Способ измерения разности фаз двух когерентных сигналов

 

Изобретение может быть использовано при создании фотометров когерентных сигналов с расширенным динамическим диапазоном измерения амплитуд и разности фаз измеряемого сигнала. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых углов, повьш1ение точности измерения в полосе частот. Устройство, реализующее способ содержит фазовый модулятор, генератор 2 пилообразного напряжения, , развязывающий блок 3, сумматор 4, амплитудный Детектор 5, фазостабильный усилитель 6, фазовращатель 7 на 1Г/2, установочньй фазовращатель 9, . ограничитель 9, полосовой фильтр 10, нуль-орган 11 и индикатор 12 разности фаз. Модулированный по фазе измеряемый сигнал складьшают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающего сигнала переменную составляющую. При зтом измеряемый сигнал подвергают линейной фазовой модуляции с индексом модуляции 2 fn. Сдвигают начальную фазу переменной составляющей огибающего суммарного сигнала на IT/2 и выделяют переменную составляющую, частота которой в п раз ниже частоты огибающей суммарного сигнала. По расположению моментов перехода через нуль переменной составляющей относительно фронта фазомодулирующего напряжения определяют разность фаз когерентных сигналов. 3 ил. с 9 ел го ел ел ел фие.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН д11 4 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ВГ» " :: О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ii) И

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ратор 2 пилообразного напряжения, раэвязывающий блок 3, сумматор 4, амплитудный детектор 5, фазостабильный усилитель 6, фазовращатель 7 на

7/2, установочный фазовращатель 9, ограничитель 9, полосовой фильтр 10, нуль-орган 11 и индикатор 12 разности фаз. Модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающего сигнала переменную составляющую. При этом измеряемый сигнал подвергают линейной фаэовой модуляции с индексом модуляции 2 п. Сдвигают начальную фазу переменной составляющей огибающего суммарного сигнала на и /2 и выделяют переменную составляющую, частота которой в и раэ ниже частоты огибающей суммарного сигнала. По расположению моментов перехода через нуль переменной составляющей относительно фронта фаэомодулирующего напряжения определяют разность фаз когерентных сигналов. 3 ил. (21) 3843519/24-21 (22) 11. 01. 85 (46) 15. 09. 86. Бюл. ¹ 34 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Н.Н. Калинчук, М. Г. Романюк и А.Ф.Чаплин (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1002980, кл..G 01 R 25/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР .№ 1004911, кл. С 01 R 25/00, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ

ДВУХ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано при создании фотометров когерентных сигналов с расширенным динамическим диапазоном измерения амплитуд и разности фаз измеряемого сигнала. Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых углов, повьппение точности измерения в полосе частот. Устройство, реализующее способ содержит фазовый модулятор, гене„„SU,„, 1257557 А 1

1257557

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании фазометров когерентных сигналов с .расширенным динамическим диапазоном изменения 5 амплитуд и разности фаэ измеряемого сигнала, а также при создании измерителей группового времени запаздывания.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых углов, повьппение точности измерения в полосе частот.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ на фиг. 2 — временные диа- 15 граммы работы устройства по предлагаемому способу для случая, когда. сдвиг фаз между входными сигналами равен 90 и n=1, на фиг.3 — временные диаграммы, когда сдвиг фаз также равен 90, но п = 2. о

Устройство содержит фазовый манипулятор (например, ЛЕВ) 1, генератор 2 пилообразного напряжения (ГПН), развязывающий блок 3, сумматор 4, ам- 2 плитудный детектор 5, фазостабильный усилитель 6, фазовращатель 7 на и /2, установочный фаэовращатель 8, ограничитель 9, полосовой фильтр 10, нуль-орган 11, индикатор 12 разности ЗО фаэ.

Измеряемый сигнал поступает на фазовый модулятор 1, второй вход которого соединен с генератором 2 пилооб. разного напряжения, а выход соединен с входом сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом развязывающего блока 3, на вход которого поступает опорный сигнал.

Выход сумматора 4 через последо- 4р вательно соединенные амплитудный детектор 5, фазостабильный усилитель

6, фазовращатель 7 на ь /2, установочный фазовращатель 8, ограничитель

9, полосовой фильтр 10, нуль-орган

11 соединен с входом индикатора 12 разности фаэ, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения.

Способ измерения разности фаз двух о когерентных сигналов заключается в том, что модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающего сигнала переменную составляющую, при этом измеряемый сигнал подвергают линейной фаэовой модуляции с индексом модуляции 27п, сдвигают начальную фазу переменной составляющей огибающей суммарного сигнала на ъ /2, выделяют переменную составляющую, частота которой в и раз ниже частоты огибающей суммарного сигнала, по расположению моментов перехода через нуль которой относительно фронта фазомодулирующего напряжения определяют разность фаз когерентных сигналов.

Для изменения фазового сдвига когерентных сигналов V, и Ч измеряемый сигнал пропускают через фазовый модулятор 1, который в процессе измерения управляется напряжением от генератора 2 пилообразного напряжения с периодом Т.

Сигнал при этом модулируется по фазе по линейному закону. Амплитуда модулирующего напряжения устанавливается такой, чтобы поворот фазы в моцуляторе 1 за период Т был равным

2iп. В этом случае входной сигнал Ч с частотой 4> получит прирост частоты на величину + A, где A.-÷ â€, п ! — 1, 2, 3 ... Знак gl зависит от направления пилообразного напряжения. В сумматоре 4 входные высокочастотные сигналы интерферируют и на выходе получают суммарный сигнал с модулированной амплитудой. После детектирования суммы входных сигналов детектором 5 на его выходе выделяется огибающая с частотой . Начальная фаза огибающей строго зависит от соотношения между начальными фазами входных сигналов. Например, если входные сигналы V1 и V будут синфазны, то огибающая всегда будет начинаться в точке максимума, если входные сигналы в противофазе, то огибающая всегда начнется в точке минимума.

Э к с тр емал ь ные точки сину с оидаль —, ного сигнала неудобны для фиксации их временных моментов, поэтому усиленный сигнал промежуточной частоты в усилителе 6 сдвигается по фазе на /2. В этом случае при синфаэных входных сигналах начальная фаза промежуточной частоты всегда будет ,соответствовать моменту нулевых переходов. Эти точки удобно взять за нуль отсчета. Для калибровки электрической длины каналов служит регулируемый фазовращатель 8. При подведении на оба входа одновременно од1257557

10 ного из сигналов V либо V фазовращателем 8 устанавливается нулевое показание фазового индикатора 12.

Для выделения переменной составляющей, частота которой в 2п раз ниже частоты огибающей суммарного сигнала, в тракте имеется ограничитель 9, подвергающий сигнал двустороннему ограничению, и полосовой фильтр 10, настроенный на требуемую частоту синусоидального сигнала, начальная фаза которого при этом соответствует начальной фазе промежуточной частоты Я . Нуль орган 11 выделяет моменты перехода выделенного сигнала 15 через нулевые точки.

Временное положение заднего фронта пилообразного модулирующего сигнала и сигнала из нуль-органа 11 жестко привязано к разности фаэ входных 2О когерентных сигналов Ч„ и 7 . Например, когда входные сигналы находятся в фазе, то фронт пилообразного напряжения и момент перехода гармоники через нуль совпадают во вре- 25

0 мени, когда сдвиг фаз равен 360, то фронт пилообразного напряжения и момент перехода гармоники через нуль разнесены на время, равное времени одного периода промежуточной частоты.ЗО

Между двумя поочередными переходами гармоники через нуль вкладывается и периодов промежуточной частоты, следовательно, индикатор 12 разности фаз может измерять разность фаз, соото ветствующую п 360.

На временных диаграммах работы устройства, реализующего способ измерения сдвига фаз (фиг. 2 и 3) изображены: а — линейно нарастающий фа- 4О эомодулирующий сигнал, б — огибающая суммарного сигнала на выходе детектора в — огибающая, фаза которой до3 о полнительно сдвинута на 90; г — минус 2п ГBpMGHHKG д — моменты нулевык45 переходов сигнала гармоники, е — от» носительное временное положение фронта пилообразного напряжения и момента нулевого перехода сигнала гармоники.

Интервал t c, = < = 0(p соответст вует сдвигу фаз между входными сигналами на 90 . Как видно из диаграмм, о может изменяться в границах между двумя нулевыми переходами гармоники, о соответствующих 360 (фиг. 2б,г). На фиг. 3 (б. г) эти границы расширены до

360 и, т.е. до 760 С для n=2.

Укаэанный интервал может быть измерен с высокой точностью любым циф- ровым измерителем интервалов, показания которого выражены в угловых единицах и который может быть испольэо— ван в качестве индикатора 12 разностй фаэ.

Способ измерения сдвига фаз когерентных сигналов простыми средствами . позволяет сохранить преимущества гетеродинных фазометров, отказаться от: стабильного гетеродина и расширить о диапазон измеряемых углов до и 360 .i:

При этом повышается точность измерения и стабильность во времени за счет того, что нет необходимости в резонансном усилителе для выделения промежуточной частоты, а также за счет того, что фазосдвигающие узлы работают на одной стабильной,промежуточной частоте и их параметры не зависят от входной частоты. По сравнению с известными предлагаемый способ позволяет также повысить точность измерений эа счет замены амплитудных измерений временными, позволяющими также вести автоматическую цифровую обработку и запись результатов измерения.

Формула изобре тения

Способ измерения разности фаэ двух когерентных сигналов, заключающийся в том, что модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающей суммарного сигнала переменную составляющую, о т л и чающийс я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых разностей фаэ, повышения точности измерений фазового сдвига в широкой полосе частот, измеряемый сигнал подвергают линейной фазовой модуляции с индексом модуляции оп, сдвигают начаЛьную фа-.. зу переменной составляющей огибающей суммарного сигнала на Ф /2, выделяют переменную составляющую, частота которой в 2п pas ниже частоты огибающей суммарного сигнала, расположение моментов перехода через нуль которой относительно фронта фаэомодулирующего напряжения характеризует разность фаз двух когерентных сигналов.

1257557 к 2

Составитель М. Катанова

Редактор М.Петрова Техред M.Коданцч Кооректор М,Максимишинец

Заказ 4913/43 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4