ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Любчик Віталій Романович

УДК 621.391+621.374+621.371.8

ВИМІРЮВАННЯ ЧАСТОТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

РАДІОСИГНАЛІМИ З ПРЯМОКУТНОЮ ОБВІДНОЮ СПЕКТРА

Спеціальність 05.11.08 - Радіовимірювальні прилади

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового

ступеня кандидата технічних наук

Вінниця 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Технологічному університеті Поділля, м. Хмельницький, Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

ТРОЦИШИН Іван Васильович,

Технологічний університет Поділля,

професор кафедри проектування та

конструювання РЕЗ

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент

ГУЦАЛО Олександр Гнатович,

Вінницький державний технічний університет, професор кафедри радіотехніки

кандидат технічних наук, доцент

АФОНІН Ігор Леонідович,

Севастопольський державний технічний університет, доцент кафедри радіотехніки

Провідна установа: Інститут електродинаміки НАН України,відділ вимірювання електричних і магнітних величин, м. Київ

Захист відбудеться “ 6 ” квітня 2001р. о “12” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.02 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою:

21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького державного технічного університету, за адресою:

21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК.

Автореферат розісланий “ 1 ” березня 2001р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Павлов С.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Існуючі методи та засоби вимірювання амплітудно–частотних характеристик базуються на використанні або лінійно–частотомодульованих сигналів (ЛЧМ), або дискретної множини частот (ДМЧ). Відомо, що форма обвідної спектра ЛЧМ сигналу залежить від часу, за який відбувається зміна миттєвої частоти від мінімального до максимального значення. Що більший час зміни частоти ЛЧМ, то нижча нерівномірність амплітудно-частотного спектра (АЧС). Отже, для підвищення точності вимірювання необхідно збільшувати час вимірювання. На швидкість та точність вимірювання АЧХ також впливають динамічні похибки, які виникають при вимірюванні частотних характеристик кіл з інерційними елементами (ємностями, індуктивностями та інші). Для зниження динамічних похибок також необхідно збільшувати час вимірювання по за межі перехідних процесів, які наявні при зміні частоти тестового сигналу чотириполюсника.

Застосування багаточастотних сигналів дозволяє знизити вплив динамічних похибок на результат вимірювання та зменшити час вимірювання шляхом того, що усі точки вимірювання зондуються одночасно набором спектральних складових тестового сигналу.

Відомі спектральні методи вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників дозволяють значно зменшити час вимірювання за рахунок уникнення перехідних процесів під час вимірювання (перехідні процеси проявляються значною мірою впродовж перших декількох періодів після появи тестового сигналу).

Відомі методи вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників із використанням багаточастотних сигналів мають певні недоліки. АЧС сигналів, які застосовуються у спектральних методах вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників, нерівномірний і розташований у відеодіапазоні (від 0 до fв), а це значно обмежує частотний діапазон.

Застосування сигналів із прямокутною обвідною амплітудно-частотного спектра у якості тестового сигналу для вимірювання АЧХ дозволить зменшити час вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників через те, що спектр вихідного сигналу чотириполюсника є пропорційним його частотній характеристиці у заданому діапазоні частот.

Таким чином, розробка нових спектральних методів вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників та пошук і дослідження нових багаточастотних вимірювальних сигналів є актуальною задачею як з точки зору підвищення точності вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників, так і з точки зору зменшення часу проведення вимірювань.

Зв’язок роботи із науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі проектування та конструювання РЕЗ Технологічного університету Поділля (м. Хмельницький) в рамках держбюджетних тем ТУП (м.Хмельницький) 1Б-95 “Дослідження та розробка нових ортогональних базисів сигналів та їх застосування для передачі інформації та радіовимірювань” Др.№ 0195U026296, Інв. № 0298U002067 та 1Б-98 “Розробка та дослідження фазочастотних методів вимірювання параметрів сигналів із кутовою модуляцією” Др.№ 0198U002445, Інв. № 0299U000736.

Мета і задачі дослідження.

Метою дисертаційної роботи є підвищення точності та швидкості вимірювання амплітудно-частотних характеристик лінійних чотириполюсників шляхом застосування вимірювальних радіосигналів із прямокутною обвідною спектра в широкому діапазоні частот.

Задачі дослідження :

1. Зробити огляд існуючих методів вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників, визначити шляхи підвищення точності та швидкості вимірювань.

2. Розробити математичні моделі та методи формування сигналів із прямокутною обвідною енергетичного спектра у відеодіапазоні.

3. Розробити спектральний метод вимірювання частотних характеристик чотириполюсників для створення автоматизованих швидкодіючих приладів контролю та високоточних вимірювань у відео- та радіодіапазонах.

4. Провести дослідження похибок формування зондуючих сигналів із прямокутною обвідною спектра.

5. Провести дослідження та аналіз методичних похибок спектральних характеристик сигналів із прямокутною обвідною спектра при цифровому синтезі.

6. Розробити структурні схеми та інженерні методики проектування вимірювачів частотних характеристик із застосуванням сигналів із прямокутною обвідною спектра.

Об‘єктом дослідження є процес вимірювання амплітудно-частотних характеристик лінійних чотириполюсників. Предметом дослідження є спектральні методи вимірювання амплітудно-частотних характеристик лінійних чотириполюсників із зменшеною динамічною похибкою та часом вимірювання. Методи дослідження. Загальний метод досліджень визначається як теоретично-експериментальний. Використано математичний апарат теорії диференційного та інтегрального числення, теорії похибок, а також методи компютерного моделювання та чисельні методи розв‘язання рівнянь.

Наукова новизна одержаних результатів. В дисертаційній роботі одержані такі наукові результати:

1. Вперше розроблено метод вимірювання параметрів та контролю форми АЧХ вимірювальними сигналами з прямокутною обвідною енергетичного спектра. Показані переваги методу за крітерієм “час вимірювання - точність вимірювання” відносно існуючих методів при фіксованій ширині смуги частот.

2. Вперше розроблені під умови фізичної реалізації математичні моделі ортогональної пари періодичних сигналів з прямокутною обвідною спектра, на основі функцій та , які розширюють перелік сигналів, що можуть використовуватись для задач вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників.

3. Встановлено наявність флуктуацій обвідної спектра періодичних сигналів та , запропоновано метод їх зменшення шляхом врахування, відсічених при штучній періодизації, частин функцй та . Визначено, що при збільшенні врахованих відсічених частин, нерівномірність спадає за степеневою залежністью. Це дозволяє наперед розрахувати необхідні параметри вимірювального сигналу, виходячи із заданої спектральної похибки процесу вимірювання.

4. Вперше розроблено метод корегування форми обвідної спектра функції за допомогою лінійної функції -kx, котра на порядок покращує спектральні метрологічні характеристики вимірювального сигналу.

Практичне значення одержаних результатів:

???Розроблені структурні схеми приладів та вимірювальних систем для вимірювання в відео- і радіодіапазонах (0 ? 1 МГц).

???Розроблено методику швидкісного, у порівнянні із відомими методами, контролю АЧХ звукових трактів багатоканальних пристроїв зв‘язку.

???Розроблена інженерна методика розрахунку приладів як для вимірювання так і для контролю частотних характеристик лінійних чотириполюсників.

4. Отримані аналітичні вирази для кількісної оцінки величини методичних похибок, що виникають при утворенні сигналів з прямокутним спектром шляхом штучної періодизації функцій та , на основі аналізу математичних моделей, розроблених вимірювальних та зондуючих сигналів.

Отримані результати роботи впроваджені в науково-виробничому підприємстві “Компанія Ел.Ай.Ес.” м. Хмельницький, товаристві з обмежаною відповідальністью “Альт”, м. Мурманськ. Результати дисертаційної роботи використовуються в учбовому процесі у Технологічному університеті Поділля на кафедрі проектування та конструювання РЕЗ для підготовки інженерних кадрів. Впровадження результатів підтверджується відповідними актами.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на IV, V та VI науково–технічних конференціях “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (м.Хмельницький), на науковій конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (м.Київ), на II, III, IV наукових конференціях молодих вчених та студентів (м.Київ), а також НТК професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету. Результати також доповідались на семінарах кафедри проектування та конструювання РЕЗ.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 12 друкованих праць, в тому числі у 3 статті у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України, 4 статей у збірках праць науково-технічних конференцій різного рівня, 2 рішення про видачу патенту України на винахід, тези 2 доповідей на науково-технічних конференціях, оформлено 1 інформаційний листок.

Структура та об’єм роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, основних висновків по роботі, списку використаних джерел (114 бібліографічних посилань, 13 сторінок) та 3 додатків (26 сторінок). Загальний обсяг дисертації, в якому викладено основний зміст, складає 119 сторінок і містить 50 рисунків, 15 таблиць. Повний обсяг дисертацій - 174сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, її зв’язок з науковими програмами, планами, темами, сформульована мета та задачі досліджень, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів. Наведено дані про реалізацію результатів роботи, її апробацію і публікації.

В першому розділі проведена класифікація відомих методів вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників. Класифікація грунтується на вимірювальних сигналах, що застосовуються для дослідження лінійних чотириполюсників. По проведеній класифікації можна виділити дві групи методів вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників: часові методи вимірювання із використанням вимірювальних сигналів, енергетичний амплітудно–частотний спектр яких в кожен момент часу складається з однієї спектральної складової; спектральні методи, що використовують спектральні властивості багаточастотних вимірювальних сигналів, енергетичний амплітудно–частотний спектр яких в кожен момент часу складається більше, ніж з однієї спектральної складової (рис. 1).

В результаті дослідженя кожного методу було визначено, що найбільш ефективними з точки зору співвідношення “час вимірювання та точність вимірювання” є спектральні методи вимірювання амплітудно–частотних характеристик лінійних чотириполюсників, які дають можливість значно знизити вплив динамічних похибок при проведенні вимірювань та зменшити час вимірювання.

Проведений аналіз відомих багаточастотних вимірювальних сигналів дозволив визначити основні вимоги до вимірювального сигналу для вимірювання амплітудно–частотних характеристик лінійних чотириполюсників. Такими є вимоги:

? cпектральна характеристика вимірювального сигналу – прямокутна;

? діапазон частот – від Fвим.п до Fвим. к;

? спектральна характеристика – неперервна;

? амплітудно-частотний спектр вимірювального сигналу детермінований у часі.

В другому розділі проведений пошук вимірювальних сигналів, властивості яких відповідали б визначеним в першому розділі вимогам. Було визначено, що функція частково відповідає поставленим вимогам.

Рис. 1. Класифікація методів вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників

За допомогою перетворення Гільберта було знайдено другу функцію , властивості якої подібні до вищезгаданої функції; обидві функції мають область визначення, що займає всю числову вісь і не можуть бути технічно реалізовані. Запропоновано шляхи технічної реалізації знайдених функцій за рахунок їх штучної періодизації. Вигляд сигналів наведено на рис.2. Амплітудно–частотний спектр цих сигналів є дискретним. Встановлено, що нерівномірність обвідної амплітудно–частотного спектра та параметри спектра, а саме кількість гармонійних складових залежить від періоду сигналів. При записі періоду сигналу Т=n?, нерівномірність амплітудно–частотного спектра залежить від дробової частини числа n, а кількість гармонійних складових амплітудно–частотного спектра дорівнює цілій частині числа n. На рис.3. представлено залежність нерівномірності обвідної спектра від значення дробової частини періоду сигналів. Із наведних залежностей видно, що найнижча нерівномірність обвідної спектрів спостерігається у точці (N+0,59)???де?????ціле значення числа n. Розроблено математичні моделі періодичних сигналів із прямокутною обвідною спектра, що утворюються за рахунок відсікання частин функцій в межах від -Т/2 до Т/2 та їх періодичному повторенні. Математичні моделі, утворені множенням прямокутної функції на функції і , та знаходженням нескінченої суми:

, (1)

. (2)

Знайдення ряду Фур’є для виразів (1) та (2) привели до необхідності розв’язання виразів інтегрального сінуса та інтегрального косінуса, що в аналітичному вигляді неможливо. Тому, усі дослідження проводились чисельними методами дискретного перетворення Фур’є.

Проведені дослідження нерівномірності обвідної спектра обох сигналів дозволили зробити висновок про те, що нерівномірність значною мірою проявляється в наслідок відсікання частин функцій та . Запропоновано враховувати частини функцій при розрахунках сигналів (-(n/2)T, -((n-1)/2)T) та (((n-1)/2)T, (n/2)T).

Рис. 2. Вигляд періодичних сигналів:

а) ;б)

Рис. 3. Залежність нерівномірності АЧС функції від дробових значень

періоду Т: а) для б) для

Визначені основні залежності параметрів амплітудно–частотного спектра, вказано шляхи зниження нерівномірності обвіної спектра за рахунок урахування відсічених при штучній періодизації частин функцій та корегуючої лінійної функції для функції . Було запропоновано покращені математичні моделі сигналів із прямокутною обвідною амплітудно-частотного спектра, які враховуть відсічені частини функцій при штучній їх періодизації, а також для функції , запропоновано застосовувати лінійну корегуючу функцію для зниження ривку фази у точці зшивки двох частин функції:

, (3)

. (4)

Розглянуті методи перетворення амплітудно–частотного спектра наведених функцій у радіодіапазон. Найкращими, для перетворення спектра, є методи балансної та односмугової модуляції, .

В третьому розділі проводиться розробка методу вимірювання амплітудно–частотних харатеристик лінійних чотириполюсників із використанням сигналів з прямокутною обвідною амплітудно–частотного спектра. Встановлено, що амплітудно–частотна характеристика лінійного чотириполюсника має пряму пропорційність із аплітудно–частотним спектром вихідного сигналу чотириполюсника у разі використання сигналів із прямокутною обвідною спектра:

. (5)

Для знаходження точного значення коефіцієнта передачі в діапазоні частот, необхідно спектральну характеристику вихідного сигналу поділити на значення спектральної характеристики вхідного сигналу , а саме на S1:

. (6)

Для усунення зайвої операції ділення та зниження часу вимірювання необхідно, щоб рівень спектра вхідного сигналу дорівнював одиниці: S1=1. Таким чином, частотна характеристика буде дорівнювати спектру вихідного сигналу чотириполюсника:

. (7)

Для проведення вимірювань пропонується використовувати сигнали з дискретним спектром. Отже, значення коефіцієнтів передачі вимірюється не в кожній точці частотного діапазону, а в дискретних точках. Це призводить до певної невизначенності при знаходженні частотних характеристик за запропонованою методикою. Для визначення амплітудно-частотної характеристики необхідно провести її апроксимацію за допомогою значень коефіцієнтів передачі в дискретних точках. Метод вимірювання частотних характеристик наведено на рис.4. На діаграмі 1 представлено амплітудно-частотний спектр вимірювального сигналу. Діаграми 2 та 4 представляють амплітудно-частотні характеристики чотириполюсників, що досліджуються. При проходженні через ці чотириполюсники вимірювального сигналу, його спектр змінює свою форму відповідно до частотних характеристик чотириполюсників (діаграми 3 та 5).

Запропоновано метод оперативного контролю АЧХ. Він полягає у наступному. При проходженні сигналу через лінійний чотириполюсник, його АЧС змінюється, при цьому енергія сигналу зменшується. При зниженні енергії сигналу нижче заданого рівня можна зробити рішення про невідповідність АЧХ чотириполюсника заданим параметрам.

Наводиться розробка та аналіз структурних схем вимірювачів амплітудно–частотних характеристик із використанням сигналів з прямокутною обвідною спектра. Визначено, що використання односмугової модуляції для перетворення спектра вимірювальних сигналів в область радіосигналів та використання ЕОМ дозволить створити автоматизований вимірювач АЧХ лінійних чотириполюсників, що покращить метрологічні характеристики вимірювачів даного типу та матиме мінімальний час вимірювання. Структурна схема автоматизованого вимірювача АЧХ наведена на рис.5. Спектральні діаграми роботи автоматизованого вимірювача частотних характеристик наведено на рис.6.

Рис.4. Спектральний метод контролю АЧХ лінійних чотириполюсників сигналами з прямокутною обвідною спектра

Рис. 5. Структурна схема автоматизованого вимірювача частотних характеристик

Показано залежність спектральних похибок обвідної спектра сигналів від амплітудних та часових похибок сигналів, що синтезовані цифровими методами. Встановлено, що амплітудні похибки вимірювального сигналу у часовій області дорівнюють амплітудній похибці кожної спектральної складової у частотній області. Розрахована залежність між нерівномірністю обвідної спектра вимірювального сигналу та кількістю дискрет при його синтезі цифровими методами. Встановлено, ця залежність має степеневий характер, що дозволяє розраховувати кількість дискрет вимірювального сигналу в залежності від точності вимірювання. Досліджена залежність точності та швидкості вимірювання АЧХ лінійних чотириполюсників спектральними методами від кількості гармонік у порівнянні із часовими методами вимірювання АЧХ. Показано, що при збільшенні кількості спектральних складових у амплітудно-частотному спектрі вимірювального сигналу із прямокутною обвідною спектра, час вимірювання АЧХ спектральними методами та часовими методами відрізняється на значення .

В четвертому розділі вказано, що існуючі методи метрологічної атестації не можна використовувати для перевірки метрологічних параметрів вимірювачів частотних характеристик, створених на основі спектральних методів. Запропоновано для проведення метрологічної атестації вимірювачів АЧХ використання лінійних кіл із змінними по частоті амплітудно–частотними характеристиками, що дозволяє атестувати прилад одночасно по амплітудним та частотним параметрам.

Рис. 6. Спектральні діаграми роботи автоматизованого вимірювача частотних характеристик

Рис. 7. Функціональна схема синтезатора сигналу з прямокутною обвідною спектра

а) б)

Рис.8. Спектрограми вимірювального сигналу на вході (а) та виході (б) фільтрів низької частоти

а) б)

Рис.9. Спектрограми вимірювального сигналу на вході (а) та виході (б) фільтрів високої частоти

Розроблено функціональну схему синтезатора сигналу з прямокутною обвідною спектра (рис.7). Основним блоком схеми є ПЗП, в якому записані начення виборок сигналу від 0 до 16 ?, реверсивний лічильник із змінним кодом кінця відліку дозволяє задавати різні періоди сигналу. Розроблено методику метрологічної атестації синтезаторів сигналів з прямокутною обвідною спектра.

За допомогою розробленого синтезатора отримані спектрограми вимірювальних радіосигналів з прямокутною обвідною амплітудно-частотного спектра на входах та виходах фільтрів низької та високої частоти. Осцилограми та спектрограми наведено на рис.8, рис. 9.

Розроблена та досліджена структурна схема цифрового синтезатора частот на комутаторах із зворотнім зв‘язком, а також цифрового квадратурного широкосмугового фазрозщеплювача.

В додатках наведені фотографії періодичних сигналів з прямокутною обвідною спектра та фотографії їх спектральних характеристик для різних значень періодів, роздруковки програм моделювання періодичних сигналів з прямокутною обвідною спектра та розрахунки і аналіз нерівномірності спектра, акти впровадження результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

1. Проведений аналіз вимірювальних сигналів дозволив розробити вимоги до вимірювального сигналу для задач вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників, які можна викласти так:

- спектральна характеристика вимірювального сигналу – прямокутна;

- діапазон частот – від Fвим.п до Fвим. к;

- спектральна характеристика – неперервна;

- амплітудно-частотний спектр вимірювального сигналу детермінований у часі.

2. Розроблені математичні моделі вимірювальних сигналів із прямокутною обвідною спектра, встановлена залежність нерівномірності обвідної спектра та періоду повторення відсічених частин функцій при синтезі сигналів з прямокутним спектром. Показано, що врахування відсічених частин функцій при розрахунках математичних моделей періодичних сигналів з прямокутним спектром, значно знижує нерівномірність обвідної спектра за степеневою залежністю, при використанні 5 доданків нерівномірність знижується до 0,01 %.

3. Показана відмінність нерівномірності обвідної спектра для періодичного сигналу sinc(x) та ортогонального до нього на два порядки. Запропоновано застосування лінійної корегуючої функції для покращення нерівномірності обвідної спектра періодичного сигналу ортогонального до періодичного сигналу sinc(x), використання корегуючої функції знижує нерівномірість спектра на один порядок.

4. Розроблено спектральний метод вимірювання АЧХ, що полягає у використанні сигналів з прямокутною обвідною спектра, який після проходження через чотириполюсник змінює обвідну енергетичного спектра пропорційно до частотної характеристики чотириполюсника. Розроблені структурні схемивимірювачів АЧХ та блоків цифрового синтезатора частот і цифрового квадратурного фазообертача.

5. Проведено адаптацію засобів метрологічної атестації вимірювачів АЧХ, що полягає у використання електричних кіл із лінійно наростаючим та лінійно спадаючим АЧХ, що дозволить проводити атестацію вимірювачів одночасно по амплітуді і по частоті.

6. Проведений аналіз метрологічних похибок автоматизованого вимірювача АЧХ. Показані залежності між квантуванням по амплітуді та часу вимірювальних сигналів та нерівномірністю огинаючої спектра. Нерівномірність спектра лінійно залежить від значення ступеня квантування по амплітуді і має степеневу залежність від дискретизації по часу.

7. Експериментально досліджені похибки синтезатора сигналів з детермінованим дискретним спектром із прямокутною обвідною. Встановлено, що нерівномірність обвідної спектра в діапазоні частот від 60 кГц до 105 кГц з набором із 30 спектральних складових, розташованих рівномірним кроком, не перебільшує 2,8 %. Зміна частотного діапазону сигналу в область частот від 1200кГц до 1245 кГц не призводить до збільшення нерівномірності обвідної спектра.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Войтюк О.П., Любчик В.Р. Цифровий пристрій фазорозщеплення.// Вісник Технологічного університету Поділля. - 1997.- №1 - С. 81 - 83.

2. Любчик В.Р. Дослідження та аналіз деяких особливостей сигналів типу SIN(X)/X// Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологіних процесах (Технологічний університет Поділля, м. Хмельницький). – 1997. - №2. - С.93-96.

3. Троцишин І.В., Любчик В.Р. Застосування вимірювальних сигналів з прямокутною обвідною для задач вимірювання та контролю каналів зв’язку// Вісник Технологічного університету Поділля. - 2000. - №1. - С. 135 - 138.

4. Пивовар О.С., Любчик В.Р. Дослідження синтезаторів на базі комутаторів із зворотнім зв’язком// Актуальні проблеми техніки та суспільства: Збірник статей викладачів та наукових співробітників ТУП. - Хмельницький: ТУП, 1996. - Вип. 2. - С.238-243.

5. Троцишин І.В., Любчик В.Р. Пристрій широкосмугового квадратурного фазорозщіплення сигналів// IV-НТК Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологіних процесах: Збірник матеріалів конференції, Хмельницький: ТУП, 1997. - С.79.

6. Любчик В.Р., Войтюк О.П. Особливості вимірювання АЧХ зондуючими сигналами з “прямокутним спектральним вікном”// V НТК Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологіних процесах: Збірник наукових праць. - Хмельницький: ТУП. - 1998. - С. 98 - 103.

7. Любчик В.Р. Дослідження спектральних властивостей сигналів з “прямокутним спектральним вікном”// VI НТК Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологіних процесах: Збірник наукових праць. - Хмельницький: ТУП. - 1999. - С. 18 - 24.

8. Любчик В.Р., Троцишин І.В., Войтюк О.П. Розробка нових засобів метрологічної атестації вимірювачів АЧХ лінійних чотириполюсників// Сучасні енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини: Збірник наукових праць. - К.: ФАДА, ЛТД, 1999. - Випуск №6. - С 405 - 408.

9. Любчик В. Перспективи використання широкосмугових сигналів // Збірник науковх праць молодих вчених та студентів. -К.: ДАЛПУ, 1998. -Ч. 3. -С. 12.

10. Любчик В., Троцишин И. Способ измерения частотных характеристик // Информационный листок №19-99. _Хмельницкий: УНТИ. -1999.

11. Рішення про видачу патенту України № 98095157, МПК6 G01 R 27/28. Спосіб контролю частотних характеристик/ Любчик В.Р., Троцишин І.В.; Заявлено 30.09.98.

12. Рішення про видачу патенту України № 98095156, МПК6 G01 R 27/28. Спосіб вимірювання частотних характеристик/ Любчик В.Р.; Заявлено 30.09.98.

Особистий внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві. Дисертантом у [1] - розроблено метод, досліджено похибоки фазорозщеплення; [3] - досліджено методи вимірювання АЧХ та запропонована їх класифікаця, визначені вимоги до виміфрювального сигналу для задач вимірювання частотних характеристик, проведено пошук сигналів, що відповідає визначеним вимогам; [4] - розроблено принципова схема, досліджені коефіцієнти передачі; [5] - розроблено та досліджено структурні схеми квадратурного фазорозщеплювача; [6] - розроблено спектральний метод вимірювання та контролю АЧХ зондуючими синалами з прямокутним спектром, розробклено структурні схеми вимірювачів АЧХ; [8] - розроблена нова методика та засоби метрологічної атестації вимірювачів АЧХ побудованих із використанням спектральних методів вимірювання частотних характеристик; [10] - розроблено спектральний метод вимірювання частотних характеристик лінійних чотириполюсників; [11] - розробка спектрального методу контролю.

АНОТАЦІЯ

Любчик В.Р. Вимірювання частотних характеристик радіосигналами з прямокутною обвідною спектру. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.08 - радіовимірювальні прилади.- Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2001.

Дисертація присвячена розробці математичних моделей вимірювальних сигналів із прямокутною обвідною амплітудно-частотного спектра та розробці апаратури для реалізації сигналів з визначеними характеристиками амплітудно-частотного спектра.

У роботі виконано класифікацію методів вимірювання амплітудно-частотних характеристик, в основу якої закладено вимірювальні сигнали, що застосовано. Розроблено математичні моделі ортогональної пари сигналів з прямокутною обвідною спектра. Проведено їх покращення за критерієм мінімальної нерівномірності обвідної спектра у смузі частот. Розроблено спектральний метод вимірювання частотних характеристик із використанням нових сигналів.

Ключові слова: амплітудно-частотна характеристика, амплітудно-частотний спектр, прямокутна обвідна спектра, гармоніка, нерівномірність амплітудно-частотного спектра.

SUMMARY

Lubchik V.R. Measuring frequency characteristics from radiosignals with rectangular turnline of spectrum. - Manuscript.

Thisis for candidate’s degree by specialty 05.11.08 - radiomeasuring devices. - Vinytcky state technical University, Vinytca, 2001.

The thesis is dedicted for eleboration of mathematic models of measuring signals with rectangular turnlineof amplitude-frequency spectrum and eleboration devices for realisation signals with defined charachteristics of amplitude-frequency spectrum. In this work characteristics of methods for measuring of amplitude-frequency charachteristics are perfomed in which basic is inserted by measuring signals that are used. The mathimatic models of orthogonal pair of signals with rectangular turnline of spectrum are eleborated. Their impruvement by, using criterion of minimum in bandwidth is conducted. The spectrum metod of amplitude-frequency measuring with using new signals is used.

Key words: amplitude-frequency characteristics, amplitude-frequency spectrum, rectangular turnline of spectrum, hairminie, unevenness of amplitude-frequency spectrum.

АННОТАЦИЯ

Любчик В.Р. Измерение частотных характеристик радиосигналами с прямоугольной огибающей спектра.-Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.11.08 - радиоизмерительные приборы. -Винницкий государственный технический университет, Винница, 2001.

Диссертация посвящена разработке математических моделей измерительных сигналов с прямоугольной огибающей амплитудно-частотного спектра и разработке аппаратуры для реализации сигналов с определёнными параметрами амплитудно-частотного спектра.

В роботе проведена классификация методов измерения амплитудно-частотных характеристик, в основу положены измерительные сигналы, которые применяются для проведения измерений. Определены свойства измерительных сигналов, которые позволяют улучшить показатели точности и скорости измерения. Такими есть свойства:

- спектральная характеристика измерительного сигнала - прямоугольная;

- диапазон частот - от Fизм.н. до Fизм.к.;

- спектральная характеристика непрерывная;

- амплитудно-частотный спектр измерительного сигнала детерминированный во времени.

Указано, что подобными свойствами обладает функция SINC(X). Но она имеет область определения, расположеную по всей числовой оси, что делает невозможным её техническую реализацию. Приведено нахождение функции ортогональной к функции SINC(X). Предложен метод технической реализации сигналов с прямоугольной огибающей спектра, который состоит в том, что отсекается часть функции в пределах от -Т/2 до Т/2 и периодическом её повторении. Разработаны математические модели ортогональной пары сигналов с прямоугольной огибающей амплитудно-частотного спектра. Проведено их улучшение по критерию минимальной неравномерности огибающей спектра в полосе частот. Показано, что при учитывании частей функции которие были откинуты в результате отсечения, можна снизить неравномерность спектра в шесть раз для 5 слагаемых.

Разработано спектральный метод измерения частотных характеристик с применением новых сигналов, который заключается в подаче на вход исследуемого четырехполюсника радосигнала с примоугольным спектром и измерении спектра виходного сигнала черырехполюсника, спектральная характеристика которого пропорциональна коеффициенту передачи. Предложен метод контроля амплитудно-частотных характеристик линейных четырехполюсников, который состоит в подаче на вход устройства сигнала с прямоугольным спектром и измерении средней энергии выходного сигнала устройства, которая будет изменяться в зависимости от частотной характеристики.

Разработаны структурные схемы измерителей частотных характеристик на основе предложеного спектрального метода. Указаны пути возникновения ошибок измерения частотных характеристик в следствии дискретизации измерительных сигналов по времени и частоте. Определено соотношение точности и скорости измерений характеристик, которое зависит от колличества спектральных составляющих в полосе частот измерительного сигнала.

Предложена адаптация метода метрологической аттестации измерителей частотных характеристик, разработаных на основе спектральных методов, которая состоит в том, что проверка измерителей проводится линейными цепями з линейнонарастающей и линейноспадающей АЧХ, за счет чего проводится проверка измерителя АЧХ как по амплитудным параметрам так и по частотным параметрам.

Разработан синтезатор сигналов с прямоугольной огибающей спектра, предложена методика инженерного расчета елементов схемы синтезатора. Получены осцилограммы и спектрограммы сигналов с прямоугольным спектром для различных перодов повторения сигналов. Проведено измерение фильтров Чебышева верхних и нижних частот, получены спектрограмы выходных сигналов фильтров.

Разработана методика метрологической аттестации синтезатора. Приведены разработки синтезатора частот на основе комутаторов с обратными связями и широкополосного квадратурного фазовращателя.

Ключевые слова: амплитудно-частотная характеристика, амплитудно-частотный спектр, прямоугольная огибающая спектра, гармоника, неравномерность амплитудно-частотного спектра.