CC BY
30
Теорія і практика радіовимірювань
ТЕОРІЯ І ПРАКТИКА РАДІОВИМІРЮВАНЬ
УДК 621.317.361:621.396
ПРИСТРИЙ ЗБІЛЬШЕННЯ ТРИВАЛОСТІ РАДІОСИГНАЛУ Шупта О. О., Богомолов М. Ф.
Вимір частоти заповнень радіосигналів знаходить широке застосування в багатьох галузях науки і техніки, в тому числі і для фізичних досліджень. Особливе значення при таких вимірах відводиться їх точності при скороченні часу виміру.
Найбільш досконалим, з погляду точності виміру частоти заповнень радіосигналів, є, описаний у [1], метод "зворотного рахунка", в якому застосована математична обробка N - ої кількості радіосигналів, що накопичуються за встановлений час виміру. При цьому, за те ж самий час, здійснюється підрахунок сумарних кількостей Nm імпульсів частоти заповнень і NOT імпульсів частоти опорного генератора, яки дозволяють зменшити в
VN разів значення абсолютної похибки виміру, і представлена структурна схема пристрою збільшення тривалості радіосигналів, який може бути складовою частиною цифрового електронно-рахункового частотоміра. Останнім часом, крім методів математичної обробки результатів вимірювань, в них, для підвищення точності виміру, застосовуються методи одне чи дворазового електричного ноніуса [2].
Застосування цих методів під час виміру Твим, від однієї секунди до десятка хвилин, дозволяє досягти абсолютну похибку у межах 20 ^ 500 КГц частоти заповнень періодичних радіосигналів тривалістю трс > 100 нс. Однак застосування подібного роду електроннорахункових частотомірів викликають деякі обмеження пов’язані із значним часом виміру, який при деяких видах виміру, потребує його скорочення в півтора рази.
Скорочення часу виміру частоти заповнень радіосигналів без втрати точності можливо досягнути завдяки пристрою збільшення тривалості радіосигналів, розроблений авторами, в якому застосоване фазове узгодження частоти їх заповнення, і яке досягається за рахунок змінного часу затримки, тривалість якої залежить від фазового узгодження частоти їх заповнювання.
Дійсна робота присвячена збільшенню тривалості радіосигналів, не менш трс > 100 нс, і як наслідок зменшенню абсолютної похибки виміру їх частоти заповнень.
На рис. 1 наведена структурна схема пристрою збільшення тривалості радіосигналу, яка містить керовану лінію затримки, що має постійний і змінний час затримки, фазовий детектор, 1-й і 2-й формувачі огинаючої, схеми "АБО" і "Виключне АБО", додатковий часовий селектор, суматор, 1-
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№42
107
Теорія і практика радіовимірювань
й і 2-й тимчасові селектори, генератор опорної частоти і лічильники частот
заповнення й опорного генератору.
Розглянемо призначення окремих блоків пристрою, блок-схема якого наведена на рис. 1. Керована лінія затримки складається з лінії постійної часової затримки та лінії затримки зі змінним часом. При цьому лінія постійної часової затримки призначена для затримки вхідного радіосигналу на деякий постійний тз час затримки, рівного половині тривалості вхідного радіосигналу. необхідний для подовження в часі того ж самого радіосигналу, що не піддавався ніякої затримці. Лінія затримки зі змінним часом необхідна для фазового узгодження їх частоти заповнення зі збільшенням його тривалості до ттрс. Фазовий детектор виробляє напругу для зміни часу затримки керованої лінії. При цьому керуюча напруга пропорційна різниці фаз частоти заповнення між вхідним і затриманим радіосигналом, і потрібне для зміни часу затримки, пов’язаного з узгодженням фаз їхньої частоти заповнення. Перший і другий формувачі виділяють, відповідно, огинаючи затриманого і не затриманого вхідного радіосигналів. Схема «АБО» формує огинаючу радіосигналу, збільшеної тривалості ттрс. Схема «Виключне АБО» виробляє сигнал для додаткового часового селектора, який по його керуючому входу забороняє проходження затриманого радіосигналу через нього на час його постійної затримки, якій потрібен для збільшення його тривалості не менш ніж в півтори рази, а також для узгодження фаз частот заповнення обох радіосигналів. Суматор, після узгодження фаз, сумує радіосигнали, що робить збільшення тривалості вхідного радіосигналу, який з його виходу надходить на вхід другого тимчасового селектора. При цьому на його вхід керування надходить сигнал схеми ”АБО”, а збільшений вихідний радіосигнал надходить на лічильник частоти заповнення електроннорахункового частотоміра. При цьому перший часовий селектор на цей же самий час дозволяє проходження частоти опорного генератора, який також є складовою частиною електроннорахункового частотоміра, на лічильник опорної частоти, за допомогою якого визначається тривалість сформованого радіосигналу.
Принцип роботи пристрою моно розглянути за допомогою епюрів напруг блоків його блок-схеми, наведеної на рис. 2. При цьому, иа - напруга вхідного радіосигналу тривалістю трс, що діє між моментами часу від t\ до t3 наf вході пристрою; U - напруга вхідного радіосигналу тривалістю 108
Рис. 1.
108 Вісник Національного технічного університету України ”КПІ”
Серія - Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№42
Теорія і практика радіовимірювань
трс на вході керованої лінії затримки (рис. 1), затриманого нею на тз час постійної затримки, що діє між моментами часу від ti до t2 и епюра UB - напруги деякої частини вхідного радіосигналу, що додається до його початкової тривалості, рівний за тривалістю (трс - Дтсф), де Дтсф максимальний час, між його моментами його дії від t2 до t3, узгодження різниці фаз напруг иа вхідного і U6 затриманого радіосигналів за допомогою фазового детектора і керованої лінії затримки.
Епюра С/г - вихідна напруга суматора т^с тривалістю, яка рівна збільшеної, майже в півтори рази, трс тривалості вхідного радіосигналу, що діє між моментами часу від t\ до t4 (рис. 1). Цц - вихідна напруга схеми «АБО», яка за тривалістю рівна ттрс тривалості огинаючої знов сформованого радіосигналу, і яка по керуючому входу дозволяє першому і другому часовим селекторам проходження через них відповідних сигналів опорного генератору на лічильники опорної частоти і знов сформованого радіосигналу на лічильник частоти заповнення (рис. 1). Відмітимо, що 1-й часовий селектор, лічильники частоти заповнення і опорної частоти, а також генератор опорної частоти можуть бути в складі електроннорахунково-
Після включення живлення пристрою лічильники вимірюваної й опорної частоти встановлюються в нульове становище, а фазовий детектор і керована лінія затримки встановлюються у початкове положення. При цьому генератор опорної частоти починає виробляти сигнал, необхідний для синхронізації роботи усього пристрою, і для визначення тривалості збільшеного радіосигналу.
Після подачі радіосигналу на вхід пристрою, він одночасно надходить на входи другого формувача огинаючої, керованої лінії затримки і перші входи фазового детектора і суматора. При цьому другий формувач виділяє огинаючу вхідного радіосигналу, що з його виходу одночасно надходить на перші входи схем ”АБО” і ” Виключне АБО”. Керована лінія затримує вхідний радіосигнал на тз постійний час затримки (рис. 2, епюра Цб) і він з її виходу одночасно надходить на другій вхід фазового детектора, і перші входи першого формувача огинаючої і додаткового часового селектора. Перший формувач огинаючої виділяє її, і вона надходить на другі входи схем ”АБО” і ’’Виключне АБО”. У результаті здійснення цих операцій на виході схеми ”АБО” формується сигнал, рівний збільшеної тривалості ттрс сформованого радіосигналу (рис. 2, епюра Ц), який з її виходу одночасно надходить на керуючі входи першого і другого часових селекторів. *
Ці
ип
иг
ил
і Ь 'Срс іМИ дш .
Г1 і V ІІІІІЬз ««1)11 7 ТзіД-ДТеф ill 11 >-
A k 4Щ\и ilDVD \ l^fTpc : ІРІЇ ЛР *
ТІЇ! W7 1 1 1 т 1 1 1трс
jilifii ,11# *
|ЩІ; ill1 * 1 1 1 * 1
A W LJ ►
Рис. 2.
го частотоміра (рис. 1).
Вісник Національного технічного університету України ”КПІ” 109
Серія - Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№42
Теорія і практика радіовимірювань
При цьому на виході схеми "Виключне АБО" формується сигнал, рівний різниці тривалості трс вхідного радіосигналу і Дтсф часу узгодження фаз (рис. 2, епюра ив), що з її виходу надходить на вхід керування додаткового часового селектора. Після його надходження додатковий часовий селектор дозволяє проходження частини затриманого і погодженого по фазі частоти заповнення вхідного радіосигналу, що надходить на його другий вхід. Помітимо, що узгодження фаз частот заповнень вхідного і затриманого вхідного радіосигналів здійснюється за рахунок регулювання часу затримки керованої лінії сигналом фазового детектора. При цьому на виході суматора формується радіосигнал, збільшеної ттрс тривалості (рис. 2, епюра Ur), що з його виходу надходить на інформаційний вхід другого часового селектора і з його виходу, при наявності керуючого сигналу, на лічильник вимірюваної частоти. Вимір збільшеної ттрс тривалості сформованого сигналу здійснюється лічильником опорної частоти, що надходить від генератора опорної частоти з виходу першого часового селектора. На цьому вимір частоти заповнення першого з послідовності періодичних радіосигналів, кількість яких залежить від часу і точності виміру, закінчуються. Значення частоти заповнення радіосигналів знімається з табло відповідного лічильника.
Експериментальні дослідження показали, що точність виміру частоти заповнення радіосигналу, порівняно з електроннорахунковим частотоміром, зросла майже на 30%. Пристрій може бути застосовний в складі частотомірів у каналі його проміжних частот (рис. 1).
Підтвердженням збільшення точності виміру частоти заповнення радіосигналів електроннорахунковим частотоміром за допомогою пристрою збільшення тривалості радіосигналів, окрім результатів експерименту, може бути доведено на наступному теоретичному прикладі.
В ньому проведена оцінка роботи електроннорахункового частотоміра із /оп = 100 МГц частотою опорного генератора під Твим = 60 с час виміру, за який він здійснює вимір /х = 300 МГц частоти заповнення періодичних радіосигналів трс = 100 нс тривалості з /повт = 1 КГц частотою повторення в першому випадку самостійно, а другому за допомогою пристрою збільшення тривалості радіосигналів.
З [1] звісно, що похибка електроннорахункового частотоміра «зворо-
/
тного рахунку» дорівнює A/x =-----x—. При цьому за час виміру (Твим =
f • т
J оп рс
60 с) на вхід частотоміра надійде М періодичних радіосигналів з частотою повторення /повт = 1 КГц, причому M = Твим х /повт = 60 • 103.
У випадку виміру частоти заповнення поодинокого радіосигналу, згідно з формулою (1), абсолютна похибка дорівнюється Д/ = 30 МГц. При виміру частоти заповнення періодичних радіосигналів, після здійснення 110
110 Вісник Національного технічного університету України "КПІ"
Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№42
Теорія і практика радіовимірювань
математичної обробки вона зменшується у V-M ~ 2500 разів і буде складати значення Afx < 120 КГц.
В випадку застосування пристрою збільшення тривалості радіосигналів, після збільшення його тривалості до тзрс = 150 нс, згідно з формулою (1), значення абсолютної похибки виміру поодинокого радіосигналу Af,x = 20 МГц. При виміру частоти заповнення періодичних радіосигналів, після здійснення математичної обробки вона зменшується у V-М ~ 2500 разів і буде складати, після математичної обробки, значення Af < 80 КГц.
Наведений приклад показує, що використання пристрою збільшення тривалості радіосигналів в складі частотоміра дозволяє знизити похибку його вимірів приблизно на 30%.
Подальші дослідження, спрямовані на збільшення швидкості узгодження фаз, дозволять ще більше знизити абсолютну похибку виміру.
Література
1. Благов В. А., Домбровский А. С., Зайцев А. М. Аппаратура для частотных и временных измерений / Под ред. А. П. Горшкова. - М.: Сов. Радио, 1971.
2. Juang Yujie, Chen Chen, Zhou Wei, Yiqiyibiao xuebao-Chin. J. Sci Instrum. 2004. 25, №1, с. 30-33.
3. Черепнев А.А., Куликов Г.В., Ворик С.И. Применение управляемых линий задержки на магнитостатических волнах для формирования частотномодулированных сигналов // Научный вестник МИРЭА. - М.: МИРЭА, 2007. - №1(2). - с. 66 - 70.
4. Калиникос Д.А., Похвалин А.А. Сверхвысокочастотные линии задержки с электронной перестройкой. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», сер. «Радиотехника», Вып. 1, 2001, с. 3-6.
Шупта О.О., Богомолов М.Ф. Пристрій для збільшення тривалості радіосигналів.
Розглянуто пристрій для збільшення тривалості радіосигналів способом фазового узгодження частоти заповнення за рахунок змінного часу затримки для збільшення точності виміру. Наведено результати експериментального дослідження точності виміру приладу.
Ключові слова: радіосигнал, лінія затримки, фазовий детектор, часовий селектор, суматор, генератор опорної частоти, лічильник
Шупта А.А., Богомолов Н.Ф. Прибор для увеличения длительности радиосигналов.
Рассмотрен прибор для увеличения длительности радиосигналов способом фазового согласования частоты заполнения за счет изменяемого времени задержки для увеличения точности измерения. Приведены результаты экспериментального исследования точности измерения прибора.
Ключевые слова: радиосигнал, линия задержки, фазовий детектор, временной селектор, сумматор, счетчик
Shupta А., Bogomolov N. Device for The increase of duration of radio signals. The device for The increase of duration of radio signals is considered by the method of phase concordance of frequency of filling due to changeable time of delay for the increase of measuring exactness. The results of experimental research of exactness of measuring of device are resulted.
Key words: radyosignal, delay line, phase detector, selector of time, summator, counter.
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№42
111
