУЛЯЦІЄЮ (ОМ) В загальному вигляді модульовані сигнали можна представити Ф4), (4) де сої - коефіцієнт компоненти несучої частоти на виході і-го двосмугового модулятора При AM соі=1, а при БМ сос1 їх реалізують в тому випад 13 49908 ку, якщо потрібно змінити частоту, форму представлення інформації, тощо Запропанований пристрій характеризується тими ж похибками вимірюваня взаємних характеристик сигналів (І), що і спосіб Особливість пристрою в тому, що його БПЧ може бути використаний по різних схемах Тому потрібно розглянути похибку, зумовлену кінцевою розв'язкою між входами БПЧ Можна показати, що для схем БПЧ з двовходовими суматорами формула для оцінки має вигляд ДфРМ«Р(Гз+Г4)(18) де Р - розв'язка (по модулю) між входами суматора, Гз,Г4 - коефіцієнти відбиття (по модулю) від виходів модуляторів 3,4 пристрою При Р=0,01, Гз=Г4=0,05 похибка вимірювання фазового зсуву не перевішує 0,06° По аналогічній формулі можна розрахувати похибку, зумовлену розв'язкою розгалужувачів і ПРЧ Похибка вимірювання разового зсуву, зумовлена проходженням сигналів на фіг 1 через ПРЧ і фільтри також може бути забезпечена малою, оскільки фільтри настроєні на разні частоти Для одного кола, наприклад, фільтр 22, ПРЧ 25 і фільтр 23, похибка, зумовлена розв'язкою ПРЧ 25, ослабленням сигналу в фільтрі 23 і коефіцієнтом відбиття від виходу розгалужувача 19 Добуток цих величин можна забезпечити рівним 10 , що зумовлює нехтуюче малу похибку Загальний вплив розглянутих похибок в пристрої можна забезпечити 0,1-0,2° В пристрої кожний модулятор виконує дві функції - модулятора і компенсатора для модулятора іншого каналу Компенсатор найточніше виконує свої, функції,, якщо він аналогічний по схемі і конструкції відповідному модулятору Тому з максимальної КІЛЬКОСТІ можливих комбінацій включення в пристрій різних видів модуляторів є два найвипдНІШІ - ивсі мдулятори однотипові, - два модулятори, включені в різні канали, од 14 ного типу, а другі два - іншого, але також одного типу Для першого варіанту можна використовувати лише один вид двосмугових або односмугових модуляторів Для другого варіанту з цих модуляторів кожна використати лише два типи модуляторів При виконанні цих умов похибка по фазі, зумовлена неідентичністю модуляторів, може бути забезпечена порядка 0,1-0,2° Можна показати, що похибки вимірювань відносних рівнів сигналів (І) розраховуються аналогічно і мають такі Ж малі значення З аналізу винаходу-пристрою витікає, що - мета винаходу - значне підвищення точності вимірювань і значне розширення динамічного діапазону - досягнута, - можливість використання різних видів модуляторів робить пристрій технологічним і розширює області його використання, - схема фіг 1 показує шлях розвитку пристрою в напрямі збільшення КІЛЬКОСТІ модуляторів до трьох і більше к одному каналі Це додатково підвищує точність вимірювань і зберігається технологічність пристрою, особливо при використанні простих в схемному відношенні модуляторів Використання запропонованих винаходів забезпечує досягнення поставленої мети, що в свою чергу, забезпечує ВЕЛИКИЙ науковий, науковотехнічний і економічний ефекти Додаток до опису Похибка, зумовлена паразитними компонентами спектру модульованого сигналу в способіпрототипі Х2], може бути розрахована по формулі з_і sin2cp Дф = (17) При Еі/Ег*1, Сц=Сзі=1, Сю=С3о=-14дБ (0,2 раз), Сі і=Сз і=-20дБ (0,1 раз) максимальне значення похибки (17) дорівнює «2,3° 15 49908 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 16