Калибратор фазовых сдвигов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) g 1) 5 01 R 25/04

QCS ° Га;Ф! ) ° ; О 1

НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л;,";,,",",."", 3, ОПИСА

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ i 6 ii ii K» !..:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTH4 (21) 3532897/18-21 (22) 31. 12. 82 (46) 23.03.84. Бюл. N- 11 (72) В.В. Волохин, И.Е. Мозговой, Ю.С. Шумков, Н.В. Нагаец, К.Г. Грехова и Г.А. Никифорова (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (53). 621.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 492825, кл. Q 01 R 15/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

У 432421, кл. G 01 R 25/04, 1973 (прототип) . (54)(56) КАЛИБРАТОР ФАЗОВЫХ СДВИГОВ, . содержащий первый фазосдвигающий узел, первый и второй смесители, задающий генератор, пересчетные устройства, формирователь кода устанавливаемых фазовых сдвигов, подключенный к разрядным входам первого пересчетного устройства, цифровой отсчетный узел, подключенный к выходам разрядов этого же пересчетного устройства через блок ключей и регистр памяти, причем управляющие входы формирователя кода устанавливаемых фазовых сдвигов и блока ключей соединены с первым выходом второго пересчетl ного устройства, о т л и ч .а юшийся тем, что, с целью повьппения точности установкй фазовых сдвигов, в него введены генератор высокой частоты, первый и второй управляемые делители, третий и четвертый смесители, гетеродин и калиб-. ратор постоянного напряжения, первый и второй блок формирования стробимпульсов, второй фазосдвигающий

:,узел, умножитель частоты и усилитеI ли, при этом выход генератора высокой частоты подключен через первый и второй управляемые делители к входу первого фазосдвигающего узла, выход которого подключен к второму выходу калибратора и первым входам третьего и четвертого смесителей, два выхода калибратора постоянного

I напряжения соединены с вторыми вхо,цами соответственно первого и четвертого смесителей, гетеродин под-. ключен через первый блок формирования строб-импульсов к третьему входу первого смесителя и второму входу

;второго смесителя, а через второй блок формирования строб-импульсов к второму входу третьего смесителя и третьему входу четвертого смесителя, причем выход первого смесителя через первый усилитель подключен .к первому управляемому делителю, выход второго смесителя через второй усилитель подключен к второму. фазосдвигающему узлу, выход третьего смесителя через третий усилитель пбдключен к первому фазосдвигающему узлу, выход четвертого смесителя через четвертый усилитель подключен к второму управляемому делителю, выход задающего генератора через второй фаэосдвигающий узел и умножи-. тель частоты соединен с входами первого и второго пересчетных уст.-. ройств, первые и вторые выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам блоков формирования строб-импульсов, а первые входы первого и второГо. смесителей соединены с выходом первого управляемого делителя и первымвыходом калибратора.

1081564

Изобретение относится к электроиэмерйниям и может быть использовано при установке калиброванных фазовых сдвигов в диапазоне частот

1-600 ИГц. 5

Известен фазовращатель, содержащий управляемый генератор с устройствами частотной и фазовой подстройки частоты, выход которого подключен к двум идентичным пересчетным схемам, причем входы разрядов первой пересчетной схемы подключены к выходу устройства записи кода, а к выходам подключены две группы вентилей, один вход первой из которых соеди- 15 нен с входом всего устройства, а выход через устройство аналоговой памяти подключен к одному входу второй группы вентилей, выход которой соединен с фильтром низких частот Я. 20

Недостатком этого фазовращателя является малый частотный диапазон из-за трудностей в построении перестраиваемого умножителя частоты.

Например, чтобы получить фазовый

25 сдвиг с дискретностью 1 для частот

1 МГц необходимо ее умножить в 360 раз следовательно, на пеРесчетные схемы должна поступать частота в 360 МГц, а в,случае, если

100 МГц, то эта частота должна быть 36 ГГц.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является калибратор фазовых сдвигов, содер35 жащий генератор, пересчетные схемы, фазосдвигающий узел, смесители и фильтры, причем к смесителям с фильтрами, включенными между выходами двухканального преобразователя часто40 ты и фазовым дискриминатором, подключены выходы пересчетных схем, на входах которых включен общий генератор, а выходы и входы разрядов одной из пересчетных схем подключены

45 соответственно к формирователю кода устанавливаемого фазового сдвига и цифровому индикатору через ключи и регистр памяти, в то время как управляющие входы формирователя и клю50 чеи цифрового индикатора соединены с выходом второй пересчетной схемы j2) .

Недостатком известного калибратора фазовых сдвигов является малая 55 точность установки фазы, что определяется: погрешностью преобразования фазового угла самого стробоско- . пического преобразователя, которая может достигать 2,5, погрешностью. вторичного преобразования частоты. погрешностью фильтров и фазового дискриминатора Ьт перекоса амплитуд входных сигналов.

Причем все эти погрешности носят аддитивный характер и несмотря на то, что система охвачена обратной связью, они алгебраически суммируются, и сумматорная погрешность установкн фазы может достигать 3-4

Цель изобретения — повышение точ ности установки фазовых сдвигов.

Поставленная цель достигается тем, что в калибратор фазовых сдвигов, содержащий первый фаэосдвигающий узел, первый и второй смесители, задающий генератор, пересчетные . устройства, формирователь кода устанавливаемьж фазовых сдвигов, подключенный к разрядным входам первого пересчетного устройства, .цифровой отсчетный узел, подключенный к выходам разрядов этого же пересчетного устройства через блок ключей и регистр памяти, причем управляющие входы формирователя кода устанавливаемых фазовых сдвигов и блока. ключей ,соединены с первым выходом второго лере счетного устройства, введены генератор высокой частоты, первый и второй управляемые делители, третий и четвертый смесители, гетеродин и калибратор постоянного напряжения, первый и второй блок формирования строб-импульсов, второй.фазосдви" гающий узел, умножитель частоты и усилители, при этом вьжод генератора. высокой частоты подключен через первый и второй управляемые делители к входу первого фаэосдвигающего узла, выход которого подключен к второму выходу калибратора и к первым входам третьего и четвертого смесителей, для выхода калибратора постоянного напряжения соединены с вторыми входами соответственно первого и четвертого смесителей гетеI родин подключен через первый блок формирования строб-импульсов к третьему входу первого смесителя и второму входу второго смесителя, а через второй блок формирования строб-импульсов к второму входу третьего смесителя и третьему входу четвертого смесителя, причем выход первого смесителя через первый усилитель подключен к первому управляе-

564 4 памяти, причем управляющие входы формирователя 13 и блока 16 ключей соединены с первым выходом второго пересчетного устройства 18, а первый и второй выходы пересчетных устройств

14 и 18 подключены соответственно к первым и вторым входам блоков 11 и 12 формирования строб-импульсов, задающий генератор 19 подключен чеI рез второй фазосдвигающий узел 20, умножитель 21 частоты к входам первого 18 и второго 14 пересчетных устройств. Кроме того, выход первого смесителя 3 через первый усилитель

22 подключен к первому управляемому делителю 2, выход второго смесителя

4 через второй усилитель 23 подключен к второму фазосдвигающему узлу 20, выход третьего смесителя 3 через третий усилитель 24 подключен к первому фазосдвигающему узлу 6, в."ход четвертого смесителя 8 через четвертый усилитель 25 подключен к второму управляемому делителю, Калибратор фазовых сдвигов работает следующим образом.

Если высокочастотный сигнал Ue суммировать с заданной низкой фиксированной частотой в момент стробирования определенной частотой i gyp генератора строб-импульсов и од овреИенно изменять фазу и амплитуду заданного напряжения низкой фиксированной частоты, то наступит такой момент, когда мгновенные значения выборок высокочастотного сигнала и заданного напряжения будут равны (фиг. 2а);.

Причем частота гетеродина f долж"

CI р на быть строго связана с частотой заданного напряжения 1 и частотой входного сигнала следующим соотношением

Калибратор фазовых сдвигов содержит генератор 1 высокой частоты, соединенный: с одним из входов первого управляемо го делителя 2, выход которого под30 ключен непосредственно к первому вйходу всего устройства, к первым .входам первого 3 и второго 4 смесителей и через. второй управляемый делитель 5, первый фазосдвигающий З5 узел 6 - к второму выходу всего устройства и к первым входам третьего 7 и четвертого 8 смесителей, калибратор 9 постоянного напряжения, два вьмода которого соединены со-. ответственно с вторыми входами первого 3 и четвертого 8 смесителей, генератор 10 частоты гетеродина подключен через первый блок 11 формирования строб-импульсов к .третье- . 4> му входу первого смесителя З,и второ- .. . му входу второго смесителя 4, а через второй блок 12 формирования строб-импульсов - к второму входу третьего смесителя 7 и к третьему 50 входу четвертого смесителя 8, формирователь 13 кода установки фазовых сдвигов, подключенный к входам разрядов первого пересчетного устройства 14, цифровой отсчетный узел 15, 55 подключенный к выходам разрядов первого пересчетного устройства 14 через блок 16 ключей и регистр l7

-и

3 SK стр

3 . 1081 мому делителю, выход .второго смесителя через второй усилитель подключен к второму фазосдвигающему узлу, выход третьего смесителя через тре тий усилитель подключен к первому фазосдвигающему узлу, выход четвертого смесителя через четвертый усилитель подключен к второму управляемому делителю, выход задающего генератора через второй фазосдви-. 10 гающий узел и умножитель соединен с входами первого и второго пересчетных устройств, первые и вторые выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам блоков формирования строб-импульсов, а. первые входы первого и второго смесите-. лей соединены с выходом первого управляемого делителя и первым выходом калибратора. 20

На, фиг. 1. представлена структурная схема калибратора фазовых сдвигов, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие сущность его работы", на фиг. 3 — блок-схема блока форми- 2 рования строб-импульсов. где 1 — частота заданного напряf жения, например 10 кГц

8 — частота входного сигнала, 1 например 1-100 МГц;

gyp — частота строб-импульсов гетеродина диапазон

08-2 МГц

Ф вЂ” количество периодов входного ВЧ сигнала, которое укладывается в периоде частоты гетеродина;

ll - 1,.2, 3...

Если выделить строб-импульс совпаЪ дающий с К импульсом умноженной час1081

564

S тоты заданного напряжения (фиг. 2 е, ж), и стробировать им ВЧ сигнал (фиг; 2 д), то, изменяя фазу ВЧ сиг, нала относительно заданного, можно. добиться совпадения этого строб-импульса с К импульсом умноженной частоты заданного напряжения и переходом через нуль ВЧ сигнала (фиг. 2 з) .

Задавая определенную фазу на низкой частоте, можно добиться установки ее на высокой частоте.

Из фиг. 2 а видна, что если заданное напряжение и напряжение ВЧ сигнала совпадает по фазе, т.е. переходы через нуль ВЧ сигнала и заданного 15 напряжения совпадают в момент стробирования, то для определения максимума ВЧ сигнала достаточно выделить строб-импульс, который будет сдвинут относительно строб-импульса, про- 20 ходящего через нуль на 1/4 часть количества строб-импульсов, т.е. на 9 /2. (Фиг. 2 в).Если затем производить стробирование в одну точку и сравнивать при этом амплитудное значение ВЧ сигнала U pq и амплитуд- ное значение заданного напряжения 0, то,изменяя амплитуду f3gq .можно добиться полной их компенсадии. В качестве амплитудного напря- 30 жения можно брать постоянное напряжение, которое можно нормировать как на входе, так и на выходе фазовращателя.

На фиг. 2 а показано, что в точке О совпадают моменты перехода через нуль заданного ВЧ сигнала и импульс стробирования. Причем импульс строба.йс р "0", проходящий в момент перехода через нуль заданного 40 и ВЧ сигналов (фиг. 2 б, г} а так же импульс строба, сдвинутый на /2, формируются один раз в периоде заданного напряжения для того, чтобы стробирование происходило в одну точку.

Калибратор фазовых сдвигов работает следующим образом.

Высокочастотный синусоидальный сигнал, снимаемый с генератора 1, поступает через делитель 2 на смесители 3 и 4. Установка требуемого значения сдвига фаз осуществляется путем записи соответствующего ему параллельного кода, вырабатываемого формирователем 13 кода в разряды пе-, ресчетного устройства 14 в момент заполнения пересчетного устройства 18.

Цифровая индикация устанавливаемого фазового сдвига выполняется при по-. мощи отсчетного узла 15 с регистром

17 памяти, на который через блок 16 ключей переписывается мгновенное значение кода, устанавливаемое на:; пересчетном устройстве 14 в момент заполнения пересчетного устройства 18.

Дискретность устанавливаемых сдвигов фаз определяется коэффициентом умножения частоты умножителя

21 сигнала, снимаемого с генератора

19. При выборе коэффициента умнбжения,равного 360, и коэффициента деления пересчетных устройств, тоже равного 360, дискретность устанавливаемых сдвигов составит 1 . Импуль- . сы начала периода заданного напряжения и сдвинутые относительно этого начала на четверть периода с пересчетного устройства поступаю на блок 11. Блок .11 формирует стробимпульс в момент начала периода заданного flan напряжения, который стробирует в смесителе 4 высокочастотный сигнал 0@,. Если при переходе через нуль ВЧ сигнала начало периода за,данного напряжения, а также момент появления строб-импульсов. не совпадают, появляется напряжение неком,пенсации, которое подается через усилитель 23 на узел 20, узел 20 из- меняет фазу заданного напряжения

0q до тех пор, пока строб-импульс, формируемый блоком 11 в момент начала.- периода заданного напряжения

0>, не совпадает с переходом через нуль ВЧ сигнала 0 9 . Тогда на выходе смесителя 4 напряжение некомпенсации будет минимальным. Одновременно строб-импульсом, сдвинутым на четверть периода относительно нулевого (строб-импульса), стробируются в смесителе 3 амплитудное значение высокочастотного синусоидального напряжения и нормированное постоянное напряжение, снимаемое с калибратора 9.

И в случае их неравенства напряжение,. усиленное усилителем 22, подается на управляемый делитель 2, который изменяет амплитуду высокочастотного напряжения до полной компенсации. Таким образом схема автоматически привязывает фазу заданного напряжения к фазе ВЧ сигнала, а также устанавливает амплитуду ВЧ сигна-: ла равной нормированному постоянному напряжению, снимаемому с калибрато1081564

10 ра 9. С пересчетного устройства

14 поступают импульсы начала периода заданного напряжения и импульсы, сдвинутые относительно, этого начала на четверть периода, причем эти 5 импульсы сдвинуты относительно импульсов, выдаваемых пересчетным устройством 18, на угол, заданный с кодбм установки фазового сдвига, и поступают на блок 12. Блок 12 формирует строб-импульс в момент начала периода заданного напряжения, который стробирует в смесителе 7 напряжение, поступающее с узла 6.

Напряжение некомпенсации усиливается усилителем 24 и поступает на узел 6, который изменяют фазу ВЧ сигнала

0 до тех пор, пока строб-импульс, проходящий в момент начала:периода заданного напряжения, не совпадает .с моментом перехода через нуль ВЧ сигнала. Одновременно строб-импуль-,. сом, сдвинутым на четверть периода относительно нулевого строб-импульса, сформированного в блоке 12 стробиру-25 ется в смесителе 8 амплитудное зна-. чение высокочастотного синусоидального напряжения и нормированное постоянное напряжение, снимаемое с калибратора 9. Напряжение неком- З0 пенсации через усилитель 25 поступает на управляемый делитель 5, изменяя коэффициент передачи его до тех пор., пока амплитудное значение . ВЧ сигнала не будет равно заданному

Ф

35 постоянному напряжению, снимаемому с калибратора 9.

На фиг. 3 представлена блок-схема блока формирования строб-импульcos в момент начала периода задан- . 40 ного напряжения, а также строб-импульса, сдвинутого относительно этого начала на четверть периода.

Блок работает следующим образом.

В пересчетных устройствах 18 45 и 14 (фиг. 1) выделяются импульсы

1 начала периода заданного напряженич и импульс, сдвинутый относительно этого начала на четверть период той же частоты. Импульсы поступают на два Ìá ;триггера 26 и 27. С приходом этих импульсов g частотой заданного напряжения триггеры устанавливаются в исходное состояние. Импульс с генератора 10 частоты гетеродина проходит через элементы И

28 и 29 и через линии 30 и 31 задержки устанавливает триггеры в исходное состояние. В формирователях

32 и 33 формируются строб-импульсы.

Блок позволяет формировать стробимпульсы, совпадающие с началом периода заданного напряжения с импульсами, сдвинутыми относительно этого начала на четверть. периода.

Таким образом, фазовые соотношения, установленные на фиксированной низкой частоте, автоматически пере-носятся на высокую частоту с большой точностью компенсационной схемой автоматического поиска переходов через нуль высокочастотных сигналов в моменты стробирования. Причем требуемый уровень перепадов высокочастотных напряжений калибратора фазовых сдвигов нормируется постоянным напряжением, снимаемым с калибра" тора постоянных напряжений в широком диапазоне. Устройство позволяет автоматически перенести эти уровни на высокую частоту. !

Погрешность установки фазы в предлагаемом изобретении может:.доатигатвдо десятых долей градуса (О 8 41 в

Э

0,a), тогда как в известноМ она может достигать 3-40, кроме-то1о, это устройство позволяет установит заданное значение перепада уровней сигнала калибратора с большой точностью 0,8-0,6Х и поддерживать его постоянным при изменении нагрузки.

1081564

l081564

1081564

Корректор М.Шароши

Заказ 1543/40

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектйая,.4

С верного дыхаЬ юересчетной: схемой

Составитель В.Шубин

Редактор С.Патрушева Техред Л.Микеш

Со Юмором довода пересчетна) схемы