SU1642409A1

SU1642409A1 - Измеритель нелинейных искажений

Info

Publication number: SU1642409A1
Application number: SU884498310A
Authority: SU
Inventors: Виктор Евгеньевич Ефремов; Александр Кириллович Кравец; Александр Иосифович Покрас; Семен Иосифович Покрас; Сергей Глебович Таранов; Валерий Павлович Товстюк
Original assignee: Предприятие П/Я А-3361; Институт Электродинамики Ан Усср
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1991-04-15

Abstract

Изобретение относитс к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании измерителей нелинейных искажений , работающих в широком частотном диапазоне. Цель изобретени - повышение точности измерени коэффициента нелинейных искажений - достигаетс введением управл емого инвертора 7, масштабирующих блоков 8, 10, счетчика 11 адреса, блока 5 пам ти, вычитательного блока 6. Измеритель также содержит формирователь 1. умножитель 2 частоты, ключ 3, аналого-цифровой преобразователь 4, блок 9 входных устройств , блок 12 управлени . 2 ил.

Description

о

Јь

ND О О

fPuz.1

Изобретение относитс к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании измерителей нелинейных искажений, работающих в широком частотном диапазоне.

Цель изобретени - повышение точности измерени коэффициента нелинейных искажений.

На фиг. 1 представлена структурна схема измерител нелинейных искажений; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы в режиме записи информации.

Измеритель нелинейных искажений (фиг. 1) содержит последовательно соединенные формирователь 1, умножитель 2 частоты, ключ 3, аналого-цифровой преобразователь 4, блок 5 пам ти и вычислительный блок 6, последовательно соединенные управл емый инвертор 7, первый масштабирующий блок 8, блок 9 входных устройств и второй масштабирующий блок 10, а также счетчик 11 адреса и блок 12 управлени . Соединенные входы формировател 1 и управл емого инвертора 7 образуют вход устройства . Выход масштабирующего блока 10 подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразовател 4. Вход блока 12 управлени подключен к выходу формировател 1, первый выход - к управл ющему входу инвертора 7, второй выход - к управл ющему входу ключа 3, третий выход- к соединенным между собой входам управлени первого масштабирующего блока 8, второго масштабирующего блока 10 и вычислительного блока б, а четвертый выход - к входу сброса счетчика 11 адреса, счетный вход которого соединен с выходом ключа 3, а выход - с адресным входом блока 5 пам ти .

На фиг. 1 представлена также структурна схема блока 12 управлени , который может быть выполнен в виде подключенных к его входу последовательно соединенных счетчика 13 и дешифратора 14, первый - четвертый выходы которого образуют одноименные выходы блока 12 управлени .

В основе работы измерител лежат следующие положени . Пусть входной полигармонический сигнал X, у которого требуетс определить коэффициент гармоник, выражаетс следующим образом:

Х 2 Arsln(), г - 1

где Аг - амплитуда r-й гармоники; рг - фаза r-й гармоники; г 1,2,...,R - номер гармоники.

Нелинейные искажени , вносимые входными устройствами (например, фильтром , усилителем и пр.) до разложени спектра исследуемого сигнала на гармоники, можно аппроксимировать степенным полиномом К-й степени:

U Ј ак Хк а0 + ai X + Ј ак Хк ,

К -о

К 2

(2)

где U - сигнал, спектр которого разлагаетс на гармоники при определении коэффициента нелинейных искажений;

эк - весовые коэффициенты полинома, аппроксимирующего нелинейные искажени входных устройств;

а0 - аддитивна составл юща погрешности входных устройств;

ai - мультипликативный член, представл ющий собой сумму коэффициента масштабировани (усилени или ослаблени ) входных устройств и собственно мультипликативной составл ющей погрешности.

Проинвертируем входной сигнал:

U a0 -aiX + 2,

Э2К Х2К к 1

&

- S a2K + iX2K + 1 a0-aiX +

к 1

+ (-1)KtakXK.

к 1

35

(3)

Из выражений (2) и (3) найдем разность пр мого и инвертированного сигналов.

U-U 2(aiX + t a2K + iX2KH 1).

к 1

(4)

Из выражени (4) следует, что за счет проведени указанных операций удалось

скорректировать аддитивную составл ющую ао и все четные члены а2К, внос щие нелинейные искажени в исследуемый сигнал X в соответствии с формулой (2). Однако нечетные члены Э2К Ч- 1 аппроксимирующего полинома также оказывают вли ние на точность измерени коэффициента гармоник , так как вл ютс источником нелинейных искажений исследуемого сигнала. Это вли ние уменьшаетс масштабированием.

Масштабирование (усиление или ослабление ) сигнала в m раз вводитс дл пр мого и инвертированного сигналов. В случае ослаблени сигнала выражение (4) преобразуетс в следующее:

.. .-. „ rai X . & , / X 2К +1 -i

u- Hnr+l + U) и

н н

(5)

К2К Ь 1

-u 2lisf+KS,™ + (Ј)

. у Ку 2К + 1

- 02 2 ,«+,(Ј)

2К +1

,32К+ (1;Г.У... ;

ик-+;- ик+ ,2 т 7 +к|а2к+,()

где р 1,.... К-Н - номер масштабного коэффициента т.

Из этой системы можно определить мультипликативную составл ющую UM полинома (2) как функцию f от разностей пр мого и инвертированного значений сигнала и коэффициентов масштабировани тр:

UM aiX f(Ui - Ui. U2 - U2,.., UK + 1 - UK + 1, mi, maтк + i) f(Up, Up,

Tip).

(7)

Сигнал UM может использоватьс непосредственно дл определени коэффициента нелинейных искажений путем разложени спектра сигнала на гармоники, так как нелинейные составл ющие в нем отсутствуют. При этом следует учесть, что коэффициент гармоник сигнала UM не зависит от величины ai и равен коэффициенту гармоник исследуемого сигнала X.

Докажем это, использу выражение (1):

2 АГ sin (гш ).

r 145

(8)

Определим квадрат действующего значени напр жени UM:

и },, 2H..ai2-P 2 ид.м - J UM dt - 2, Аг .

о г 1

(9)

Квадрат действующего значени пер- вой гармоники сигнала с использованием коэффициентов р да Фурье определ ют следующим образом:

и

Проведение масштабировани пр мого инвертированного сигналов и определение их разности К+1 раз приводит к системе нелинейных уравнений

2К +1

.У... ;

(6)

2К +1

ai у /,UM cosondt

1 о

Э1Т 1 / sin (wt +991 )costtndt

n pi ;

20

25

(10)

1 Tr

bi j JUM slnoit dt

30

aiAi T35

j / sin (a)i )sin 0) dt

ai AI 2 cos tp ;

UiM

ai2+bi2 ai2Ai2

(11) (12) .

где UiM - амплитуда первой гармоники, вы- деленна с помощью ортогональных составл ющих ai и bi из входного сигнала aiX.

Тогда коэффициент гармоник из (9) и (12)

к - i iW-иГм ид.м

14 - I - I -7ГI -

UiM

(13)

Таким образом, значение коэффициента гармоник исследуемого сигнала X от мультипликативной составл ющей ai не зависит, что позвол ет решать ситему нелинейных уравнений (6) линейными методами и легко сводить полиномы высоких степеней от X вида (5) к уравнению первой степени от X вида (7). Значение коэффициента гармоник сигнала DM, определ емое по формуле (13), равно значению коэффициента гармоник исследуемого сигнала X и принимаетс за окончательное.

Измеритель работает следующим образом .

При поступлении на вхрд устройства периодического сигнала X на выходе формиро- вател 1 формируютс пр моугольные импульсы иф1, период следовани которых равен периоду ТВх исследуемого процесса. Эти импульсы, поступа на вход блока 12 управлени , инициируют начало работы устройства , при этом на выходе умножител 2 частоты синхронно с периодом исследуемого сигнала формируютс импульсы такти- ровки аналого-цифрового преобразовател 4 с частотой

fyn -

N

(14)

где N - коэффициент умножени частоты (количество отсчетов на период сигнала).

За врем первого периода Ti исследуемого процесса происходит сброс счетчика 11 адреса сигналом UBV12 с четвертого выхода блока 12 управлени и установка коэффициента масштабировани гщ первого и второго масштабирующих блоков 8 и 10 сигналом 11БУ12 с третьего выхода блока 12 управлени . Коэффициент mi записываетс также в вычислительный блок 6. Первый и второй масштабирующие блоки 8 и 10 вл ютс обратными преобразовател ми (если входной сигнал имеет низкий уровень, то первый масштабирующий блок 8 вл етс усилителем, а второй блок 10 - аттенюатором , а если уровень сигнала высокий, - наоборот ). Эти блоки предназначены дл масштабировани входного сигнала без потери точности при аналого-цифровом преобразовании . Фактически именно эти блоки обеспечивают проведение необходимого числа измерений в разных точках аппроксимирующего полинома (5) и позвол ют сформировать систему нелинейных уравнений вида (6). При этом следует учесть, что коэф- фи циенты масштабировани тр имеют небольшую величину (в пределах 1 - 5), поэтому нелинейные искажени , вносимые масштабирующими блоками 8 и 10, пренебрежимо малы по сравнению с искажени ми блока 9 входных устройств, нелинейность которого корректируетс .

Во врем второго периода Т2 блок 12 управлени вырабатывает сигнал записи U5V122 на втором выходе и на вход тактиров- ки преобразовател 4 через ключ 3 поступает N импульсов умножител 2 частоты (см. диаграмму Ккзвых), При этом пр мой исследуемый сигнал X поступает через управл емый инвертор 7, первый масштабирующий блок 8, блок 9 входных устройств и второй

масштабирующий блок 10 на аналого-цифровой преобразователь 4, с выхода которого N синхронных отсчетов Un записываетс в блок 5 пам ти (I - параметр дискретного времени). Адреса чеек пам ти формирует

счетчик 11 адреса по сигналу с выхода ключа 3. Если коэффициент передачи первого масштабирующего блока 8 равен 1/ггц (т. е. он вл етс аттенюатором), а второго масштабирующего блока 10-гщ (т.е. блок вл етс

усилителем), то в соответствии с (2) имеем

II41/ Xl К

Uli miKS0aKfe)

-а0+ aiX, + X экХ К

К 2ГП1

К - 1

(15)

В третьем периоде Тз управл емый инвертор 7 переходит в режим инверсии по сигналу УьУ12 блока 12 управлени , и в такте Т4 в блок 5 пам ти записываютс N выборок Uii инвертированного входного процесса. С учетом коэффициентов масштабировани блоков 8 и 10 и выражени (3) имеем

Г,TV / Xi 2К

Ul miUoa2Kfe) - V, / Xi 2К + П

-к50а2К+1Ы j ao-aix,+(-i)Ki: акх к

к 2 mi

k - 1

(16)

0

5

Из выражений (15) и (16) следует, что благодар взаимообратному характеру преобразователей 8 и 10 масштаб информативного мультипликативного члена UMi aiX не измен етс . Далее в такте 15 на Третьем выходе блока 12 управлени устанавливаетс новый масштабирующий коэффициент и процесс записи отсчетов пр мого и инвертированного сигналов повтор етс (фиг. 2). Количество повторных циклов масштабировани зависит от пор дка полинома (5), аппроксимирующего нелинейные искажени , вносимые блоком 9 входных устройств . На практике достаточно ограничитьс третьей или п той степенью полинома, так как с увеличением степени усложн етс вид уравнени (7).

Функционирование счетчика 13 и дешифратора 14 в составе блока 12 управлени очевидно из фиг. 1 и 2: тактовый сигнал с выхода формировател 1 поступает на вход счетчика 13, а управл ющие сигналы блока 12 управлени формируютс на выходах дешифратора 14.

По окончании цикла записи отсчеты сигнала из блока 5 пам ти поступают в вычислительный блок 6, где прежде всего происходитопределение разностных сигналов Dpi Dpi.

Из выражений (5), (15) и (16) следует, что

Кг

N 2, имг

i 1

2 ( g UMi cos p )2 + ( Ј UMi sin p )2 J

где i 1 2N

Коэффициенты гармоник сигналов XI и UMi равны между собой, поэтому значение Кг, определенное по формуле (18), принимают за окончательное.

Таким образом, предлагаемый измеритель позвол ет устранить погрешность, св занную с нелинейностью аналого-цифрового преобразовател и входных устройств , и получать значение коэффициента гармоник Кг, искаженное только вли нием шумовых факторов и погрешностью производимых вычислений.

Claims

Формула изобретени Измеритель нелинейных искажений, содержащий блок входных устройств, последовательно соединенные формирователь, умножитель частоты, ключ и аналого-цифровой преобразователь, а также блок управлени , вход которого соединен с выходом формировател , а второй выход - с управл ющим входом ключа, а вход формировател соединен с входом измерител , отли+2

Э2К + 1Х|

2к +

Tip

2К

) (uMi + i

к 1

32К + 1 Х|

2k -f 1

mi

2К

(17)

Затем, в соответствии с выражением (7) вычисл ют отсчеты сигнала UMi aiXi, в котором нелинейные искажени , св занные с вли нием блока 9 входных устройств, отсутствуют . После этого в вычислительном

блоке 6 определ етс значение коэффициента гармоник в соответствии со следующим выражением:

(18)

чающийс тем, что, с целью повышени точности, в него введены управл емый инвертфр , первый и второй масштабирующие блоки, счетчик адреса, блок пам ти и вычислительный блок, выход которого соединен с . выходом измерител , а вход соединен с выходом блока пам ти, первый вход которого

соединен с выходом аналого-цифрового преобразовател , а второй - с выходом счетчика адреса, вход которого соединен с выходом ключа, а управл ющий вход соединен с четвертым выходом блока управлени , третий выход которого соединен с управл ющими входами вычислительного блока, первого и второго масштабирующих блоков, а его первый выход - с управл ющим входом управл емого инвертора, вход которого соединен с входом измерител , а выход - с

входом первого масштабирующего блока, выход которого соединен с входом блока входных устройств, выход которого соединен с входом второго масштабирующего блока, а выход последнего соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразовател .

r

&

S

5-d -j

P

i

Ј

Ј

b

Is

U II

vC

I

JL

.31

§

I

C4J

cvi

t3

3

I

§

H

§