Устройство измерения разности фаз двух сигналов

 

Изобретение может быть использовано для измерения разности фаз и коэффициента затухания двух когерентных сигналов. Цель изобретения - повьппение точности измерения коэффициента затухания и фазового сдвига. -1 Устройство содержит генератор 1 сверхвысокой частоты, генератор 3 прямоугольных импульсов, фазовые коммутаторы 4 и 7, делитель 5 частоты на два, квадратичный детектор 14 и усилитель 15 промежуточной частоты. Введение фазовых коммутаторов 8 и 11, делителей 6, 9, 10 и 13 частоты на два, сумматора 12, измерителя 16 уровня сигнала, измерителя 17 разности фаз уменьшает влияние паразитной амплитудной модуляции при обработке сигнала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

240 А1

ИЮ <И) GD 4 С. 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3818010/24-21 (22) 20.11 ° 84 (46) 07.10.86. Бюл. и 37 (72) Л..А.Летунов и А.Б.Козлов (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 471551, кл. G 01 R 25/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

В 1002980, кл. С 01 R 25/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ

ФАЗ ДВУХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано для измерения разности фаз и коэффициента затухания двух когерент-. ных сигналов. Цель изобретения — повьппение точности измерения коэффициента затухания и фазового сдвига.

Устройство содержит генератор 1 сверхвысокой частоты, генератор 3 прямоугольных импульсов, фазовые коммутаторы 4 и 7, делитель 5 частоты на два, квадратичный детектор 14 и усилитель 15 промежуточной частоты. Введение фазовых коммутаторов 8 и 11, делителей 6, 9, 10 и 13 частоты на два, сумматора 12, измерителя 16 уровня сигнала, измерителя 17 разности фаз уменьшает влияние паразитной амплитудной модуляции при обработке сигнала. 1 ил.

1 262407

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз и коэффициента затухания двух когерентных сигналов, а также в составе комплекса для снятия АФР антенн.

Цель изобретения — повышение точности измерения коэффициента затухания и фаэового сдвига путем уменьшения влияния паразитной амплитудной модуляции при обработке сигнала.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора 1 сверхвысокой частоты, исследуемого четырехполюсника 2, генератора 3 прямоугольных импульсов, коммутатора 4, двух делителей 5 и 6 частоты на два, второго коммутатора 7, третьего коммутатсра 8, третьего 9 и четвертого

10 делителей частоты, четвертого коммутатора 11, сумматора 12, пятого делителя 13 частоты, квадратичного детектора 14, усилителя 15 .промежуточной частоты, измерителя 16 уровня сигнала и измерителя 17 разности фаэ.

При этом генератор 1 сверхвысокой частоты подключен через исследуемый четырехполюсник к входу первого коммутатора 4, вход третьего коммутатора

8 соединен с генератором 1 сверхвысокой частоты. Выход первого коммутатора 4 через второй коммутатор 7 под-ключен к первому входу сумматора 12, а выход третьего коммутатора 8 через четвертый коммутатор 11 соединен с вторым входом сумматора 12, выход которого через последовательно включенные квадратичный детектор 14 и усилитель 15 промежуточной частоты соединен с входами измерителя 16 уровня и измерителя 17 разности фаз. Генератор

3 прямоугольных импульсов одновременно соединен с входами третьего 9, четвертого 10 и пятого 13 делителей частоты„ выход третьего делителя 9 частоты соединен с вторым входом второго коммутатора 7 и через первый делитель 5 частоты на два с вторым входом первого коммутатора 4, выход четвертого делителя 10 частоты соединен с вторым входом четвертого коммутатора 11 и через второй делитель 6 частоты на два с вторым входом третьего коммутатора, а выход пятого делителя 13 частоты соединен с вторым входом измерителя 17 разности фаз.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают коэффициент деления делителей частоты равным: первого де5 лителя К, второго С, третьего п. Сигнал на выходе сверхвысоксчастотного генератора 1 описывается выражением

А сова,t, ! 0 где Q, /2 Ii — несущая частота сигнала генератора 1, Ао — амплитуда сигнала генератора 1.

Сигнал на выходе измеряемого чеI5 тырехполюсника 2 следующий: х — sinKpt + (0 +Ь8 ) - х

1 4 к=1, 3,5 г г li

35 х

sin2KQ t

К

1 У

« =I<3.5 Г где m, индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при разных фазовых сдвигах коммутатором 4; индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при разных фазовых сдвигах коммутатором 7.

45 г

8, = -2- (т.е. коммутатор 4 осущес50 твляет манипуляцию фазы

1! Н сигнала от — — до — )

2 2 — неточность установки фазового сдвига 8 . где IIO, 55

8 = — (т.е. коммутатор 8 осущес4 твляет манипуляцию фазы

К„А„соз(Ы,t +

Пройдя первый 4 и второй 7 фазовые коммутаторы, сигнал на первом входе сумматора 12 имеет вид

4 1 а (t) = А К (1 + т — — х

1 о Х 1

« -1,s,5

4 1 х sinKg,t) (1 + ш - с . — 20,t) х

«=1д.д К

30 х соз у t+p„+ (8+ 68,) -х !!

1 262407

Il — )

4 фазово!! сигнала от — — до

4 х

11 к=1,ЭЛ ,2 :

1" 1,3,5 х к

2 Я, (.)(.

2 li 2tn

1 —.sin2g t, 1 (4) х

1 = I<». $

И( где

1

К х

1 — х х sinK2 g,t);

—.-sinig t)x

1=1 3,» а (t) =А (1+m

7 о 5 т( (1

4 х u.t+ (9, 25 —.sin iQ t+

+д9,)„4

s =l,3,5 х

11 к =ьз$ х к х

s 1»»

К=1Д,5

1$1пка t+

К

-$1пК2д,t — (6, +

+

k =1,Ъ.З

+ ь9,) =„

4 х

S--l,Ъ,5 где b.9 — неточность установки

ro сдвига 97 ° — частота сигнала генератора 3 прямоугольных импульсов, вы- 10 бирается равной 1 мГц при

n = 36

27,777... кГц, 2 )7

2- - = 13,888 ° ° . кГц.

ll

Сигнал на втором входе сумматора

12 имеет вид

sin i 2Q t) cos x

4-1Л$1

s =I Ъ,5

+ (9 +д94)-., —.Sin210 t

4 1

1 где m — индекс паразитной амплитуд30 ной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при разных сдвигах СВЧ коммутатором 8;

m4 — то же, только коммутатором

11, 35 д 8 — неточность установки фазового сдвига 8, фазовым коммутатором 8; д64 — неточность установки фазового сдвига 97 фазовым коммутатором 11 при С = 30.

2 Й2 Ь3г 2 Л2 — 33 333 ° кГц

2» 2 С 21

92

45 — 16,666... кГц.

-На выходе сумматора 12 сигнал имеет вид а (t) = а„ (t) + à (t)

2 50

На выходе квадратичного детектора

14 выделяется сигнал, пропорциональный /а (t)/. :

/a,,(t)/ =(А к<с,(t)J < + (A.ñt(t)J

+ А КхС()соз((рк+ (9, + д6,) х

4 о" 1 х + -slnKS? t + (8 + /»<62) х к=1, 1

-sinK2g,t — (6, + д9, ) х

—.sin ig t — (8 +ЬО ) х

1

2 г 4

4 где C,(t) = (1 + m к 1,15

4 х $1пК»,) t) (1 + m к 115

С (с) = (1+m

Il „1 д

4 х sinig t)(1 + m

1=1,3,5 х sin i 2g,й), где C(t) = 2С,(t)Cz(t) Рассмотрим члены по отдельности.

Третий член (4):

A K„C(t)cos(Cf„+ (8, + h81) = x

-$1пКД,t + (8 + д9 ) х

1 — sinK2g t — (9, +69 ) х

sin iа t — (6 +д8 ) х

1 т sin i 2дС = А2К C(t) х

1 0 х cost)„cos (8, + д8,)

Il

1 4 х — $1пК»1,t + (8 +ДО )=

К к=1,Х5 х — $1пК2аа — (8, + д8 ) .1 4

К =<д

1 4 о() х ° $1п 1»2 С (82+ д84) а»

1 s=I,Х6 х —. sint2 g,t — А2К„С(t) sin („х

1 х sin (8, +(»9,) к=l,ü.s

1 —.sin 1й t — (6 +д9)+

2 Z 4

—.sin i 2p,t = А, „С(е)соз(у„х

1262407 Ь то cos(6(+ д9,) — 0;

cos (8z + d 8z) - (1

sin(9(+ d9l) = 1;

81п.(81 "8*) .Д

cos(8, +д9 ) = 0;

cos(ez+ (194) = — (1

12

sin(9, +(183) = 1;

Л (8 + 494)4

15 Можно записать, что

cos (8, + аа,)„-.

К=(3,5 — ьб), 4

+ (9, +дЕ,) )СхЛ5 х сов (9, +д83)

К

-s inK2.A., tl х (5) —.81п 1g t +

1

2.а. d9 ) °

1=13,5

-д9,);

+ДВ4) ..

К

-sinKg t +

1 к l,3,5 х к=1,3,5

-81пК2 g, t

1 х sinKg,t

Knl,3,5

12 16

= — — (1 +119 )—

2 г z

4 х

i =13,5

1 — s inKg,t,õ

K=l,3,5

30 х

k =1,3,5

sos ((В, -sinK2g ; х г

1

Е:. -s inK g, t + (8г +

Kn(,Э,5

К

-sinK2g sin (8, + !

° 81П 1g t + г

4 ОО

+ дВг)7 К. к=1,3,5

+ (91+ —.s in. i 2 g t + (9 +

+d8 )4 (i =1.35

+д9 )—

4 ((-sin 12д С.

1

-sin ig t x

z з =(,3,5 — (1 +

12

1

-sin i 2g t х

Для дальнейшей росписи приведем ряд выкладок. С учетом того, что 45

-sin и g t)

1 и

+ d94)— х =1.3.5

1 х —. sin i 2др;

1 —.81п irrupt °, :

1=1,3,5

cos (9

= совВ;

a)nK3,5

81п(9=

-sin ng.t) = sin8 х и 50

l)1,3,5

81п (e, +de,)

К=1,3,5 г d 2)

К= 1.3, 5

sinKg с +

4 х—

)1=13,5 и

sin ngt

1

-sinK2 g,t

9,= 4, дв,,d9,, 8„

55 так как 8

-- — — (3

60 30

0 — 6 ), то

5 1. х cos (8< + д9,)-, -sinKg,t +

k 5 К

4 " 1 (6, +a9s) —.х(п i 2а,х) 1=1,3,5

4 1

+ sin .(8, +Д9, );Г -81пКй,t +

Ksl,3,5

4 о 1

+ (92+д9г) -,Г -$1пК2g,t ° sin x

K n1,3,5 х (а +d8 )„- 2: —.sin ig t +

4 1

4 1 (В, +х9,)„- K —.sin (2D хЯ

1=1, 35

4 — А К„.C(c)sin q (((В„+a(),) = х

-sinKA,t + (9г +d9 ) =, х

-81пК2Я t cos (9) + д93) х —.sin i 2й t + (Ог + д94) х

—.sin i 2g,t — cos +

=,3,5

4 1

+ (8z +48z)- Г . -sinK2gt = cos x к=1,3.5 х (8(+ д9() сов (8г + 6 &z ) — 81п(61 +

+ д9,) sin(8 +d8 ); . — х

16 1

1(K 135

+d8 )

1( = 1.3,5

4 о 1

d 9„) -; —.s in i 2д,t

in(,3,5 сов(6 +((63)сов(8г +д94) s1n(9(+

+ 93)s1n(9, +d9,)Ж + х13.5 х

i=1,3,5

= sin(9, +(19,),ов(9 +д9,)4

KsinKg t + cos(9, +d9 )sin(9 19) 1262407

-s inK2 g, t = — (1

К 2

1 1

—.sin i 51 t Е:. т

1 г 1135 после УПЧ 15 настроенного х

1%,5„. х sin i 2G t

4 х к=1,3,5

4. — ЬВ,)- Е к !З,5

sin (9, +ь9,)

1=--135

+ (8 +ь9)

l =1.3,5

-sinK g,t;

1 и — 1, на — — — --

2« содержит сигнал с часто1 —.sin ig t +

1 2

,-5, той — - — - 2п величины —.я1п 1 2q t

1 2

10 . -- cos(g G) t

ll

Рассмотрим член (7) 1

К вЂ” sin(9, +693) cos(9 +694) к 1,3,5 —.я1п 1 д t + соя(9, +

1 Z

4 х

1=1,3,5

15 x sinKSJ,t

k =1,3... :С

ll = к3,5

К

inK2 р,t

3) sin(82 4)

4 1

l 1,3,5

12 4 х sini2gt = — (1 -д9)

2 4

1=1,3,3

-sinmgt x

16

:С, 2

II« = l,3 х х — s in п251, t.

1 (8) и

При индексах m = 1 и и = 1, m = 3 и

n = 1, m = 5 и n = 3 и т.д, произве1 х —.sin i g t.

1

Следовательно, выражение (5) можно записать

1 . 1 дение -я1пп1Я t.-sin n 25,t на частоте

25 m и

Я, содержит член созе,t, таким образом, выражение (8) содержит член

$ сояД,t:

А2К хС() cos С, — (1

" 2

+а9 )—

K =1,Х5...

1 ° .12

-sinK2Q t — х

2 х

1 (Ю х -sinKg,t

К к=1,3.5...

16 х (1+ n94)„—, =i,3,5

—.sin 1Л t x

—.sin i 2 12 t + — (1 — 119 ) х

1 ° . -Г2

i . 2 г

1 ° «Г2 4

s1nKQ t — (1 — 94 ) х

1 к х

l =I,3,5

Выражение (8) содержит на частоте

Зг,/2 член 4/1 cosQ .

4 х— к=1,3,5 х

1=1,3 х sinq>„

AHалогичным образом член х

i 125

i 12 t — A2К C(t) х о 71

—,Я1П

4

-i3Q)к к=1 3...

1 .. 4 1 х —.siï 11г t —, —. я1п21й t co1 к 1

<=1,3,5

z держит составляющую на частоте

К

16

+ a9 ) —

i=1,3„

1 х

12

2 + х я1пКЯ,t

51,/271 : COS 02 .

Ч вЂ”. ° sin i 2g

1

z х sin ipt

16

Таким образом, член

=1З,5

К

16 1 х (1 + 49,)„-; -sinKg, t -К к=14... К

К= 1.3

-Г2 4 х sinK2g, t — (1 — 139 )=

1

К

1 т

1 х sinKG,t к =1,3,5

1 16 — sinK2g t

К 2

OQ

l —.sin i p t ° —. х

1 г 1

i 13,5„, (6) х sin i 02t

16 с учетом того, что член —, х к =1.35 х sin i 2Q t

Q2- Л содержит на частоте †--„ — составля2 х ющую величины 8/кгcos(Q, — Я,)t.

1 . 1 16 х -я1пК 51,t . -я1пК2Я,t —, х к= 1,3.„

Г2, (1

2 (1

1 16

8 а

2 1 =123 (4

ОО

1 (4Х+ 3) (21+ 1

1 1 х — + — 1п2 + — — — In2 4 2 4 2

j + 1) (2j +1)

-- х

) л2

9 1262407 10

Выражение (6) при выделении сигна- а индекс паразитной амплитудной модуляции m составляет 7 — 8X. Следовательно, при выводе выражения (10), пренебрежение членами при m . m, адг а64

5 и другими более малыми членами соответствует методическим ошибкам при о измерении разности фаз 0,6-0,8 и по амплитуде 0,1-0, 15 дБ, Таким образом, предложенное уст!

О ройство позволяет значительно повысить точность измерений как по измерению разности фаз, так и по измерению коэффициента затухания. 2 - 52, ла с частотой -- --- — можно записать

2 (пренебрегая членом при mz m ввиду его малости) «а -40 дБ (члены ш ш получаются из с (t),), т. е. с (t) 2: формула изобретения

Устройство измерения разности фаз

+ —,(1 + bВг) (1 а9 ) sin(5? й.) t

Ц

2Лг К соя< к — (2 + 2 b(9z b9 ) соя (йг

4 р К хгг

20 р ) t — Лг 2К„я1пц„--(2 — 2Ь8г 69а) х

x sin(Az A() t°. (9)

Пренебрегая членами при 40. b ((а

«к-45 дБ ввиду их малости выражение (9).сворачивается:

4Л К â€”,cos (Ëг а )t + Чх (10)

Рассмотрим первый и второй члены выражения (4):

ЗО (A к с ((:)) -(А.к„с Ы) = с 2г Д. которая выделяется усилите2(( лем 15.

Видно, что выражение (11) не содер г — 12, жит сигнала с частотой — — - вЂ, сле2 (( довательно, на выходе усилителя 15 выделяется сигнал (10). (- 45

Делитель 13 частоты (на К):

2 ((К 3 2

= — — — - - при К = 360 тогда

2н 2(( х

Qq — 2,777... кГц

= 2,7777... кГц, х2г

2 I(Пр и приме не нни в к ач е ств е фаз о вых манипуляторов управляемых дискретных о 55 фазовращателей с секциями 0-180

0-90 ошибки установки фазовых сдви((O гов составляют порядка ь9 --(e5 )

Г 4 х4Ло соя Чх (= (1 + 69к ) 1 + ь04 х

4 х cos(9 — Q, )t + -(1 — b8 ) х (,г х (1 — й9< ) cos (g — g,) t) — К„2Аг sin(g„x

-(1 4 г) (1 + bOÔ) sin(Aг O ) t + 4 (( 2 г (HB частоте 2 ) (11)

2( так как члены не содержат частоты . 3 двух сигналов, состоящее из генератора сверхвысокой частоты, подключенного к входной клемме для подключения исследуемого четырехполюснпка, выходная клемма которого соединена с последовательно включенными первым и вторым фазовыми коммутаторами, генератора прямоугольных импульсов, соединенного с входом первого делителя частоты, квадратичного детектора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения разности фаз и расширения функциональных возможностей путем измерения коэффициента затухания, в него введены последовательно соединенные третий и четвертый фазовые коммутаторы, второй, третий, четвертый и пятый делители частоты, сумматор, измеритель уровня и измеритель разности фаэ, усилитель промежуточной частоты, при этом выход первого делителя частоты соединен с первым входом измерителя разности фаз, входы второго и четвертого делителей частоты соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов, выходы второго и четвертого делителей частоты соединены с управляющими входами четвертого и второго фазовых коммутаторов и через третий и пятый делители частоты — с управляющими входами первого и третьего фазовых коммутаторов, выходы второго и четвертого фазовых коммутаторов соединены с входами сумматора, выход которого соединен с входом квадратичного детектора, соединенного выходом через усилитель промежуточной частоты с входами Измерителя разности фаэ и измерителя уровня, выходы которых являются выходами устройства, а вход. третьего коммутатора соединен с генератором сверхвысокой частоты.