автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Синтезаторы сигналов с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник на основе фазовых методов и систем

ОМСКИЙ ПОМТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Дйя служебного пользования Экз. № ОУЪ.

Гришаов Владимир Владиславович

СИНТЕЗАТОга С1ШШГ0В С КАЛИБРОВАННОЙ РГОЛИРОВКОЯ КО&МОДИЕНТА ГАРМОНИК НА ОСНОВ?, ОАЗОШХ МЕТОДОВ И С ИЗ ТЕМ

Специальность 05.11.05 - прлбори п метода пзмерогаа электрических и магнитных воличчн

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сонскаикэ ученой степени кандидата технических наук

работа шлолЕэна в Томском института автоматизированных систем управления и радиоэлектроники

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор .Ц.С .Жилин Официальные оппонента: доктор те^гаческюс наук, профессор В.П.Петров кандидат; технических наук, доцент А.Я.Калмыков Бедущэо предприятие: Сибирски государственный КИИ метрологии (ОНИИМ)

Зршта состоится "У/ 1550 г.

з 451* чаосд на заседании специализированного совета К.063.23.02 в Омском политехническом институте, 644050, 0мск-50, пр. Мира, II, а.уд, 6 г 34Р

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омскою политехнического института. „,

Автореферат разослан " 1930 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., доцент

Рг

/с уешдй'

Ю.Ы.Вешкурцев

ОБЩАЯ ХАРЛКТЪТЖТЖА РАБОТЫ

Актуальность. Основными направлениями экономического и социального развития СССР определена необходимость дальнейшего совершенствования средств информационно-измерительной техники, внедрзния автоматизированных систем в средства измерений и поверки,, ускорения разработки и постановки на производство нов;« поколений высокоэффективной техники, повышения уровня работ по аттестации промышленной продукции.'Проблема прецизионных средств измерений является актуальной как для интенсификации научных исследований, так л для повшгания ьф-фективности и качества практических измерений. Совершенство ваше измерительной техники невозможно без опережающего разшткя метролсгш, поскольку разработка аппаратуры с улучшенными техническими ?,аракте-рпстикаш. освоение новых частотных диапазонов требует более точной аппаратуры. Постановлениями Совета Министров СССР Л 73 ст 4 спрелР, 1983 года "Об обеспечении единства измерений в стране" я Л 236 ст '¿О сентября 1983 года "Положение о государственном надзоре за стандартами и средствами измерений в СССР" подтверждается важность развития работ в направлении создания новых методов поверки к средств измерений высшей точности. Б настоящее время метрологически слабо обеспечены измерители формы и спектра радиосигнала. Так не существует Общесоюзной поверочной схемы для метрологической аттестации с поверки анализаторов спектра. Возросшие требования к степени линейности радиоприемных и усилительных устройств не обеспечиваются средствами измерений коэффициента гармони;: ввиду недостаточной точиосхи государственного первичного эталона. Основании средствами метрологического обеспечения измерительных устройств является создание га- . аераторов злектрических колебаний с прецизионной регулировкой параметров. Генератор сигналов с нормированными параметрами в настоящее время представляет собой специализированный прибор, формирущий сиг-зал с калиброванной регулировкой одного из параметров. Это синтезаторы частоты (СЧ) для воспроизведения сигналов с калиброванной рзх?-чировкой частоты, генераторы сигналов о калиброванной рогулчровкоЯ гатфякенля выходного сигнала, генераторы о калиброванной рэгулироз-яой угла фазового сдвига, называемые калибраторами фазы (КЗ), генератор! с калиброванной регулировкой временных интервалов между дву-т импульсными последовательностям. В связи с развитием новых ме-юдсв анализа линейных свойств трактов, основанных на мпогочесгот-тах сигналах и для метрологического обеспечения, средств .'татареняя £юрмы и спектра сигналов возникла необходимость разработки гонера-горов сигналов о калибровало'! регулировкой коэффиедгчтг. гармоник.

3

Рост объема точных измерений не только в научных исследованиях, но и в производстве накладывает свои требования на технические и эксплуатационные параметры устройств дня воопронзведения измерительных сигналов. Поэтому задача разработки синтезаторов сигналов о калибровкой коэффициента гармоник и создание, на основе фазовых методов регулировки, поверочного комплекса, позволяющего провести комплексную проверку и настройку сложных измерительных и радиотехнических систем без привлечения дополнительной прецизионной аппатетущ. является актуальной, Причем, эта задача должна решаться не путем объединения нескольких приборов в одном, а путем отыскания методов и структур, которое позволили бы на единой оснозе создать генераторы с ко1 пленено!! калиброванной регулировкой параметров сигналов.

Ноль тябоуы - повышений точности калиброванной регулировки коэффициента гармоник в широком диапазоне частот.

Разработка образцовых генераторов сигналов входит в план важнейших работ ХНО Минвуза РОФСР (письмо ХНО й 11-35-434/03-07 от i5.03.8I г.) и в тематику научно-исследовательских работ, проводимы: б ТПАСУР пс комплексной целевой программе ХНО Минвуза РСФОР "Датчи-кя1' (приказ И 2П от 1,07.82 г.). Одним из перспективных путей решения этой задачи является использование фазовых мотодов рзгулиро-.ш параметров на основе использования многоканальных систем фазовой синхронизации. Фазовые метода широко и с успехом используются во ыш гих радиотехнических устройствах и системах, но Еопросы использования их для воспроизведения и прецизионной регулировга; спектра сложного сигнала разработаны недостаточно и требуют дальнейших теоретических исследований.

Задачи исследований;

- разработка методов, позволяющих осуществить воспроизведение сиигалов с калиброванными параметрами в широком диапазоне частот;

- разработка принципов использования систем ФАПЧ дал воспроизведения сигналоз с калиброванными значениям! коэффициента гармоник к структур, реализующих &ти принципы;

-- разработка калиброванных генераторов с регулировкой юазешх сттвлгоб, позволяющих повысить разрешаем ю способность в широком диапазон частот и обеспечиваниях возможность использования их в синтезаторах сшъалов с калиброванной регулировкой параметров;

- разработка комплексных устройств, реализующих разработанные ылда воспроизведения сигналов с црецгэконнол рех'улпровкой парапет-ров;

- лишач состагляпоях основной погрешности воспроизведения калиброванных значений коэффициента гармоник в синтезаторах, иополь-

4

зующих различные метода формирования калиброванных сигналов и .определение условий их минимизации;

Методы исследования, Для теоретических исследований притенялись теория линейных и нелинейнпх цепей, элементы математической статас-гтш, метода анализа систем авторегустрогания е стационарных режимах а при воздействии детэрмшшрованпых и случайно: сигналов. Экспериментальные исследования проводились на базе разработанной аппаратуры по методикам технических испытаний и путем сличения с образцсвы-ж средствами измерений в органах Госстандарта.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработаны пути использования систэм ФАПЧ для воспроизведения сигналов с калиброзаншялг скачениями коэффициента гармоюш;

- разработан метод регулировки угла отсечки в широком диапазоне частот, основанный на измерении временного сдвига момента нуль-пере- ' хода, который позволяет существенно повысить"разрегакцую способность регулирозки;

разработан способ регулировки спектральных составляющих сложного сигнала, основанный на фазовом суммировании двух усеченных полуволн, на оскоез которого построен комплексный генератор о калиброванными параметрами, коэффициентом гармоник, временный интервалом к углом сдвига фаз, позволивший в 1,5 - 2 раза повысить точность калиброванной регулировки параметров;

- разработана методика поверки комплексного синтезатора (ГйЗ-01), Еспсльзупдего фазовый метод регулировки параметров выходных сигналов, дакзцая возможность опрэделить границы погрешностей воспроизведения сигналов с калиброванными значениями коэффициента гармоник, временного интервала и угла сдвига фаз.

В работе рассмотрен ряд других вопросов, касягацихоя разработки синтезаторов сигналов с калиброванной регулировкой параметров.

Практическая ценность работы определяется тем, что:

- разработан, прешел метрологическую аттестация в органах Гоп-' стандарта и внедрен на предприятии заказчика генератор калиброванных сигналов ГКП-01, позволяющий синтезировать слоташе сигналы с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник, временного пнтердалп и угла сдвиге фаз, с точностями е 1,5 - 2 раза прешшащимп точности известных приборов;

- разработаны, прошли метрологическук аттестации органах Госстандарта и внедрены на предприятиях заказчика калибраторы фазовых сдвигов 1Э-01 и 1Щ&Г-12, позволяющие синтезировать гармонические и радсоимпульсные сигналы с колерованной рэгулироЕко'1 угла сдвига фаз;

5

- разработан класс структур КС, позволшцих строить комплекс-вые КС в диапазоне частот от десятков герц до сотой мегатерц;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований в шдо расчетных формул и графиков пригодны дяя инженерного расчета ■ основных элементов синтезаторов сигналов с калиброванной регулировкой параметров.

Роалнзаидя уезужьтатов работ. Результаты диссертационных исследований использованы ори разработке образцов комплектшх синтезаторов сигналов я отдельных узлов для них. Прибора ГКС-Щ, кдаГ-12 и '¿-СВ проили иотрологическую аттестацию в НПО "НКИИМ ш. Д.И.Менделеева" и внедрены на предприятиях п/я A-II78 и п/я В-2077 с расчетным Еконоь-лческшл эффектом около. ГО тыс.руб. на прибор, Геиератор КФ-01 Енедрон в состава комплекта ^азометричиской аппаратуры на предприятии п/я А-'/162 с долэшм зкономичеоким эффектом более 150 тыс .руб.

Осионюб положедгя, здносимые на занижу;

1. Принципу построения и структурные схемы ГКО на основе систем MIi4.ii фазовых методов воспроизведения сложных сигналов о калиброванным коэффициентом гармоник в широком диапазоне частот.

2. Результаты теоретического анализа погрешностей воспроизведения сигналов, подтверждающие высокие потенциальные возможности и перспективность использования фазовых методов и систем ФА1Н дая воспроизведения сло.юшх сигналов с калиброванными значениями коэффициента гармоник и позволяйте произвести расчет основных элементов предлокйншх структур синтезаторов сигналов.

3. НоБые технические решения воспроизведения слоеных сигналов о калиброврпными параметрами, защищенных авторскими свидетельствами, а такк9 аппаратурная реализация ГКЗ, аттестованных в органах Госстандарта и внедреншк е измерительную практику на промышленных предприятиях .

Апробация работы. Материалы работы обсуждались на Ьс-есоюзных чаусго-технических конференцию--. "Метрология в радиоэлектронике" в Москве (19 на Всесоюзных конференциях ло проблемам современной тфориацшмше-измерительной техники в г. Лендаграде (1975); на Зое»-союзных заучио-техннчвских конференциях по проблемам точных измерений электрических вели-им ь Ульяновске (1978), Мгасхе (1980), Томске (I9SI, leso), Ленинграде (1962, 1985), Харькове (1961), Новосибирске (1984); па республиканских конферонциях по измерительной техники и ¿озокетрля во Владимире (1976), Ю;евэ (1977, 1981), Красноярске (19 'ß, ISB9).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в

6

центральной печати, 13 авторских свлдотельстз, 2 зррогистрярстанних отчета по НИР.

Структура я объом диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объом диссертации 245 е., в том числе 132 с. машинописного тексте, 95 рис. и 10 таблиц на 46 с. Приложения содержат 25 с. машинописного текста, 15 рис. и 25 табл. на 30 с. Список литоротуры состоит из 133 наименований на 12 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕИШШЕ РАБОТУ

Во введения обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, представлены структура дтесерга-ции и основные положения выносимые на защиту.

Первая глава. Анализ современного состояния техники воопрочзве-деняя сигналов с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник позволяет сделать следующие выводы.

Для выделения искажений разных видов необходимо использовать специальные тестовые сигналы. Они долпш удовлетворять требованиям подчеркивания искажений данного вида и клеть характеристики близкие к характеристикам реальных сигналов. Метрологическое обеспочошсе зредств измерений амплитудных характеристик форд» сигнала основыва-отся на воспроизведении сигпалов с калиброванные значениями коэффициента гармоник. Ширина спектра калиброванного сигнала должна позволять оценить погреиность поверяемого прибора о высокой степенью достоверности. Измерители коэффициента гармоник имеют частотно-энвпсгшс зходннэ цепи, причем полоса пропускания в 5 *- 6 раз презытает верхнею рабочую частоту. В связи с эти?.!, для обеспечения достоверности поверочных работ, необходимо формировать испытательный сигнал с 5ю б3 (флективными составляющими спектра (гармониками), чтобы при новоркг гажно было учесть неравномерность АЧХ еходнчх цепей и не исказить зорму испытательного сигнала. Этим требовашетм ствечатот сигналы,-, со-гержащпе в своем спектре ряд быстрозатухзющгас гармоник, т.о. сигналы 1лизкиэ по форме к гармоническим. К тпюш сигналам можно отнесся сиг-галн вида усеченного синуса, а также сигналы синтезированные из ог-юниченчого числа гармонических состплляших.

Все известила метода {•ор.'иротшшя сигналов о киляброватюй ре-'улировноЯ коРффВДмнгн гармошн: основываются на амплитудных измере-лях. В овязи р. развитием фа?ометричг>ской техники представляется пьр-петшшпгм пепользогзэть ф?зсш? метода калиброванной регулировки 1Сг.

Т

Вторая глета посвящена разработке методов построения и структурных. схем синтезаторов сигналов с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник.

Сигнал шдэ усеченного синуса с переменным углом отсечки применяется в государственном специальном эталоне единицы коэффициента ' гармоник. Причем угол отсечки устанавливается по обращению в нуль той или иной гармоники. Малое количество калибровочных точек устраняется при установке угла отсечки /I/ по величине фазового сдвига А У , который связан о задаваемым углом отсечки соотношением:

А </>-олезеп,^ [(&- в-)cas в-+ шг- &]j ,

где 8 - угол отсечки. При этом коэффициент гармоник определяется из выражения:

^ . п i \sLn.(n.-t)ô-, sùt.(i+OQ- ¿s¿si/i&cús&- 1

----~j '

где п. - номер гармоники.

На рис. I приведена структурная схема устройства /2/, реализующего описанный выше принцип. Генератор сишалов К! формирует сигнал с чистотой р и амплитудой ZLQ i который поступает на нход Слота фильтров. С выхода блока фильтров гармопичезкий сигнал поступай г на ихода блока формирования угла отсечки и первого усилителя-ограничи-. теля. Блок схаечкя ФО формирует усеченную косинусоиду с регулируемым углом отсечки & . Этот сигнал является выходным сигналом устройства и одновременно поступает на вход блока разделения, осуществляющего исключение постоянной составляющей. С выхода блока разделения сигнал поступает на нход второго усилителя-ограничителя. Усилители-ограничители формируют прямоуголышо импульсы с фронтами, соответствующими одноименным нуль-переходам входных сигналов, которые преобразуются в короткие импульсы формирователями ОШ и ФИ2. Эти импульсы поступают на входа преобразователя время-код, осуществляпций преобразование интервала времени , соответствующего величине фазового сдвига Л У" Т0 -360/ Т > в код. С целью уменьшения погрешности калибровки за счет нелинейности формирователя разработаны устройства позволяющие уменьшить нелинейный участок /3/, и устройства,позволяющие работать в области малых погрешностей /4/, Минимальная по-хчетаюстъ установки коэффициента гармоник за счот нелинейности фор-глцх^ю^еля будет при & - 90°. На рли. 2 приведена структурная схема синтезатора сигнйлоб о калибхлванней регулировкой коьдодцюн-та х'арлюнж /5/, в которой искаженный сигнал формируется из циух сиг-па. юв с НО-граду cmiM ух'лом отсечки посредством фазового суммировали,

8

Рис. i

Рис.2

or

АН

ГС

С.м ФНЧ

л

í» ФМ

> СМ <

УГ

/\

ФПЧ

ФА ^

Pua. à

С целью расширения ■частотного диапазона разработан способ фор— шрэрания сигнала с калиброванной регулировкой коэффициента гар(.юню на основе фазовой модуляции /6/.

Исходный гармонический сигнал Есови£ подвергают фазовой модуляции сигналом , при этом, если крутизна модуляционной характеристики равна £ , на выходе получим сигнал:

спользу

нис для: амплитуд гарлошк

где = —2~ . Используя разложения в ряд $Урьо, получим выраже-

Цок'этом коэффициент гармоник определяется:

7,(«г) + ^(п)

На рис. 3 приведена структурная схема устройства /7/, реализую-цего данный способ. В этом устройстве предъявляются высокие тре^ва-1шя к квадратичностп характеристики смесителя.и его шумовым свойствам, а также к линейности модуляционной характеристики, Это устройство реализуомо в диапазоне частот до оотен мегагерц.

В диапазоне более высоких частот применимы устройства, реализующие иолигармонический синтез /8, 9, 10/ калиброванного сигнала на основе мюгоканальных систем фазовой синхронизации.

Третья тутмва посвящена разработке основного блока синтезатора коэффициента гармоник, реализующего метод фазового сумлирозагая -калибратора фазы,

Б настоящее время в ССОР и за руЗеком имеется значительное число практических разработок фа&озадаыцюс устройств, Совершенствованию методов построения таких устройств посвящены работы Л.А.Валихана, И.П.Орнатского, Ю.А.Скрипника, В.М.Шляндина, С.И.Маевского, П.С.Жилина, С.А.Кравченко, В.Я.Супьяка, Е.Л.Колтика, В.И.Езграфова к др.

Анализ показывает, что практические разработки калибратороз фе-зы в широком диапазоне частот' ( от единит; герц до десятков гигагерц) обсслбчявают высокие точностные :сарактеристики. Однако эти разработки не позволяют обеспечить мелкий (меньше одного градуса) дискрет регуляровхи калиброванного фазового сдвига. В свят с этим возникает необходимость создания устройств с прецизионной регулировкой фазового сдвига. 5а основу такого устройства возьмем калибратор фазы

10 ~

/II/ на дробно-кратных частотах f0 и f^ ° fo^1 - 0 ^^ > при атом минимальный дискрет рех'улирования будет определяться: =

360/fi(nîl). Еще более мелкий дискрет позволяет получить устройство /12/, развивающее указанный принцип. Недостатком этих устройств является необходимость последовательного прохождения 7? значений для установки Af** A'à Уо , что тробует большого количества времени. На pic. 4 приведена структурная схема калибратора фазы /13/, позволяющая установить любое значение калиброванного фазового сдвига за период выходного сигнала.

Вторым недостатком данных калибраторов является неопределенность абсолютного значения задаваемого фазового сдвига. Свободным от указанного недостатка является устройство /14/, структурная зхема которого приведена на рис. 5. В этом устройстве предусмотрено одно-времегаюе обнуление, и запуск управляемых делителей частоты б момент совпадения фронтов их входных последовательностей. Щи необходимости повышения выходных частот калибраторов фазы необходимо использовать устройства /15, 16/ на основе систем ФАПЧ по вторичным опешим и умножения частоты опорного канала.

Использование метода фазового суммирования, для калиброванной регулировки коэффициента гармоник, позволяет построить комплексное поверочное устройство на основе базового калибратора фазы используя (фазовый метод регулировки амплитуда гармонических сигналов и фазовый метод калиброванной регулировки временных интервалов.

Четвертая глава посвящена анализу погрешностей калиброванной регулировки коэффициента гармоник. При определении погрешностей процесс воспроизведения сложного сигнала в синтезаторе следует рассматривать как косвенное нелинейное измерение. Погрешности установки амплитуд и фаз суммируемых колебаний приводят к систематическим погрешностям калибровки коэффициента гармоник.

Поскольку для погрешностей аргументов в каждом конкретном случае невозможно указать их величину и знак, а можно говорить только о границах ятих погрешностей, то расчитать и Исключить систематическую погрешность не удается.

К инструментальным систематическим погрешностям следует отнести погрешности, вызываемые внутренними детерминированными помехами в узлах синтезатора. Величина их во многом определяется, реалип. welt основных узлов.

Случайте погрешности воспроизведения сложного сигнала определяются влиянием внутренних флуктуаций амплитуды и фазы в каналах синтезатора. Для определения çTçneitii влияния внутренних шумов необ-

II

A4

or

cc

Тр-р

A4

V

ФА

СМ

Л

УГ

-Р

\

СС

СДЧ «6-I

¿/у

I

A4 ФНЧ

Яс^. 4

л

5>

ФА *

ОГ

v

С/Ч

-И ¿'С

A4 ФНЧ

Ь. ФКИ

Тр-р

А

Z

УГ

^ ПУ

г* ФКИ

_£Z

Тр-р

ФКИ

л

Сх.ашхр.

ФКИ

A4 ФНЧ

Рис. 5 12

ходило получить законы растоделания амплитуды и фазы суммарного сигнала и их числовые характеристики (в первую очередь среднее значение и дисперсию). формулы для расчета погрешностей приведоны в таблице I.

Анализ погрешностей метода, основашюго на использовании системы ФАПЧ в режиме фазового модулятора показал, что наибольший вклад в погрешность вносит нелинейность модуляционной' характеристики, Уравнение системы ФАПЧ при внешнем воздействии на управляющий элемент имеет вид:

исР).

Подставляя реальные параметры системы ФАПЧ и проведя вотировку относительно ¿¿у получим:

У у

« * ^^ Г, со*Г„ Ь . (1)

Далее, используя метод функциональных радов Больтврра-Винзра, определяем линейную и нелинейные составляющие отклика в спектре УГ:

Решения уравнения (I) показывают, что при гармоническом воздей-стеии на управляющий элемент осуществляется фазовая модуляция еыход-кого сигнаяа по более сложному закону, в спектре которого ¡алеются составляющие второй и третьей гармоники с" амплитудами?* и Тг • Причем, величины <Г{ и ^ слабо зависят от частоты модулирующего воздействия. Из получениях зависимостей видно^ что величина погрешности Ъ 38 счет нелинейности модуляционной характеристики уменьшается при уменьшении и т . Уменьшение О-у Т/ не противоречит выполнению условий устойчивости системы ФАПЧ, однако при этом снижаются ее фильтрующие свойства. Следовательно, для обеспечения подавления детерминированных помех на входе управляющего элемента, необходимо использовать специальные фазовые детекторы, обеспечивающие бзгшюрционное подавление комбинационных и входных сигналов.

Вгаяние собственных шуиов в кольце 4АПЧ з конечном результате црлродат к фазовой модуляции выходного сигнала, что н свою очередь приводит к ясюяснип спектра выходного сигнала п, следовательно к погрешности калибровки кооФриционта гармоник. В работе приводится анализ влияния собственных шумог. и показано, что при правильном выборе параметров системы можно обеспечить погрешность З'Ю*"'4. Суммируя все составляющие погрешности можно сделать вывод, что для

13

Таблица Г

Испольгуемнй метод ка.~;Сро ванной регул. Основные ураЕненю метода ------- Уравнения для расчета максимальной погрешности Обозначения

ОазоваЛ. метод регулзрок-л угаэ отсечки К'тЦа^/а, ; - погропкссть зя счет1 "нелинейности формирователя; 67 - погрешность за счет инерционности фотгшроЕател.?; погрешность за счет оста-точкогс козф&циецта передачи; - погознность преобразователя фаза-код; ¿КГо— погрепность за счет остаточного коэффициента гаймонлк исходного сигнала. <?-- угол отсечки; п.- номер гармоники; /ЗУ - измеряемы* фазовый сдепг

Метод фазового суммирования полуволн /г-/ J - погрешность, за счет искакени:: входных сигналов калнбпатора пазы; - погреиность за счэ? нелннойкости формирователя усеченного синуса; ¿»¿г - погрешность за счет неточности установки амплитуд полуволн; Л - погоошность за счет неточности установки углов отсечки; ¿5 - погрешность за счет неточности регулировки ?азовшс сдеигоз; об - погрешность за счет ккерщюккости формЕрозателя; 6асг- остаточный коэффициент гармоник сигнала перЕой гарлоншш; ош.~ средний квадрат собственных шумов, отнэсенный к уровню первой гармоники. /V - коэМсцк-ент передачи делителя напряжения в цепи выспих гармоник: ЛУ>- задаваемый сазошй сдвиг; п.- номер гармоники.

Метод на основ фазоной модуляции - амплитуды гармоник в еыходеом сигнале; IV и й- погрешности за счет неквадратпчнос-ти преобразователя и нелинейности модулятора гп-~ индекс фазовой модуляции

обеспечения погрешности кал бровки 5 необходимо тщательно

выбирать параметры системы ФАЛЧ, обеспечивая минимальные шумовые характеристики и максимальную линейность. Яри этом максимальный коэффициент гармоник будет ограничен величиной 30 %.

Анализ погрешностей устройств, использующих сигнал вида усеченного синуса, разделим на исследования погрешностей формирования сигнала и погрешности регулировки коэффициента, гармоник.

Анализ ипорционных свойств Формирователя проведем, полагая Rnp - линейным, с учетом реактивностей диода и элементов схемы. При этом воспользуемся теорией функциональных радов Вольтерра-Зинеро,

Для опенки погрешности формирования за счет нелинейности характеристики ограничителя воспользуемся аппрокспмациой этой характеристики по производным. Такая аппроксимация позволяет с высокой точностью описать характеристику с ярко выраженным линейным участком. При атом аппроксимирующая функция имоет вид:

f(a:)^[x(azct9z f)i-i] .

При этом амплитуда гармоник определятся выражением

u^s(i-*)-/[,*(Su)']' ,

где к - номер гармоники; 0)~ коэффициент разложения при ку-

сочно-линейной аппроксимации; Z¿0 - амплитуда сигнала; в- - угол отсечки __________________________________

М* + sü¿0-] •

Расчитывая коэффициент гармоник полученного сигнала и сравникая его с результатом для кусочно-линейной аппроксимации,получим погрешность формирования за счет нелинейности формирователя. Из полученных результатов следует, что наименьшая погрешность за 'счет нелинейности характеристики при í/¿ стремящемся к нулю и при &■

* — ' о

стремящемся к .

Анализ погрешностей регулировки коэффициента гармоник синтезатора, основанного на фазовом суммировании полуволн, сводится к сценке влияния детерютирозанных помех, вог.ниг.авдих в каналах синтеза-гора и к оценке влияния собственных шумов. Сигнал на выходе канале ■■ютао представить в виде:

где 11а - амплитуда выходного сигнала; -й - частота входных сигналов ФД; У/?. - Фазы гармонических составляющих; Т^К^/р+ъ&уГс максимальная девиация фазы УГ по /г-той гармонике помехи; ко-

эффициент подавления соответствующей гармонической составляющей в спектре выходного сигнала ФД; Тс - постояшая времени системы ФАЛЧ;

¿¿у - полоса удержания системы; Х(/ьО)~ коэффициент передачи 01Я на частоте .

Анализируя выражение (2) учитывая количество каналов и дальнейшие функциональные преобразования получим выражение для оценки мзк-оимальной погрешности

Из выражения (3) следует, что девиация фазы УГ, вызываемая детерминированными помехами в каналах синтезатора моиет, приводить к существенным погрешностям калибровки Кг - В связи с этим при построении таких синтезаторов следует выполнять требования прэдъявля-бные к системе.ФАШ, сформулированные в этом разделе.'

В результате анализа собственных шумов в каналах синтезатора получил ^ г

. [¿90-22-)] . (4)

Из выражения (4) слгдуэт, что при наличии фазовых шумев в каналах ентезатора орвднее значение амплитуд гармоник на выходе меньше расчетного значения. При. этом погрешность калибровки гармоник, зоз-никатоая за счет смещения среднего значения; определяется дисперсией результирущого фазового шума и равна:

■

Диспорсия среднего значения огибающей на выходе синтезатора имеет вид:

М* А«/- <С - * ¿¿^Л (5)

Ы (5) следует, что при наличии фазовых шумов в каналах синтезатора дисперсия огибающей на выходе линейно зависит от уровня

16

гарлоник, задавав!,их на выходе синтезатора. Влияние амплитудпш: шумов канала пренебрежимо мал.,.

Полученные при анализе погрешностей расчетные соотношения и графики позволяют сформулировать требования при проектирован™ основных узлов синтезаторов сигналов с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник.

В пятой главе приведены результаты разработки и исследования образцов синтезаторов и их основных узлов,калибраторов и измерителей фазового сдвига в том число:

- приведено описание синтезатора сигналов с калиброванной регулировкой параметров (ГОС-01) реализующего фазовый метод регулировки коэффициента гармоник и временных интервалов, описание установки и методтаа поверки для исследования погрешностей воспроизведения сигнала с калиброванными параметрами и сравнение полученшпс экспериментальных результатов с результатами теоретических расчетов;

- приведено описашю экспериментальной установки для исследования формирователя усеченного синуса с фазовым методом регулировки у1\иа отсечки и сравнение полученяих экспериментальных данных о результатами теоретических расчетов;

- приводеш результаты разработки калибраторов фазы (ИД5Г-12 и ©-01) и измерителя разности фаз-(О-ОЗ)..

Приборы аттестованы в НПО "СНИИМ" и внедреш на предприятиях страш. практическая реализация и результаты испытаний образцов синтезаторов и их основных узлов доказывает перспективность использования фазовых методов и систем фазовой синхронизации для воспроизведения сигналов о калиброванной регулировкой коэффициента гармоник и подтверждают достоверность изложенных в работа теоретических выводов и положений.

В приложениях к диссертации приведены: акты внедрения и отзывы предприятий и организаций о перспективности внедренных средств измерений; методика поверки синтезатора' сигналов с калиброванной регулировкой параметров (ПОЗ-01); протоколы испытаний и описание структурных схем приборов ПЗС-01, .СФ-01, ИД5Г-12 и 5-08.

основныя гегугстати рабсш

I. На осгеве анализа мотодотз йоргирования гкгналав с галиб. -зонной (рогулироькой кос$фпциентс гармоник и их аппаратурной реализации обесчовнна перспективности использования фазовых методов р

17

систем для построения синтезаторов сигналов о калиброванной регулировкой коэффициента гармоник.

2. Обоснован выбор метода на основе системы ФАПЧ в режиме фазового модулятора дяя построения синтезаторов сигналов с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник в диапазоне частот до сотен мегагерц. Из анализа потенциальных возможностей метода следует, что ок мотет использоваться для создают метрологической аппаратуры я не имеет аналогов в указанном диапазоне частот.

3. Обоснован выбор фазового метода регулировки угла отсечки, позволяющий повысить точность и разрешающую способность калиброванной регулировки коэффициента гармоник. Предложены принципы построения синтезаторов, реализующих указанный метод и принципы построения отдельных углов таких синтезаторов.

4. Обоснована перспективность использования метода на основе фаэового суммирования полуволн. Предложены принципа построения комплексных синтззаторов на основе фазовых методов регулировки параметров сигналов. Показана возможность программного управления параметрами выходного сигнала в таких синтезаторах.

5. Разработан ряд структурных схем калибраторов фазы, позволявших повысить разрешающую способность и обеспечить программною управление регулировкой фазовых сдвигов. •'.''-'

6. Проведен теоретический анализ погрешностей формирования сигнала с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник. Для синтозаторов, реализующих метод на основе систем ФАПЧ з режиме фазового модулятора, получены расчетные формулы и графики, позволяйте определить границы погрешностей при известных параметрах основпкзс узлов синтезатора, а тякг.е сформулировать требования к отш узлам для обеспечения необходимой точннстл регулировки кооффицтанта гармоник.

7. Проведены экспериментальные исследования опытного образца синтезгтора, реализующего метод фазового суммирования полуволн. Полученные экспериментальные данные и результаты метроло.гичееютх испытаний подевередаот основные теоретические выводы о высоких потенциальных возможностях предложетшх методоЕ ферлирования сигнала с калиброванной регулировкой коэффициента гармоник и устройств реали-зунилх эти методы. Разработанные и прошедшие метрологическую аттестацию образцы синтезаторов сигналов и калибраторов-йэзн внедрены на предприятиях п/я: A-II7B, В-2077 и A-7I62.

По теыо .диссертация опубликованы следующие работы:

1. A.c. 1237988 СССР, Шй ООП 23/20. Способ установки угла от-

18

сотки / В.3.Гришаев, Н.С.Жи.лн (СССР). - 4 о. : ил,

2. A.c. 1257552 СССР, МКИ OOÏR 23/20; Генератор калибратор сигнала, нормированного по коэффициенту гармоник / В.В.Гришаев (СССР). - 4 е.: ил.

3. A.c. 1338800 СССР, МКИ GOIR 23/20, Устройство для формирования сигнала, калиброванного по коэффициенту гармоник / В.В.Гришаев (СССР). - 4 е.: ил.

4. A.c. 1444679 СССР, »I GOIR 23/20, Устройство для формирования сигнала, нормированного по коэффициенту гармоник / В.В.Гришаев, С.Х.Симон (СССР). -4 е.: ил.

5. A.c. II335S2 СССР, МКИ GOIR 23/20. Устройство для форг.-шро-вания сигнала, нормированного по коэффициенту гармоник / В.В.Гришаев, П.С.Жилин (СССР). - 4 е.: ил.

G. A.c. I24II44 СССР, МКИ GOIR 23/20. Способ формирования слож-г ного сигнала, нормированного по коэффициенту гармоник / В.В.Гришаев (СССР). - 4 е.: ил.

7. A.c. I2G5637 СССР, МКИ COIR 23/20. Генератор-калибратор сложного сигнала, нормированного по коэффициенту гармоник / В.В. Гришаев, Н.С.Килин (СССР). -4с.: ил.

8. Гришаев В.В., Нилип И.О., Эрастов В.Е. Генератор-калибратор нелинейных искажений // Нелинейные искажения в приешо-успллгвлзьных устройствах: Матер, второго Всесоюз.симп. - !Линск, 1981. -

С.316 - 317.

9. A.c. 714305 СССР, МКИ GOIR 23/20. Устройство дая воспроизведения спектра сложного сигнала / В.В.Гришаев, Н.С.Еилин (СССР). -

4 е.: ил.

10. Гришаев В.В. Некоторые возможности применения синтезаторов частоты // Иезшуз.сб.науч.тр. / Краснояр.политехи,ин-т. КраокоярС}:, 1981. - С. 133 - 136.

11. A.c. 10-11950 СССР, МКИ GÛIR '25/00. Калибратор фазы / В.В. Гришаев, Н.С.Килин, С.Х.Симон (СССР). -4с.: ил.

12. A.c. Ï24II47 СССР, ШИ GCIR 25/00. Калибратор фазы / В.В. ГрюаеВ; К.Р.СаПфгутдкнов, О.Х.Стюн (СССР). - 4 е.: ил.

13. A.c. 1313928 СССР, МКИ GOIR 25/00. Калибратор «фазы / В.З. Грпшаев, К.Р.Сайфутдикоз (СССР). - 4'с.: ил.

14. A.c. 7358801 СССР, МКИ GOIR 25/00. Калибратор фа.чк / J' Гринев, K.P.Ca;1фугдшюз, С.X.Склон (СССР). -4 е.: пл.

15. A.c. I01936О СССР, ИКИ «DIR 25/00. Широкополосный цифро-ьед .'аз::погр / Ь.В.Гришов, Н.С.Жллин, В.Е.Эрастов, В.К.Сидоров, Л.З.Ни:д:пн (СССР). -4с.: ил.

IG. Гришасв D.D., Майстрашсо В.А. Генератор с прецизионной рогуллпозкоц коэффициента гармоник // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1989. -HI. -С. 51 - 56.

17. Генератор калиброванных сигналов ГКС-01 / Гричсев В.В., Воронков А.И., Нилкин A.B., Сайфутданов K.P. // ГТГЭ. - 1990. -

К I. - С. 238 - 239.

18. Синтезаторы слокннх сигналов: Отчет по Ш1Р / Томск.ии-т АСУ и радиоэлектроники (ТИАСУР); Руководитель В.С.Титов; Отв. исполн. В.В.Гришаев. - I3-B5; Ii ГР01860073994. - Томок, 1988. -102 е., ДСП.

19. Разработка комплекта образцовой фазомотричоской аппаратуры: Отчет по НИР / Томск.ш:-т АСУ и радиоэлектроники (ТИАСУР); Руководитель Н.С.Жилин; Отв.исполн. В.В.Гришаев. !Ь - 15-78;

Jb ГР79080145. - .Томск, 1981. - 40 с.

Подписано к печати 12.10.90. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага картографическая. Оперативный способ печати. Уч.-изд.л. I. Усл.печ.л. 1.25. Тираж 100 экз. Заказ О. Бесплатно

Редакционно-издательский отдел ОмГМ. 644050. Омск, пр.Мира, II Межвузовская типография О »ПИ