Фазометр с частотным выходом

 

ФАЗОМЕТР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ по авт.св. № 993147, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, дополнительно установлены второй гетеродин и четьфе однополосных модулятора, причем первые входы девятого и одиннадцатого однополосных модуляторов соединены вместе и подключены к первому выходу второго гетеродина, первый вход десятого и второй вход одиннадцатого однополосных модуляторов соединены вместе и подключены к второму выходу второго гетеродина, первый и второй входы двенадцатого однополосного модулятора подключены к выходам девятого и десятого однополосных модуляторов, вторые входы девятого и десятого однополосных модуляторов подключены соответственно к выходам перестраиваемого генератора и линии задержки, а выходы одиннадцатого и двенадцатого однополос (Л ных модуляторов подключены к вторым входам соответственно восьмого и С седьмого однополосных модуляторов.

((9) (11) СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПжЛИН (Sl)4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 993147 (22) 3743201/24-21 (22) 23.05.84 (46) 23.10.85. Бюл. Н 39 (72) В.Я.Баржин, Е.С.Колесник и А.В.Лымарь (71) Харьковский ордена Ленина авиационньй институт им.Н.E,Æóêoâñêîão

° (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 993147, кл. G 01 R 25/00, 1983. (54) (57) ФАЗОМЕТР С ЧАСТОТНЫМ Bb!ХОДОМ по авт.св. В 993147, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, дополнительно установлены второй гетеродин и четыре однополосных модулятора, причем первые входы девятого и одиннадцатого однополосных модуляторов соединены вместе и подключены к перному выходу второго гетеродина, первый вход десятого и второй вход одиннадцатого однополосных модуляторов соединены вместе и подключены к второму выходу второго гетеродина, первый и второй входы двенадцатого однополосного модулятора подключены к выходам девятого и десятого однополосных модуляторов, вторые входы девятого и десятого однополосных модуляторов подключены соответственно к выходам перестраиваемого генератора и линии задержки, а выходы один- @ надцатого и двенадцатого однополосных модуляторов подключены к вторым входам соответственно восьмого и седьмого однополосных модуляторов.

I 1187

Изобретение относится к измерительной технике, связанной с измерением фазового сдвига между двумя электрическими колебаниями, и может быть использовано в процессе разработки фазометрических устройств, предназначЕнных для различных радиотехнических систем, и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт.св. 11 993147. 10

Целью изобретения является повы- . шение точности измерений разности фаэ двух колебаний за счет уменьшения зависимости результатов измерений от колебаний параметров элемен- 15 тов внутренней структуры фазометра.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит согласующие 20 блоки 1 и 2, первый 3 и второй 4 однополосные модуляторы, гетеродии 5, третий 6 и четвертый 7 однополосные модуляторы, управляемые линии 8 и 9 задержки, блок 10 управ- 25 ! ления, пятый 11 и шестой.12 однополосные модуляторы, подавитель 13 амплитудной модуляции, седьмой однополосный модулятор 14, резонансный усилитель 15, восьмой однополос- З0 ньй модулятор 16, перестраиваемый генератор 17, линию 18 задержки, девятый 19 и десятый 20 однополосные модуляторы, второй гетеродин 21, двенадцатый 22 и одиннадцатый 23

35 однополосные модуляторы, опорный генератор 24, амплитудный детектор 25, ключ 26, фазовый детектор 27, блок 28 управления, генератор 29 линейно-изменяющегося напряжения и частотомер 30.

При этом первый вход фаэометра через последовательно включенные согласующий блок 1, однополосный модулятор 3 соединен с первым вхо- 45 дом однополосного модулятора 6,. по второму входу которого аналогично через согласующий блок 2 и однополосный модулятор 4 подсоединен второй вход фазометра. Выход однополос- 50 ного модулятора 6 через последоваO тельно включенные линию 8 задержки, однополосный модулятор 12, подавитель 13 амплитудной модуляции, однополосный модулятор 14, усилитель 15 55

:и однополосный модулятор 16 соединен с первым входом однополосного модулятора 11, выход которого соединен

098 2 с вторым входом однополосного модулятора 12. Первый выход гетеродина 5 соединен с вторыми входами однополосных модуляторов 4 и 7, а второй выход гетеродина 5 соединен с вторым входом однополосного модулятора 3 и первым входом однополосного модулятора 7, выход которого через управляемую линию 9 задержки соединен с вторым входом однополосного модулятора 11, при.этом выход блока 10 управления соединен с вторыми входами управляемых линий 8 и 9 задержки. Первый выход второго гетеродина 21 соединен с первыми входами однополосных модуляторов 20 и

23, а второй выход гетеродина 21 соединен с вторыми входами однополосных модуляторов 19 и 23. Выход модулятора 23 соединен с вторым входом однополосного модулятора 16, а выходы такнж же модуляторов 19 и 20 -соединены с входами однополосного модулятора 22, выход которого соединен с вторым входом аналогичного модулятора 14 ° Выходы генератора 17 соединены с вторыми входами однополосных модуляторов 19 непосредственно и 20 через линию 18 задержки, а также с входом частотомера 30. Выход резонансного усилителя 15 подключен через фазовый детектор 27 к первому входу ключа 26 и через амплитудный детектор 25 к второму входу того же ключа 26, .второй вход ключа 26 соединен через генератор 29 с третьим своим входом, выход ключа 26 через блок 28 управления соединен с входом генератора 17, а второй вход фазового детектора 27 соединен с выходом опорного генератора 24.

Устройство работает следующим образом.

На входы согласующих блоков 1 и 2 подают опорный и информационный сигнал с текущими фазами Я1 + Ч, и

Qt > g соответственно, которые затем поступают на первые входы однополосных модуляторов 3 и 4. На второй вход однополосного модулятора 3 с выхода гетерЬдина 5 поступает колебание с текущей фазой(й i . На

21 выходе однополосного модулятора 3 выделяется колебание с текущей фазой (Я вЂ” Ю) + Я, — cf и поступает на первый вход однополосного модулятора 6. С второго выхода гетевыходе однополосного модулятора .16.

В процессе такого преобразования частоты в однополосных модуляторах 11 и 12 измеряемый фазовый сдвиг

Ь(= (, — Ц и разность фазовых сдвигов в линиях 8 и 9 задержки пере-. носятся на колебание, выделяемое на выходе однополосного модулятора 12 °

Сигнал, проходящий с выхода однополосного модулятора 16 на выход однополосного модулятора 12, претерпевает паразитный фазовый сдвиг (Q> +

+ 52 ) (>ll< (или (Яа Q, ) зп„) ь где с .щ- время запаздывания сигнала в выходных цепях однополосного модулятора 11. Следовательно, текущая фаза колебаний на выходе однополосHol o модулятора 1 2 равна a 4 + Ь Cg +(Q + i) "am+ <(ь2 ""ь1)+Ю где Ч - начальная фаза автоколебаний. Колебания в цепях между входом однополосного модулятора 14 и выходом однополосного модулятора 12, а также в цепях между выходом однополосного модулятора 16 и входом однополосного модулятора 11 претерпевают фазовый сдвиг, л л равный Яа з, где c — время запаздывания сигнала в перечисленных выше цепях. В процессе прохождения блоков модулятора 14, усилителя I5, модулятора 16, сигнал претерпевает фазовый сдвиг, состоящий из сдвига в резонансном усилителе(ц -(а) ь t;, чс где Я > — частота настройки усилйтеля, л — время запаздывания сигнала в усилителе, и из сдвига, вносимого из-за возвратного преобразования частоты в однополосных модуляторах 14 и 16 с стороны вторых входов этих модуляторов, получаемого в результате многократного преобразования в блоках ликии 18 задержки, модуляторах,19 и 20, колебания с выхода перестраиваемого генератора 17, имеющего текущую фазу Q 4 cp . Первоначально, это колебание поступает на вход линии 18 задержки, в которой получает дополнительный фазовый набег Я4с!ъ, где ""13 — время запаздывания сигнала в линии 18 задержки.

Далее колебания с выхода перестаиваемого генератора 17 и с выхода линии 18 задержки поступают на первые входы однополосных модуляторов 19 и 20. На второй вход однополосного модулятора 19 с первого выхода гетеродина 21 поступает колебание с текущей фазой v<4 + (gy . На выходе

40 з 1187098 4 родина 5 колебание с текущей фазой (Q2 +9 ) < + (22 пОступает на второй вход однополосного модулятора 4, на выходе которого вьщеляется колебание с текущей фазой(у,tp -(д) q, -(.

Это колебание поступает на второй. вход однополосного модулятора 6, на выходе которого вьщеляется колебание с текущей фазой Q,ti(® -(2,) (({, q,).

Одновременно с этим колебания с вы- 1О хода гетеродина с текущими фазами (04 12 j tf22 и (д, Ф 92 пОступают на входы однополосного модулятора 7, на выходе которого при этом вьщеляется колебание с текущей фазой й, О+ 15

+ (q„-q„).

Колебание с выхода однополосного модулятора 6 проходит через управляемую линию 8 задержки, при этом текущая фаза .колебания на выходе одно- 20 полосного модулятора 12 равна 0,Ь +

+ (q„- (I») ((1, — (I, ) +,„, где з, — время задержки сигнала в линии 8 задержки. Колебание с выхода однополосного модулятора 7 за- 25 держивается управляемой линией 9

Л задержки на время задержки с 2 и поступает на вход однополосного модулятора 11 с текущей фазой g t +

+ (Ч,.21) + 1 "эг . При достаточ 30 но большом коэффициенте усиления усилителя 15 в кольцевом соединении, образованном последовательно включенными однополосным модулятором 11, Однополосным модулятором 12, подави-.35 телем 13 амплитудной модуляции, однополосным модулятором 14, резонансным усилителем 15 и однополосным модулятором 16, возникают автоколебания, так как при выполнении условий баланса фаз и амплитуд данное кольцевое соединение превращается в автоколебательную систему. Сигнал .с выхода однополосного модулятора 16 поступает на вход однополосного мо- . дулятора 11. с текущей фазойы С+(у, где Qä — частота колебаний на выходе однополосного модулятора 16,(— начальная фаза. На выходе однополосного модулятора 11 вьщеляется колебание с суммарной частотой я =ц + й< и поступает на вход однополосного модулятора 12, на выходе которого вьщеляется колебание с разностной

ЧаСТОТОЙ Ые — Q1 = (d а .

Таким образом, на выходе однопо-. лосного модулятора 12 вьщеляется колебание той же частоты, что и на

1187098

40

50

55 однополосного модулятора 19 вьщеляется колебание с текущей фазой (У1 — Я ) 4 +(f4 « 5 и поступает на первый вход однополосного модуля-. тора 22. Со второго выхода гетеродина 21 колебание с текущей фазой (И4 + 9 ) 4 + Ч поступает на второй вход однополосного модулятора 20, на выходе которого выделяется коле- 10 бание с текущей фазой(«!4 Д - узы 1 « !,-.Q -ь!!5 . Это колебание поступает на второй вход однополосного модулятора 22, на выходе которого выделяется колебание с текущей. фазой Я + 15

+(942 Ч4!1 Уэ !дэ ° Одновременно колебания с выходов гетеродина 21 с текущими фазами(« 4 5 2) I 942 H Q< t

+ Я41 поступают на входы однополосного модулятора 23, на выходе которого 20 при этом выделяется колебание с те-:. кущей фазой 5 2 Ф(Ч42 941) колебания с выходов однополосных модуляторов 19, 20 и 23 поступают на вторые входы однополосных модуля- 25 торов 16 и 14, вызывая дополнительный фазовый сдвиг колебания в кольце самовозбуждения. Общий фазовый сдвиг, полученный сигналом в процессе однократного прохождения кольцевого соедине- 30 ния, состоящего из модуляторов 11 и 12, подавителя 13, модулятора 14, усилителя 15 модулятора 16 составляет

Ч ((М ! Ъ!!! . (Э 31 +II +

Ф « ЗС @1"цс « ъ "Аъ V

В этом случае, если«1!=2«n где

И = О, 1, 2, ..., то выполняется условие баланса фаз, и в кольцевом соединении существуют автоколебания при достаточно большом значении коэффициента усиления усилителя 15.

На этапе конструктивной разработки устройства частота настройки резонансного усилителя 15, а также частоты g, II g гетеродина 5 и генератора 17 выбираются равными частоте Qö опорного генератора. При возникновении автоколебаний в замкнутом кольцевом соединении частота колебаний «I7 на выходе усилителя 15 может несколько, отличаться от резонансной частоты «!) . В этом случае колебание с выхода резонансного усилитепя поступает на вход амплитудного детектора 25, на выходе которого формируется постоянное напряжение, под воздействием которого электронный ключ 26 устанавливается в режим пропускания управляющего напряжения с выхода фазового детектора 27 на управляющий вход блока 28 управления.

Одновременно на выходе фазового де-! тектора 27 формируется управляющее напряжение вследствие несовпадения ! частот колебаний на выходах pesoнансного усилителя 15 и опорного генератора 24. Под воздействием этого управляющего напряжения блок 28 управления перестраивает частоту генератора 17 таким образом, что выполняется условие «!) = Яо

На начальном этапе автоколебания в замкнутом кольцевом соединении могут не возбуждаться из-за того, что условие фаз выполняется на частоте, не попадающей в пределы полосы пропускания резонансного усилителя 15. Тогда с выхода резонансного усилителя 15 не поступает колебание на вход амплитудного детектора 25 и íà его выходе не будет постоянного управляющего напряжения.

Электронный ключ 26 установится в режим пропускания сигнала с выхода генератора 29 линейно изменяющегося напряжения, который начинает вырабатывать линейно изменяющееся напряжение, под воздействием которого блок 28 управления изменяет частоты кОлебаний подстраиваемого генератора 17 от минимального значения Я в сторону увеличения.

При этом изменяются вносимый сдвиг фазQ>,! в кольцевое соединение и условие фаз ° В конце концов условие фаз выполняется на некоторой частоте С!!, попадающей в пределы полосы пропускания. резонансного усилителя 15 и в гольцевом соединении ° возникают автоколебания, на выходе амплитудного детектора 26 появляется колебание с определенной амплитудой, а на его выходе сформируется управляющее постоянное напряжение, под воздействием которого электронный ключ 26 перейдет в режим пропускания управляющего сигнала с выхода фазового детектора 27 ° Под воздействием данного управляющего напряже. ния блок 28 перестраивает частоту генератора 17 до совпадения частоты колебаний на выходе резонансного

1187098 2u - hip

Я л °

"лъ (3) с усилителя 15 с частотой опорного генератора 24. На этом перестройка, частоты генератора 17 прекращается, и по значению частоты генератора 17, измеряемой частотомером 30, можно . судить о величине измеряемого фазового угла (. В процессе-конструктивной разработки предложенного устройства шкала частотомера 30 может 10 быть проградуирована в значениях фазового угле. Перед выполнением измерений с помощью данного фазометра производят корректировку фазовых набегов в кольцевом соединении. Для 15 этого на входы согласующих блоков 1 ! и 2 подают два синфазных колебания.

В этом случае в результате преобразований с сигналами, которые описаны выше, устанавливается частота колебаний перестраиваемого генератора 17, значение которой отличается от ее номинального (соответствующего нулевому фазовому сдвигу на входах фазометра) из-за расстройки резонанс- 5 ного усилителя 15 относительно частоты я, опорного генератора 24, а также из-за паразитного фазового сдвига в цепи между блоками замкнутого кольцевого соединения. Изменяя с помощью блока 10 управления величил л ны времени задержки с и oyz в линиях 8 и 9 задержки перестраивают частоту перестраиваемого генератора 17 для ее номинального значения соот35 ветствующего нулевому фазовому сдвигу между входными опорным и информационным сигналами. При этом, благодаря установке линий 8 и 9 задержки в замкнутое состояние, состоящее из модуляторов 11 и 12, подавителя 13, модулятора 14, усилителя 15 и модулятора 16, вносится фазовый сдвиг

91 (l 2 C, 1) ф KOTOpblH компенсирует паразитные фазовые сдвиги. В процессе 45 конструктивной разработки параметры линий 8 и 9 задержки можно выбрать такими, что при номинальном значении частоты колебаний перестраиваемого генератора 17 и при нулевом фазовом

50 сдвиге на входе фазометра выполняется условие

"ъп ." " g "м! о з или

1« -1 д бл л l

1i ъГи + (>+ Р ) с )! * - < = 2 п ч )

\ где tn= О, 1, 2

Первое и третье слагаемые этого выражения представляют собой паразитные фазовые набеги и существенно зависят от величин и оэср, которые в общем случае являются функциями частоты автоколебанийЯ п,- „, (д +д, ) и с .. (у+ Характер этих,зависимостей определяется параметрами фильтрующих звеньев, а также входных цепей блоков в замкнутом кольцевом соединении и в общем случае носит нелинейный характер. Благодаря установке второго гетеродина 21 и четырех однополосных модуляторов 19, 20, 22 и 23 частота колебаний g на вторых входах однополосz ных модуляторов 16 и 14 остается постоянной при любых изменениях частоты перестраиваемого генератора 17, а следовательно, остаются неизменными фазовые набеги{ба +ЯДь эн ии в кольце самовозбуждения, Изменение частоты колебаний, генератора практи1чески не влияет при этом на точность измерений фазового сдвига.

После корректировки фазовых набегов производят измерения с помощью данного фазометра. В процессе измерений на опорный и информационный входы подают колебания, фазовый сдвиг h(g между которыми нужно определить. При этом, в процессе преобразования с сигналами, описанными выше, установится частота колебаний подстраиваемого генератора 17, равная

При изменении величины измеряемого фазового сдвига изменяется частота автоколебаний в замкнутом, кольцевом соединении, а следовательно, изменяется частота колебаний на выходе резонансного усилителя 15. Это приводит к появлению управляющего напряжения на выходе фазового детектора 27, под воздействием которого блок 28 управления перестраивает частоту колебаний генератора 17 таким образом, чтобы изменение вносимого через линию 18 задержки фазового сдвига. скомпенсировало изменение измеряемого фазового сдвига. По из10

1187098

Составитель В.Шубин

Техред А.Бабинец Корректор А.Тяско

Редактор Г.Волкова

Заказ 6545/51 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 менению частоты колебания подстраиваемого генератора 17, регистрируемому частотомером 30, судят о величине изменения измеряемого фазового сдвига.

Изменение частоты входных опорного и информационного колебаний не сказывается на показаниях частотомера 30, так как при этом частота колебаний на выходах однополосных модуляторов 6 и 7 остается неизменной. Изменение частоты перестраиваемого генератора 17 также не сказы вается на показаниях частотомера 30, так как при этом частота колебаний на выходах однополосных модулято10 ров 22 и 23 остается неизменной.