Устройство для измерения разности фаз двух когерентных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ ДВУХ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАШВ , содержащее последовательно соединенные первый и второй фазовые манипуляторы, детектор, полосовой фильтр, синхронньй детектор, фильтр нижних частот и осциллограф, а также генератор прямоугольных импульсов и первый делитель частоты, генератор СВЧ и исследуемый четырехполюсник , выход первого делителя частоты соединен с модулирующим входом второго фазового манипулятора, а вход с модулирующие входом первого фазового манипулятора и гетеродинным вхо--. дом синхронного детектора, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности измерений разности фаз и затухания, вносимых исследуемым четырехполюсником на СВЧ, в него введены первый и второй амплитудные манипуляторы, первая, вторая, третья и четвертая линия задержки, а также второй делитель частоты, причем вход первого амплитудного манипулятора соединен с выходом генератора. СВЧ, выход через первую линию задержки соединен с исследуемым четырехпохпосником, а через третью линию задержки - с входом детектора, вход второй линии задержки соединен с исследуемым четырехполюсником , а выход - с входом первого фазового манипулятора, вход второ (Л го амплитудного манипулятора соедис нен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выход - с входом первого делителя частоты, выход генератора прямоугольных импульсов сое . динен также с входом второго делителя частоты, выход которого соедио нен с модулирующим входом первого амплитудного манипулятора и через четвертую линию задержки - с входом О) синхронизации осциллографа и модулик рующим входом второго амплитудного со манипулятора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1164623 А

4(51) G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3681990/24-21 (22) 02. 01. 84 (46) 30. 06. 85. Бюл. М 24 (72) А.N. Близнец (71) Гомельский политехнический ин ститут (53) 621. 317. 77 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 471551, кл. С 01 R 25/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 1002980, кл. С 01 R 25/00, 1983. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РАЗНОСТИ ФАЗ ДВУХ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее последовательно сое-. диненные первый и второй фазовые манипуляторы, детектор, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот и осциллограф, а также генератор прямоугольных импульсов и первый делитель частоты, генератор СВЧ и исследуемый четырехполюсник, выход первого делителя частоты соединен с модулирующим входом второго фазового манипулятора, а вход— с модулирующим входом первого фазового манипулятора и гетеродинным входом синхронного детектора, о т л ичающее с я тем, что, с целью повышения точности измерений разности фаз и затухания, вносимых исследуемым четырехполюсником на СВЧ, в него введены первый и второй амплитудные манипуляторы, первая, вторая, третья и четвертая линия задержки, а также второй делитель частоты, причем вход первого амплитудного манипулятора соединен с выходом генератора, СВЧ, выход через первую линию зацержки соединен с исследуемым четырехполюсником, а через третью линию задержки — с входом детектора, вход второй линии задержки соединен с исследуемым четырехполюсником, а выход — с входом первого фазового манипулятора, вход второго амплитудного манипулятора соединен с выходом генератора прямоуголь" ных импульсов, выход — с входом первого делителя частоты, выход генератора прямоугольных импульсов соединен также с входом второго делителя частоты, выход которого соединен с модулирующим входом первого амплитудного манипулятора и через четвертую линию задержки — с входом синхронизации осциллографа и модулирующим входом второго амплитудного манипулятора.

1 1164

Изобретение относится к измери-! тельной технике и может быть исполь- . зовано для измерения в одном канале разности фаз и затухания исследуемого сигнала. 5

Известно устройство, реализующее способ измерения разности фаз двух когерентных сигналов, содержащее частотно-избирательную цепь, подключенную к последовательно соединенным 10 детектору, фильтру и осциллографу P1).

Данное устройство обладает низкой, точностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 15 устройство для измерения разности фаэ двух ко гере н тных сигналов, со стоящее из последовательно соединенных генератора СВЧ, исследуемого четырехполюсника, первого и второго 20 фазовых манипуляторов, детектора, полосового фильтра, синхронного детектора, фильтра нижних частот и осциллографа, а также генератора прямоугольных импульсов и делителя 25 частоты, причем выход генератора СВЧ соединен также с детектором, выход генератора прямоугольного импульсов соединен с модулирующим входом первого фазового манипулятора, делителем частоты и гетеродинным входом синхронного детектора, выход делителя частоты соединен с модулиру. ющим входом второго фазового манипулятора (23.

В известном устройстве первый фазовый манипулятор и генератор СВЧ не могут быть идеальными с точки зрения согласования с СВЧ-кабелями в диапазоне частот. Это приводит

40 к существованию отраженных волн от первого фазового манипулятора и генератора СВЧ и, соответственно, к погрешностям рассогласования, которые растут при увеличении частоты и

45 достигают десяти и более процентов, Цель изобретения — увеличение точности измерения разности фаз и затухания, вносимых исследуемым четырехнолюсником на СВЧ, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения разности фаз двух когерентных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый и второй.-фазовые манипу- 55 ляторы, детектор, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот и осциллограф, а также генера623 2 тор прямоугольных .импульсов, первый делитель частоты, генератор СВЧ и исследуемый че тырехполюсник, выход первого делителя частоты соединен с модулирующим входом второго фазового манипулятора, а вход — с модулирующим входом первого фазового манипулятора и гетеродинным входом синхронного детектора, введены первый и второй амплитудные манипуляторы, первая, вторая, третья и четвертая линии задержки и второй делитель частоты, причем вход первого амплитудного манипулятора соединен с выходом генератора СВЧ, выход через первую линию задержки соединен с исследуемым четырехполюсником, а через третью линию задержки — с входом детектора, вход второй линии задержки соединен с исследуемым четырехполюсником, а выход — с входом первого фазового манипулятора,- вход второго амплитудного манипулятора соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а выход — с входом первого делителя частоты, выход генератора прямоугольных импульсов соединен также с входом второго делителя частоты, выход которого соединен с модулирующим входом первого амплитудного манипулятора и через четвертую линию задержки с входом синхронизации осциллографа и модулирующим входом Второго амплитудного манипулятора.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1

СВЧ, первый амплитудный манипулятор 2, первую линию 3 задержки, исследуемый четырехполюсник 4, вторую линию 5 задержки, первый 6 и второй 7 фазовые манипуляторы, детектор 8, полосовой фильтр 9, синхронный детектор 10, фильтр 11 нижних частот, осциллограф 12, третью линию 13 задержки, генератор 14 прямоугольных импульсов, второй амплитудный манипулятор 15, первый делитель 16 частоты, четвертую линию 17 задержки и второй делитель 18 частоты, причем выход первого делителя 16 частоты соединен с.модулирующим входом второго фазового манипулятора 7, а вход — с модулиРующим входом первого фазового манипу. лятора 6 и гетеродинным входом синхронного детектора 10. Первый и второй фазовые манипуляторы 6 и 7, де1164623

3 тектор 8, полосовой фильтр 9, сий-. хронный детектор 10, фильтр 11 ниж. них частот и осциллограф 12 соединены последовательно. Вход первого амплитудного манипулятора 2 соединен с выходом генератора 1 СВЧ, выход через первую линию 3 задержки соединен с исследуемым четырехполюсником 4, выход которого через вторую линию 5 . задержки соединен с входом первого фазового манипулятора 6. Вход второго амплитудного манипулятора 15 сое динен с выходом генератора 14 прямоугольных импульсов, а выход-- с входом.первого делителя 16 частоты. 15

Выход генератора 14 прямоугольных импульсов соединен с входом второго делителя 18 частоты, выход которого соединен с модулирующим входом первого амплитудного манипулятора 2 и через четвертую линию 17 задержки с входом синхронизации осциллографа 12 и модулирующим входом второго амплитудного манипулятора 15. Выход амплитудного манипулятора 2 соединен 25 через линию 13 задержки с входом детектора 8.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от амплитудного манипуля- 30 тора 2 поступает на исследуемый четырехполюсник 4 в виде радиоимпульсов. Через некоторое время, необходимое для протекания переходных процессов в четырехполюснике 4, форму сиг 35 нала в радиоимпульсе можно считать синусоидальной в некотором интервале времени С -t, меньшим длительности

2. 1Ф радио нмпульca.

Поскольку при измерении сигнал 40 проходит через первую линию 3 задержки, исследуемый четырехполюсник 4 и вторую линию 5,задержки, то волна, отраженная от амплитудного манипуля/ тора 2, и волна, отраженная от перво- Б го фазового манипулятора 6, задерживаются линиями 3 и 5 задержки соответственно, Волна, отраженная от детектора 8, задерживается линией 13 задержки. Таким образом, надетекторе 8 50 некоторое время имеются манипулированное и опорное напряжения падающих .волн, поскольку волны, переотраженные от второго и первого фазовых манипуляторов 6 и 7, складываются с опорной 55 волной и являются для данной частоты постоянными, несколько изменяющими падающую волну.

Поскольку в устройстве индикация результатов измерений производится только во время наличия на детекторе 8 напряжений только падающих волн, то независимо от рассогласования фа-. зового манипулятора 6 с линией 5 задержки, детектора 8 с линией 13 задержки и амплитудного манипулятора 2 с линиями 3 и 13 задержки полностью применим расчет для случая идеально согласованных узлов известного устройства.

Сигнал на выходе исследуемого четырехполюсника 4

AoKxcos(at+ х) где А — амплитуда СВЧ-генератора 1 на входе четырехполюсника 4;

К „— коэффициент, характеризующий затухание четырехполюсника 4;

Ч„ — фазовый сдвиг, вносимый четырехполюсником 4.

Для измерения фазового сдвига когерентных сигналов U è 7 сигна— лы Ч„ и 7 одновременно манипулируются по амплитуде и пропускаются через две одинаковые линии задержки с временем задержки;, большим или равным удвоенной длительности радиоимпульсов.

Затем радиоимпульсы, полученные из сигнала U„ пропускают через первый фазовый манипулятор 6, который в момент прохождения радиоимпульса принимает дискретные фазовые состояния

0 и 180 как минимум по два раза.

Затем этот сигнал пропускают через второй фазовый манипулятор 7, который при прохождении радиоимпульса прини" мает дискретные фазовые состояния 0 о и 90 как минимум по одному разу на каждые два дискрета первого фазового магипулятора 6. Затем после сложения с опорным радиоимпульсом сигнала Ч суммарный сигнал детектируется детектором 8. Амплитудный манипулятор 15 обеспечивает выключение управления фазовыми манипуляторами 6 и 7 на время, необходимое для затухания отраженных волн. На СВЧ радиоимпульс может содержать более тысячи колебаний, после прохождения первых двухсот колебаний форму сигнала можно с точностью, превышающей погрешности прибора, считать синусоидальной.

Сигнал на выходе первого фазового манипулятора 6 можно записать для рассматриваемого промежутка времени

1164623. б

К„А Сов ((cot + Ч „) при дискрете О и

К „A <Р s (w t. + V„) при дискрете 180 .

Сигналы на выходе второго фазового манипулятора 7 с учетом того, что на него не поступает сигнал:

Ao Cos u)ot+K хАоСов (u)о + х) при дискретах О; О, А Co s not K xA olios ((dot+ px) о при дискретах 180; О, А Совы t+KxAoSin(vot+9x) при дискретах О; 90, AoCos ыоЕ-КхАо8 п(ыо + х) при диск ре тах 1 80; 90 .

Амплитуда сигнала на выходе детектора 8.

А о +Ао К х +2Ао КхСов õ при дискретах О, О, А о +А о К х -2А о Кх Co s V< при дискретах 180; О, при дискретах О; 90, „ +A K -2A K Sin Y> о о х о х при дискретах 180; 90.

Сигнал на выходе детектора 8 после полосового фильтра 9, который не пропускает постоянную составляющую и частоту No, для случая, когда коэффициент деления делителя 16 частоты равен 2:

2А, К Gos Чх для дискрета О; О, -2Ао хCos Põ для дискрета 180; О, 2А К„Sin 9 для дискрета О; 90, -2Ао К Sin Mх для дискрета 180; 90.

Если коэффициент деления делителя, 16 частоты больше, чем 2 (например 8 или 16), то значения косинусов повторяются большее число раз и значения синусов провторяются большее число раз.

На выходе синхронного детектора 10 имеются импульсы, соотве тствующие

10 одному из дискретов первого фазового манипулятора 6: либо для О, либо для 180 в зависимости от того, срабатывает ли первый фазовый манипулятор 6 по наличию управляющего напряжения или по его отсутствию; при срабатывании по наличию .сигнал на выходе синхронного детектора 10

= A. КхС W для дискрета О, Ъ=2А 2KxSin Vх для дискрета 90.

Из полученного конечного выражения видно, что фаза может быть измерена как

Ь, а +Ъ

arctg - K = — —— а Х . 4А о

Во время паузы затухают отраженные волны и устройство готово работать при следующем радиоимпульсе.

Таким образом, введением линий задержек и работой в импульсном режиме, поскольку индикция результатов измерений производится во время,,.в которое отраженные волны находятся в пути, достигается увеличение точности измерений, так как исключены погрешности рассогласования при измерении разности фаз и затухания, 40 -вносимые исследуемым объектом в расширенном амплитудном динамическом диапазоне.

1164623

Составитель Н.Агеева

Редактор Л.Пчелинская ТехредС.Йовжий Корректор Е.Рошко

Заказ 4181/41 Тирам 748 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.Проектная, 4