УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ МОДУЛЯ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО ФИЛЬТРА

Полезная модель относится к метрологии, а именно к радиоэлектронным измерениям, и может быть использована для измерения параметров сложных сигналов радиоэлектронных блоков, а также при разбраковке модулей линейно-частотно-модулированных (далее ЛЧМ) фильтров при их производстве.
Известно устройство для контроля параметров ЛЧМ сигналов (А.с. СССР №1200186), содержащее четыре дифференцирующих цепочки, два амплитудных детектора, два триггера, три линии задержки, три пороговых блока, формирователь эталонных импульсов, четыре элемента И, формирователь интервала измерения, три счетчика импульсов, два усилителя-ограничителя, фазовращатель, смеситель, фильтр нижних частот, пиковый детектор, стробируемый усилитель, два вычитающих блока, аттенюатор. Устройство обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения.
Известен анализатор сигналов с линейной частотной модуляцией (А.с. СССР №1718136), содержащий два полосовых фильтра, два амплитудных детектора, триггер, генератор импульсов, четыре счетчика, два регистра, два ключа, четыре элемента совпадения, два арифметических блока, пороговый блок, два однополярных вентиля, фазоинвертор, частотный детектор и дифференцирующий блок. Устройство обеспечивает расширение функциональных возможностей путем измерения параметров сигналов с различными законами линейной частотной модуляции.
Известно устройство для измерения параметров ЛЧМ сигналов (А.с. СССР №1734033), содержащее линию задержки, два фазовращателя, смеситель, усилитель промежуточной частоты, три счетчика импульсов, два амплитудных детектора, усилитель-ограничитель, два элемента И,
вычитающий блок, делитель, умножитель, блок индикации, дифференцирующую цепь, блок регулируемой задержки, блок формирования интервалов счета, сумматор, кварцевый генератор и блок памяти. Устройство обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет измерения длительности и девиации частоты ЛЧМ сигналов и повышение точности измерения параметров одиночных ЛЧМ сигналов.
Прототипом полезной модели является устройство для измерения девиации частоты ЛЧМ колебания (А.с. СССР №1190281), содержащее генератор пилообразного напряжения, управляемый генератор, фазовый детектор, эталонный генератор, блок индикации, ключ, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, блок формирователя импульсов, блок нормирования и кварцевый генератор. Устройство обеспечивает повышение точности измерения.
Все указанные устройства обладают общими недостатками: схемная сложность, недостаточная точность при измерении параметров входных и выходных сигналов модуля ЛЧМ фильтра, а также недостаточная визуализация процессов измерения параметров этих сигналов.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение арсенала технических средств указанного назначения, а именно создание устройства измерения параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с упрощенной схемой.
Техническим результатом при реализации полезной модели является возможность упрощения схемы устройства измерения параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра, а также расширение функциональных возможностей устройства, повышение точности измерений, увеличение полноты измерения параметров сигналов модулей ЛЧМ фильтра и улучшение визуализации процедуры измерения параметров входных и выходных сигналов модулей ЛЧМ фильтра.
Для достижения указанного технического результата в устройство для измерения девиации частоты ЛЧМ колебания, содержащее
формирователь импульсов, управляемый генератор, ключ, вместо генератора пилообразного напряжения, кварцевого генератора, усилителя постоянного тока, эталонного генератора, фазового детектора, фильтра нижних частот, блока нормирования, блока индикации и блока управления вводятся генератор управляющего напряжения, первый видеоусилитель, генератор высокой частоты, тройник, первый усилитель радиочастоты, первый адаптер, второй усилитель радиочастоты, амплитудный детектор, второй видеоусилитель, осциллограф и модуль ЛЧМ фильтра. Первый выход формирователя импульсов соединен с входом ключа, выход ключа соединен с первым входом генератора управляющего напряжения. Второй выход формирователя импульсов соединен с вторым входом генератора управляющего напряжения, выход генератора управляющего напряжения соединен с первым входом управляемого генератора. Выход генератора высокой частоты соединен с вторым входом управляемого генератора. Третий выход формирователя импульсов соединен с входом первого видеоусилителя, выход первого видеоусилителя соединен с третьим входом управляемого генератора, выход управляемого генератора соединен с входом тройника. Первый выход тройника соединен с входом первого усилителя радиочастоты, выход первого усилителя радиочастоты соединен с первым входом осциллографа. Второй выход тройника соединен с первым входом первого адаптера. Выход модуля ЛЧМ фильтра соединен с вторым входом первого адаптера, выход первого адаптера соединен с входом второго усилителя радиочастоты. Выход второго усилителя радиочастоты соединен с входом амплитудного детектора, выход амплитудного детектора соединен с входом второго видеоусилителя, выход второго видеоусилителя соединен с вторым входом осциллографа. Четвертый выход формирователя импульсов соединен с третьим входом осциллографа. Модуль ЛЧМ фильтра содержит первый повторитель, первый усилитель промежуточной частоты, второй повторитель, второй адаптер, третий повторитель, второй усилитель промежуточной частоты, четвертый повторитель и ЛЧМ сжимающий
фильтр. Выход первого повторителя соединен с входом первого усилителя промежуточной частоты, выход первого усилителя промежуточной частоты соединен с входом второго повторителя, выход второго повторителя соединен с первым входом второго адаптера. Выход ЛЧМ сжимающего фильтра соединен с вторым входом второго адаптера, выход второго адаптера соединен с входом третьего повторителя. Выход третьего повторителя соединен с входом второго усилителя промежуточной частоты, выход второго усилителя промежуточной частоты соединен с входом четвертого повторителя. ЛЧМ сжимающий фильтр может быть выполнен как с возрастающей дисперсионной характеристикой, так и с убывающей дисперсионной характеристикой. В связи с этим модуль ЛЧМ сжимающего фильтра также имеет убывающую либо возрастающую дисперсионную характеристику соответственно.
На фиг.1 представлена схема устройства измерения параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра.
На фиг.2 представлена структурная схема модуля ЛЧМ фильтра с убывающей или с возрастающей дисперсионной характеристикой.
На фиг.3 изображена осциллограмма входного растянутого сигнала для модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой (ЛЧМ сигнал с возрастающей частотой).
На фиг.4 изображена осциллограмма входного растянутого сигнала для модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой (ЛЧМ сигнал с убывающей частотой).
На фиг.5 изображена осциллограмма выходного сжатого сигнала модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой, признанного годным для применения.
На фиг.6 изображена осциллограмма выходного сжатого сигнала модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой, признанного негодным для применения.
Устройство измерения параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра содержит формирователь 1 импульсов, ключ 2, генератор 3 управляющего напряжения, первый видеоусилитель 4, генератор 5 высокой частоты, управляемый генератор 6, тройник 7, первый усилитель 8 радиочастоты, первый адаптер 9, второй усилитель 10 радиочастоты, амплитудный детектор 11, второй видеоусилитель 12, осциллограф 13 и модуль 14 ЛЧМ фильтра. Первый выход формирователя 1 импульсов соединен с входом ключа 2, выход ключа 2 соединен с первым входом генератора 3 управляющего напряжения. Второй выход формирователя 1 импульсов соединен с вторым входом генератора 3 управляющего напряжения. Выход генератора 3 управляющего напряжения соединен с первым входом управляемого генератора 6. Выход генератора 5 высокой частоты соединен с вторым входом управляемого генератора 6. Третий выход формирователя 1 импульсов соединен с входом первого видеоусилителя 4, выход первого видеоусилителя 4 соединен с третьим входом управляемого генератора 6. Выход управляемого генератора 6 соединен с входом тройника 7, первый выход тройника 7 соединен с входом первого усилителя 8 радиочастоты. Выход первого усилителя 8 радиочастоты соединен с первым входом осциллографа 13. Второй выход тройника 7 соединен с первым входом первого адаптера 9. Выход модуля 14 ЛЧМ фильтра соединен с вторым входом первого адаптера 9. Выход первого адаптера 9 соединен с входом второго усилителя 10 радиочастоты, выход второго усилителя 10 радиочастоты соединен с входом амплитудного детектора 11, выход амплитудного детектора 11 соединен с входом второго видеоусилителя 12, выход второго видеоусилителя 12 соединен с вторым входом осциллографа 13. Четвертый выход формирователя 1 импульсов соединен с третьим входом осциллографа 13. Модуль 14 ЛЧМ фильтра содержит первый повторитель 15, первый усилитель 16 промежуточной частоты, второй повторитель 17, второй адаптер 18, ЛЧМ сжимающий фильтр 19 (с убывающей либо с возрастающей дисперсионной характеристикой), третий повторитель 20,
второй усилитель 21 промежуточной частоты и четвертый повторитель 22. Выход первого повторителя 15 соединен с входом первого усилителя 16 промежуточной частоты, выход первого усилителя 16 промежуточной частоты соединен с входом второго повторителя 17. Выход второго повторителя 17 соединен с первым входом второго адаптера 18. Выход ЛЧМ сжимающего фильтра 19 соединен с вторым входом второго адаптера 18, выход второго адаптера 18 соединен с входом третьего повторителя 20. Выход третьего повторителя 20 соединен с входом второго усилителя 21 промежуточной частоты, выход второго усилителя 21 промежуточной частоты соединен с входом четвертого повторителя 22. Первый повторитель 15 развязывает по импедансу выходное комплексное сопротивление управляемого генератора 6 и входное комплексное сопротивление первого усилителя 8 радиочастоты от входного комплексного сопротивления первого усилителя 16 промежуточной частоты. Второй повторитель 17 развязывает по импедансу выходное комплексное сопротивление первого усилителя 16 промежуточной частоты от входного комплексного сопротивления ЛЧМ сжимающего фильтра 19. Третий повторитель 20 развязывает по импедансу выходное комплексное сопротивление ЛЧМ сжимающего фильтра 19 от входного комплексного сопротивления второго усилителя 21 промежуточной частоты. Четвертый повторитель 22 развязывает по импедансу выходное комплексное сопротивление второго усилителя 21 промежуточной частоты и входное комплексное сопротивление второго усилителя 10 радиочастоты.
Устройство измерения параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра может работать в двух режимах измерения. В первом режиме измеряются параметры сигналов модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой. Во втором режиме измеряются параметры сигналов модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой. Поскольку отличия в измерениях параметров сигналов модулей ЛЧМ фильтров с убывающей и возрастающей дисперсионными характеристиками незначительные, в дальнейшем подробно будет изложен первый режим
измерения, то есть измерение и контроль параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой. Для второго режима будут указаны только отличия в измерениях и контроле параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой.
1
1
2
2
2
1
2
3
3
2
3
2
1
Устройство измерения параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра работает следующим образом. В устройстве устанавливаются параметры входных сигналов, которые указаны в паспорте на модуль 14 ЛЧМ фильтра. К первому адаптеру 9 подключают модуль 14 ЛЧМ фильтра. С формирователя 1 импульсов на осциллограф 13, который выполнен по двухканальной схеме, поступают импульсы с амплитудой U и длительностью T. Эти импульсы синхронизируют работу двух каналов осциллографа 13, что позволяет наблюдать на экране осциллографа 13 входные радиоимпульсы и выходные видеоимпульсы модуля 14 ЛЧМ фильтра, а также импульсы в других участках устройства. На генератор 3 управляющего напряжения с формирователя 1 импульсов поступают импульсы с амплитудой U, длительностью Т и с задержкой D относительно импульсов с амплитудой U. При измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой полярность импульсов с амплитудой U отрицательная, при измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой - положительная. На первый видеоусилитель 4 с формирователя 1 импульсов поступают импульсы с амплитудой U постоянной полярности, длительностью Т=Т и задержкой D=D относительно импульсов с амплитудой U. Генератор 3 управляющего напряжения, выполненный по схеме интегратора, формирует импульсное напряжение пилообразной формы. При измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой полярность его «пилы» отрицательная и по абсолютной величине убывающая, причем угол наклона «пилы» α определяется из выражения:
где Т - постоянная интегрирующей цепи генератора 3 управляющего напряжения, причем
1
R - сопротивление резистора в цепи обратной связи генератора 3 управляющего напряжения;
2
R - выходное сопротивление формирователя 1 импульсов;
3
R - входное сопротивление управляемого генератора 6;
2
U - амплитуда импульсов, поступающих на генератор 3 управляющего напряжения с формирователя 1 импульсов;
С - емкость конденсатора в цепи обратной связи генератора 3 управляющего напряжения.
При измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой полярность «пилы» отрицательная, но по абсолютной величине возрастающая. В этом случае угол наклона «пилы» определяется из выражения:
4
4
4
2
4
Ключ 2 (выполненный электронным) подсоединен параллельно конденсатору генератора 3 управляющего напряжения. На вход ключа 2 с формирователя 1 импульсов поступают импульсы постоянной полярности с амплитудой U (импульсы обнуления конденсатора), длительностью Т и с задержкой D относительно импульсов с амплитудой U, изменяющие состояние ключа 2. Во время формирования пилообразного напряжения генератором 3 управляющего напряжения ключ 2 закрыт и его сопротивление по цепи передачи аналогового сигнала очень велико. После окончания формирования пилообразного напряжения на ключ 2 с формирователя 1 импульсов поступает импульс с амплитудой U, который отпирает ключ 2. При этом сопротивление ключа 2 становится очень маленьким. Такое изменение сопротивления ключа 2 обеспечивает быстрый разряд конденсатора
2
генератора 3 управляющего напряжения до прихода следующего импульса с амплитудой U. С генератора 5 высокой частоты на управляемый генератор 6 поступает непрерывный синусоидальный сигнал с различной начальной циклической частотой fn, где n=1 или n=2 в зависимости от режима измерения. При измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой на выходе генератора 5 высокой частоты устанавливается начальная циклическая частота f1. При измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой на выходе генератора 5 высокой частоты устанавливается начальная циклическая частота f2. При измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой на выходе управляемого генератора 6 формируется ЛЧМ сигнал, закон изменения циклической частоты f(t) которого во времени имеет вид:
где f(t) - циклическая частота в герцах;
1
f - начальная циклическая частота в герцах;
t - время в секундах;
-2
m - скорость изменения циклической частоты с размерностью секунда.
При измерении параметров сигналов модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой на выходе управляемого генератора 6 формируется ЛЧМ сигнал, закон изменения циклической частоты f(t) которого во времени имеет вид:
2
где f - начальная циклическая частота в герцах.
3
Первый видеоусилитель 4 блокирует питание управляемого генератора 6 на время отсутствия импульсов с амплитудой U.
Для измерения параметров сигналов модуля 14 ЛЧМ фильтра в реальных условиях эксплуатации необходимо подавать на его вход растянутый радиоимпульс ЛЧМ с амплитудой в несколько единиц
милливольт. На выходе модуля 14 ЛЧМ фильтра получается сигнал порядка нескольких десятков милливольт. Параметры импульсов таких малых амплитуд на осциллографе измеряются в шумах с большими погрешностями. Для уменьшения погрешностей измерения параметров сигналов необходимо увеличение входных и выходных радиосигналов модуля 14 ЛЧМ фильтра перед их измерением на осциллографе 13, что обеспечивается применением первого 8 и второго 10 усилителей радиочастоты. Амплитудный детектор 11 выделяет по модулю огибающую сжатого сигнала на выходе модуля 14 ЛЧМ фильтра. Второй видеоусилитель 12 усиливает огибающую сжатого сигнала, полученного на выходе амплитудного детектора 11. После установления необходимых параметров сигналов на выходе формирователя 1 импульсов и на выходе генератора 5 высокой частоты измеряют следующие параметры входных и выходных сигналов модуля 14 ЛЧМ фильтра с помощью осциллографа 13:
- амплитуда растянутая первая Up1 входного импульса модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой (для модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой - амплитуда растянутая вторая Up2);
- длительность растянутая первая Тр1 входного импульса модуля ЛЧМ фильтра с убывающей дисперсионной характеристикой (для модуля ЛЧМ фильтра с возрастающей дисперсионной характеристикой - длительность растянутая вторая Тр2);
- амплитуда главная измеренная Uги главного лепестка выходного сжатого импульса модуля ЛЧМ фильтра;
- амплитуда боковая первая Uб1 первого бокового лепестка выходного сжатого импульса модуля ЛЧМ фильтра;
- амплитуда боковая вторая Uб2 второго бокового лепестка выходного сжатого импульса модуля ЛЧМ фильтра;
- длительность главная измеренная Тги главного лепестка, измеренная по уровню амплитуды, равной 0,5 Uги выходного сжатого импульса модуля ЛЧМ фильтра;
1
- измеренная задержка временного центра главного лепестка сжатого импульса Dи относительно временного положения одного из импульсов с амплитудой U, значение которой сравнивается с паспортным значением Dп для модуля ЛЧМ фильтра. Далее вычисляется измеренный модуль абсолютной погрешности задержки:
Для выходного сжатого сигнала модуля 14 ЛЧМ фильтра вычисляют измеренный первый коэффициент подавления по формуле:
Далее для сигналов модуля 14 ЛЧМ фильтра вычисляют измеренный второй коэффициент подавления по формуле:
причем размерность амплитуд - вольты, размерность длительностей и задержек - микросекунды.
Измеренные значения параметров выходного сигнала Uги, Тги, Ки1, Ки2, ΔDи сравниваются с паспортными значениями Uгп, Тгп, Кп1, Кп2, ΔDп для модуля 14 ЛЧМ фильтра с помощью неравенств:
Если для параметров выходного сигнала модуля 14 ЛЧМ фильтра выполняются одновременно все неравенства (9), то модуль 14 ЛЧМ фильтра признается годным для применения (фиг.5). Модуль ЛЧМ фильтра покрывается лаком, помещается в металлический корпус и запаивается по всему периметру для того, чтобы исключить окисление проводников и радиоэлементов. Если же для параметров выходного сигнала модуля 14 ЛЧМ фильтра не выполняется хотя бы одно из неравенств (9), то модуль 14 ЛЧМ фильтра бракуется и отправляется в ремонт. На фиг.6 представлена
осциллограмма выходного сжатого сигнала модуля 14 ЛЧМ фильтра, который признан бракованным из-за невыполнения неравенства Uги≥Uгп.