Фазометр

 

Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов радиоимпульсных сигналов и является дополнительным к авт.свид. № 561148. Цель изобретения - повышение точности измерений. Фазометр содержит смесители 1, 2, фильтры 3, 4 суммарных частот смеситель 5, фильтр 6 разностной частоты, фазовый детектор 7, индика-.. тор 8, смеситель 9, фильтр 10 разностной частоты, генераторы 11, 12, амплитудный ограничитель 13, сумматор 14,фазовращатель 15, блок 16 управления фазовращателем, содержащий фазовый детектор 17, вычитатель 18, фазовый детектор 19, пороговый элемент 20, ключ 21, генератор 22, запоминающий элемент 23, ключ 24, селектор 25. Точность измерения повышается за счет компенсации погрешностей, вызванных наличием комбинационных продуктов преобразования частоты путем введения амплитудного ограничителя 13, сумматора 14, фазовращателя 15,ключа 21, селектора 25 и блока 16 управления фазовращателем. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. s к , i

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2 (19) (И) юо 4 С 01 R 25/02

acecgц®,„, Ц йд;„. тр; „ заврц, .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 561148 (21) 3818612/24-21 (22) 27. I1.84 (46) 30.04.86, Бюл.й 16 (71) Омский политехнический институт (72) С.П.Седельников, И.Д.Золотарев, С.И.Журавлев. и В.А.Киржбаум (53) 621. 317. 77 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 561148, кл. G 01 R 25/02, 1974. (54) ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов радиоимпульсных сигналов и является дополнительным к авт.свид. У 561148.

Цель изобретения — повышение точности измерений. Фазометр содержит смесители 1, 2, фильтры 3, 4 суммарньи частот, смеситель 5, фильтр 6 разностной частоты, фазовый детектор 7, индика-. тор 8, смеситель 9, фильтр 10 разностной частоты, генераторы 11 12, амплитудный ограничитель 13, сумматор

14, фазовращатель 15, блок 16 управления фазовращателем, содержащий фазовый детектор 17, вычитатель 18, фазовый детектор 19, пороговый элемент 20, ключ 21, генератор 22, sanoминающий элемент 23, ключ 24, селектор 25. Точность измерения повышается за счет компенсации погрешностей, вызванных наличием комбинационных продуктов преобразования частоты путем введения амплитудного ограничи-. теля 13, сумматора 14, фазовращателя

15, ключа 21, селектора 25 и блока

16 управления фаэовращателем. 2 э.п. ф-лы, 3 ил.

1228040

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов радиоимпульсных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем компенсации погрешности, вызванной наличием комбинационных продуктов преобразования частоты.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — струк- . турная схема селектора; на фиг.3— временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Фазометр содержит смесители 1 и 2, фильтры 3 и 4 суммарных частот, второй преобразователь 5 частоты, первый фильтр 6 разностной частоты, первый фазовый детектор 7, индикатор 8, третий смеситель 9, второй фильтр 10 разностной частоты, два генератора

11. и 12, амплитудный ограничитель

13, сумматор 14, фаэовращатель 15, блок 16 управления фазовращателем, в состав которого входят третий фазовый детектор 17, вычитатель 18, четвертый фазовый детектор 19, пороговый элемент 20, ключ 21, третий генератор 22, запоминающий элемент 23, второй ключ 24 и селектор 25. При этом первый вход фазометра через последовательно соединенные смеситель 1, фильтр 3 суммарных частот, второй преобразователь 5 частоты, первый фильтр 6 разностной частоты, амплитудный ограничитель 13, сумматор 14, третий фазовый детектор 17, вычитатель 18 и пороговый элемент 20 подключен к первому входу селектора 25.

Второй вход фазометра через последовательно включенные смеситель 2 и фильтр 4 суммарных частот соединен со вторым входом второго преобразователя 5 частоты. Выходы генератсра

11 соединены со вторыми входами смесителей 1 и 9 соответственно. Выходы генератора 12 соединены с первым входом смесителя 9 и вторым входом смесителя 2 соответственно, а выход смесителя 9 через второй фильтр 10 подключен к первым входам фазовращателя 15, первого Фазового детектора

7 и третьего фазового детектора 17.

Первый вход селектора 25 соединен с управляющим входом ключа 24, выход которого через последовательно соединенные второй вход первого фазового детектора 7 и второй вход селектора

25 соединен с входом индикатора 8.

Третий генератор 22 через последовательно соединенные первый ключ 21, запоминающий элемент 23 и фазовраща5 тель 15 подключен к .вторым входам второго ключа 24 и сумматора 14. Первый вход четвертого фазового детектора 19 соединен с выходом амплитудного ограничителя 13, второй вход— с выходом второго фильтра 10, а выход с вторым входом вычитателя 18.

Второй вход первого ключа 21 соединен с выходом порогового элемента 20.

Селектор 25 (фиг.2) содержит вре15 менной селектор. 26 и амплитудный селектор 27, вход которого соединен с выходом первого фазового детектора

7, а выходы соответственно с входами блоков 28-32 выборки и хранения, 26 управляющие входы каждого из которых подключены к соответствующим входам временного селектора 26, вход которого соединен с вторым выходом. блока

16 управления фазовращателем, выходы блоков 28-32 выборки и хранения подключены к соответствующим входам вычислителя 33, выходы которого соединены с входами индикатора 8.

Вичислитель 33 состоит из трех

30 операционных усилителей 34-36, первый 34 и второй 36 из которых имеют. инвертирующий и неинвертирующий входы и коэффициент передачи, равный двум, а третий 35 — один неинвертиM рующий и два инвертирующих входа и коэффициент передачи, равный трем.

Первый и пятый входы вычислителя 33 подключены непосредственно к входам индикатора 8, первый инвертирующий

4О вход третьего 35 и инвертирующий вход первого 34 операционных усилителей соединены с первым вхддом вычислителя 33, неинвертирующие входы этих усилителей являются соответстен45 но третьим и вторым входами, а их выходы — третьим и вторым выходами вычислителя 33. Второй инвертирующий вход третьего 35 и инвертирующий вход второго 36 усилителей связаны с выходом первого 34 операционного усилителя. Неинвертирующий вход и выход второго 36 операционного усилителя являются соответственно четвертым входом и четвертым выходом

Ы вычислителя 33. Сигналы, поступающие на инвертирующие входы первого 34 и второго 36 усилителя, ослабляются в два раза, а сигналы, поступающие на

1228040 инвертирующие входы третьего 35 операционного усилителя, — в три раза..

Смесители 1 и 2 предназначены для смешивания сигналов генераторов

11 и 12 и входных сигналов U и U .:

Фильтры 3 и 4 служат для вьделения промежуточных частот на суммарной частоте. В смесителях 5 и 9 смешиваются сигналы измерительных каналов

U> и 04 и генераторов 11 и 12 соответственно. Фильтры 6 и 10 выделяют иэ продуктов смешения разностные частоты, причем полосы их прозрачности согласованы с эффективным спектром сигналов, а центральные частоты равны разностной частоте сигналов генераторов 11 и 12: 62 =и -и . Амр г1 Г2 плитудный ограничитель 13 служит для нормировки сигналов по уровню, сумматор 14 — для суммирования выходных сигналов ограничителя 13 и фазовращателя 15; С помощью блока 16 управления фазовращателем формируются сигналы управления фазовращателем

15, а также ключом 24 и селектором

25. Фазовый детектор 7 служит для измерения фазового сдвига, вносимого фаэовращателем 15, а индикатор 8— для отображения результатов измерений. В блоке 16 управления фазовращателем фаэовые детекторы 17 и 19 служат для определения фазовых сдвигов сигналов до и после сумматора 14.

Вычитателем 18 из выходного напряжения фазового детектора 17 вычитается выходное напряжение фазового детектора 19. С помощью порогового 20 элемента вырабатываются импульсы, управляющие ключами 21 и 24 и селектором 25, в моменты равенства нулю выходного напряжения вычитателя 18.

Генератор 22 пилообразного напряжения вырабатывает сигнал для пере,стройки фазовращателя 15. Запоминающим элементом 23 фиксируется уровень напряжения при размыкании ключа 21.

В селекторе 25 временным селектором

26 осуществляется временная селекция каждых первых, вторых, третьих, четвертых и пятых импульсов с порогового элемента 20 для управления первым

28, вторым 29, третьим 30, четвертым

31 и пятым 32 блоками выборки и хранения.

Амплитудным селектором 27 выходные импульсы фазового 7 детектора селектируются по амплитуде и распределяются по пяти выходам. Вычисли тель 33 с помощью операционных усилителей 34-36 формирует напряжения, соответствующие фаэовым сдвигам каждого из входных измеряемых сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на входы устройства поступают по три последовательно включающихся радиоимпульсных сигнала (фиг.3)

10 g,(g) Е 1(г1 р» Ч1,1.

1 1 =1 О,(ц М о +cPz,)

1- !

15 где U; (t), ц (), а;, g ; — амплитуды, частоты и начальные фазы сигналов;

20 („cp„- фазовые сдвиги сигналов в каналах.

После перемножения этих сигналов в смесителях 1 и 2 с напряжениями опорных генераторов 11 и 12

1 (Ь г Г Р г l .

<1 Г! ) и 0 5(.„.„

rze фильтрами суммарных частот 3 и 4 измерительных каналов выделяются напряжения

1 ((ы " 1" ч "ч ч 1

1((Ы,, +ы;Н Ч,; Р,, Рг 1

Эти напряжения поступают на входы смесителя 5 и из продуктов перемножения фильтром 6 выделяются напряжения разностных частот ц- U (Ìе +

1((г р ) +4p 4o 0

«1 Z

41р=Г Г1 Ь Г 1Чр ГГ1 1г2 ь г Г1 г р11 р21

50 разности частот и начальных фаз генераторов 11 и 12 и разности фазовых сдвигов сигналов в каналах; р,ц, с)à — расстройки частотных составляющих сигналов

55 разности их начальных фаз и фазовых сдвигов;

U (t)У Ца (t)- амплитуДы частотньм составляющих.

% 12

Первая сумма представляет собой полезный сигнал на фиксированной частоте а, а вторая — интермодуляционные продукты преобразования частоты, возникающие при идеальном перемноже нии и попадающие из-за малости А> в полосу пропускания фильтра б. Причем амплитуды U6;() > Uä (t) вследствие частотной зависимости коэффициента передачи фильтра 6.

В смесителе 9 перемножаются сигналы генераторов 11 и 12, а фильтром

10 выделяется напряжение:

1(Яра 1Ц р1

U„=U,е

28040 б

15, Выходные сигналы фазовых детекторов 17 и 19 равны только в случае равенства фазового сдвига выходного сигнала фазовращателя 15 (U,, фиг.3) и ограниченного сигнала на первом входе сумматора 14. На выходе вычитателя 18 при этом имеется минимальное за весь период перестройки фазовращателя 15 напряжение (равное нулю). Перестройка фаэовращателя задается сигналом генератора 22 пилообразного напряжения через ключ 21 и запоминающий элемент 23. Пороговым элементом 20 вырабатывается управ15 1ляющий сигнал в момент равенства где U — фиксированная амплитуда сигнала.

После ограничения U в амплитудном ограничителе 13 спектр сигнала обогащается дополнительными составляющими. Сигнал U< можно представить как сйгнал с амплитудной и.угловой модуляцией. После амплитудного ограничения амплитуда большего сигнала (в данном случае частотной составляющей с частотой а ) становится фиксиP рованной и примерно равной

4Uorp

Ц с-— о .г- У где ц„— порог ограничения.

В сумматоре 14 происходит суммирование ограниченного сигнала с выходным сигналом управляемого фазовращателя 15:

° „1(Qph P p4 Qq>ft)) 1 6 о т где у (С) — фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 15.

При этом меняется лишь амплитуда и фаза частотной составляющей на частоте И и остаются неизменными все остальные составляющие ограниченного сигнала. Постоянное напряжение на выходе третьего 19 фазового детектора, соответствующее этой частотной составляющей (Яр) будет неизменно, так как сравнивается фазовый сдвиг ограниченного сигнала до сумматора

14 с фазовым сдвигом опорного сигнала (с выхода фильтра раэностной частоты 10). Аналогичное постоянное напряжение на выходе фазового детектора 17 изменяется в соответствии с изменением фазы суммарного сигнала на частоте са> и, следовательно, в соответствии с изменением фазового сдвига, вносимого фазовращателем

40 нулю выходного напряжения вычитателя

18, которым выключается ключ 21 и включается ключ 24. Управляющее напряжение фазовращателя 15 фиксируется в этот момент с помощью запоминающего элемента 23. Фазовым детектором 7 измеряется эа время подключения через ключ 24 к выходу фазовращателя 15 фазовый сдвиг вносимый фа» зовращателем и равный в этот момент измеряемому. Флюктуации выходных напряжений фазовых детекторов 17 и

19, обусловленные наличием в ограниченном сигнале составляющих с частотами, не равными 4, носят одинаковый характер (сумматор 14 изменяет лишь амплитуду и фазу составляющей на со ) и взаимно компенсируется в вичитателе 18. Поэтому напряжение на выходе вычитателя 18 изменяется только от изменений фазовых сдвигов сигналов на частоте и до и после сумматора

14 и не зависит от остальных составляющих ограниченного напряжения U

В момент прихода следующего измеряемого радиоимпульсного сигнала (t,, фиг,2) изменяется выходное напряжение вычитателя 18. Это обусловлено изменением фазы частотной составляющей выходного сигнала ограничителя

13 на частоте Я, поскольку фазовый сдвиг второго измеряемого сигнала, также как и превого, переносится на частоту и (U ) и они векторно складываются. Так как фазовый сдвиг, вносимый фаэовращателем 15 ф,в этот момент равен фазовому сдвигу первого сигнала, выходные напряжения фазовых детекторов 17 и 19 становятся неравными. Происходит переключение порогового элемента 20, ключ 21 открывается, ключ 24 закрывается, и процесс перестройки фазовращателя повторяет->

1228040 сигнала порогового элемента 20. Вы.ходные напряжения УВХ, соответствующие фазовым сдвигам участков наложения Я, — входных сигналов U < и U подаются на арифметический вычислитель 33, выполненный на операционных усилителях (ОУ) 34-36, преобразующих напряжения, соответствующие средне арифметическим значениям фазовых

10 сдвигов на закрытых участках, в напряжения, соответствующие фазовым сдвигам каждого из входных сигналов.

Первым ОУ 34, например, выполняется операция:

20 где Ц амплитуда напряжения на выходе фазового детектора 7; 25 моменты включений и выключений измеряемых сигналов; моменты включений и выключений измеряемых сигналов с учетом задержки, вносимойЗ0 блоком 16 управления фазовращателем; единичная функция.

О 5

< о 14

Селектор 25 осуществляет по управляющим импульсам с порогового элемен-З5 та 20 селекцию и вычисление фазовых сдвигов каждого из наложенных сигналов и представляет собой цифроаналоговый блок. Структура селектора 25 определяется техническим заданием при40 конкретной реализации и для случая поочередно включающихся радиоимпульсов (фиг.З). На схеме фиг.2 амплитудным селектором 27 импульсы постоянного тока (U7, фиг. 3) распределяются 45 в разные каналы и подаются на входы блоков выборки и хранения (УВХ) 2832, состоящих из последовательно включенных ключа и запоминающего элемента. Выходными импульсами временного селектора 26 осуществляется управление работой УВХ. Причем выборка в цервом УВХ 28 производится по первому импульсу последовательности U

7 (соответствующему первому участку,),55 во втором — по второму ((, 2) и т.д., поскольку временным селектором вырабатываются управляющие сигналы из

I ся. В результате перестройки фазовРащатель 15 устанавливается в новое положение и фазовый сдвиг его выходного сигнала (после окончания переЩ<+ ью, стройки) равен — — — — (где а<;

2 э — измеряемые фазовые сдвиги первого и второго сигналов). Таким образом, фаэовым детектором 7 вырабатываются импульсы постоянного тока (U фиг.3), амплитуды которых соответствуют фаэовым сдвигам измеряемого сигнала в соответствующие интервалы времени С, — ((фиг.З) ((,.U

x(1(t-t,)-1(1-1»11+соЬ (1(t-фа(P,+ а(р, -Фспс« It(t tt)-!Щ са<иц

U = (U- — — — ) ° 2-(— - — -- — — - ) 2 — U

U"„<,U(y,+ Ц<р U

2 2 2 P» где Цр„Ц(7„

U- U-» — напряжения соответствущие фазовым сдвигам а(р,, ач » и участкам с„, с2 (фиг.3).

Индикатором 8 индицируются фазовые сдвиги каждого из входных сигналов в градусах.

Введение амплитудного ограничителя, сумматора, фазовращателя, ключа, селектора и блока управления фазовращателем позволяет компенсировать погрешность измерений, вызванную комбинационными и нелинейными продуктами преобразования частоты. Фазовый сдвиг измеряется на фиксированной частоте и амплитуде. Указанное выполнение составляющих устройство узлов дает возможность проведения точных измерений фазовых сдвигов, скрытых наложениями сигналов (U(— Ц„, фиг.3).

Измерение фазового сдвига производится в предлагаемом фаэометре на фиксированной частоте я при постоянP ной амплитуде U

Поскольку на входы измерительного фазового детектора 7 не поступают никакие частоты, кроме (р (напряжение

Р

Ц О и U)g В отличие от напряжения Цб исключается вклад комбинационных и нелинейных продуктов преобразования частоты в результат измерений.

Формула и э обретения

1. Фазометр по авт.св. № 561148, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью повьппения точности измерений в него введены амплитудный ограничитель, сумматор, фазовращатель, первый ключ, селектор и блок управления фа1228040

Дие,г эовращателем, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход — к управляющему входу фазовращателя, включенному между вторым фильтром раэностной частоты и вторым входом сумматора, выход фазовращателя также связан через первый ключ с первым входом первого фазового детектора, выход которого через селектор подключен к индикатору, выход амплитуд- 30 ного ограничителя соединен с вторым входом блока управления фазовращателем, первым входом сумматора, а вход — с выходом первого фильтра разиостной частоты, третий вход блока 35 управления фазовращателем связан с выходом второго фильтра разностной частоты, а управляющие входы первого ключа и селектора — с вторым выходом блока управления фазовращателем. 20

2. Фазометр по п.1, о т л и ч аю щ и й,,e.";ÿ тем, что блок управления фазовращателем содержит последовательно соединенные с первым входом второй фазовый детектор, вычитатель, 25 второй вход которого связан с выхо- . дом третьего фазового детектора, пороговый элемент, второй ключ, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход — с запоминающим элементом, выход которого является первым выходом блока управления фазовращателем, причем первый вход третьего фазового детектора является вторым входом блока управления фаэовращателем, вторые входы второго и третьего фазовых детекторов,обьединены и являются третьим входом, а выход порогового элемента — вторым выходом блока управления фазовра-. щателем.

3. Фазометр по п.t, о т л и ч аю шийся тем, что селектор содержит вычислитель, пять блоков выборки и хранения, временной селектор и амплитудный селектор, вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, а выходы — соответственно с входами блоков выборки и хранения, управляющие входы каждого из которых подключены к соответствующим выходам временного селектора, вход которого соединен с вторым выходом блока управления фазовращателем, выходы блоков выборки и хранения подключены поименно к входам вычислителя, выходы которого связаны с входами индикатора.

1228040 абие. 3

Составитель В.Шубин

Редактор Л.Пчелинская Техред Г.Гербер Корректор Е.Сирохман

Заказ 2284/46 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,