Цифровой фазометр
Изобретение может быть использовано в сверхчастотных многоканальных радиоприемных устройствах. Цифровой фазометр содержит синусный амплитудно-фазовый детектор 1, косинусные амплитудно-фазовые детекторы 2,3, коммутаторы 10, 11, компараторы 7,8, усилители 4,5, усилитель-сумматор 6, инвертор 9, блок 12 сравнения, аналого-цифровой преобразователь 13 и запоминающий блок 14. Синусный и косинусный амплитудно-фазовые детекторы 1-3 выполнены в едином корпусе (резонаторе ) по схеме балансного смесителя на высокодобротных полосковых направленных бтветвителях с доработкой , -которая обеспечивает замкнутую цепь .для постоянных составляющих диодных токов, зависящих от разности исследуемых сигналов. Цифровой фазометр имеет повьппенную точность измерения сдвига фаз. 3 ил. с (О
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 25/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4003049/24-21 (22) 06 ° 01.86 (46) 29.02,88. Бюл. И 8 (72) А.Ш. Муратшин, Е.Г. Брагин и В.В. Лоскутов (53) ° 621.317.77(088.8) (56) Патент США 9 3824595, кл. 364-460, 1974.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1019356> кл. G 01 R 25/00, 198!. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано в сверхчастотных многоканальных радиоприемных устройствах. Цифровой фазометр содержит синусный амплитудно-фазовый детектор 1, косинусные амплитудно-фазовые детекторы 2,3, коммутаторы 10, ll, компараторы 7,8, усилители 4,5, усилитель-сумматор 6, инвертор 9, блок 12 сравнения, аналого-цифровой преобразователь 13 и запоминающий блок 14. Синусный и коси нусный амплитудно-фазовые детекторы
1-3 выполнены в едином корпусе (резонаторе) по схеме балансного смесителя на высокодобротных полосковых направленных ответвителях с доработкой, которая обеспечивает замкнутую цепь для постоянных составляющих диодных токов, зависящих от разности исследуемых сигналов. Цифровой фаэометр имеет повыщенную точность измерения сдвига фаз. 3 ил.
1377766
Изобретение относится к технике измерения параметров сигналов, в частности разности фаз двух сигналов, и может быть использовано в сверхчас5 тотных многоканальных радиоприемных устройствах.
Цель изобретения — повышение точности измерения сдвига фаз за счет устранения погрешностей измерения, 10 связанных с колебаниями амплитуды входных сигналов.
На фиг.l изображена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2 электрическая схема амплитудно-фаэо- !5 вых детекторов; на фиг.3 — эпюры сигналов, поясняющие работу цифрового фаэометра.
Цифровой фазометр (фиг.l) содержит синусный амплитудно-фазовый де- 20 тектор (АФД) 1, первый 2 и второй 3 косинусные амплитудно-фазовые детек. торы, первый 4 и второй 5 усилители, усилитель-сумматор 6, первый 7 и второй 8 компараторы, инвертор 9, пер- 25 вый 10 и второй 11 коммутаторы, блок
12 сравнения, аналого-цифровой преобразователь 13 (АЦП) и запоминающий блок 14. Синусный 1, первый косинусный 2 и второй косинусный 3 АФД сво- 30 ими первыми и вторыми входами соеди-. нены соответственно с первым и вторым входами цифрового фазометра. Выход синусного АФД 1 соединен с входом первого усилителя 4, выход которого соединен с первыми входами первого
10, второго 11 коммутаторов и компаратора 7, выход которого связан с вторым входом блока 12 сравнения, с первым входом запоминающего блока 14 40 и через инвертор 9 с управляющим входом первого коммутатора 10, выход которого соединен с первым входом второго компаратора 8. Выход первого ко" синусного АФД 2 соединен с первым входом усилителя-сумматора 6 и с входом второго усилителя 5, выход которого соединен с вторыми входами первого компаратора 7, первого 10 и второго 11 коммутаторов, выход которого соединен с первым входом АЦП 13, Выход второго косинусного АФД 2 соединен с вторым входом усилителя-сумма" тора 6, первый выход которого соединен с вторым входом АЦП 13, а второй выход — с вторым входом второго ком55
- паратора 8, выход которого соединен с третьим входом запоминающего блока
14 и с первым входом блока 12 сравнения, выход которого связан с управляющим входом второго коммутатора 11 и с вторым входом запоминающего блока 14, многоканальный вход которого связан с многоканальным выходом АЦП
13, а многоканальный выход — с многоканальным выходом цифрового фазометра.
АФД 1 — 3 (фиг.2) выполнены в едином корпусе (резонаторе) по схеме балансного смесителя на высокодобротных полосковых направленных ответвителях с доработкой, которая обеспечивает замкнутую цепь для постоянных составляющих диодных токов, зависящих от разности 411 исследуемых сигналов.
В АФД предлагается к средним точкам шлейфов (согласно фиг.2) подсоединить индуктивности L, и L
Цифровой фазометр работает следующим образом.
Для АФД 1 — 3 подбирают детекторы
СВЧ-диоды с приблизительно одинаковыми вольт-амперными характеристиками и, подавая на входы фазометра контрольные сигналы, выравнива1от между собой значения максимумов напряжений на выходах согласующих усилителей 4 и 5 и усилителя-сумматора с помощью встроенных в них подстроечных элементов. При работе фазометра разности фаз СВЧ-сигналов на его первом и втором входах без предварительного усиления и ограничения преобразуются высокодобротными АФД 1 — 3 в напряжения по следующим зависимостям:
U8,ü Uo(l + siI1IIIp) j
П„, = П о(1 +
Ug IPg U (1 + cos (6 y+ 1 80 )), (3) где Vs,„ý 01сов
U g с, — напряжения на BbIxQ дах соответственно синусного, первого и второго косинусных
АФД; — максимальное значе-. ние выходного напряжения АФД при а = О.
С выходов синусного АФД 1 и первого косинусного АФД 2 напряжения поступают соответственно на входы согласующих усилителей 4 и 5. С выхода согласующего усилителя 4, коэффициент усиления которого К,, напряжение U
= К „U z,„ (см.фиг, За) поступает на
1377766 первые входы компаратора 7, коммута— торов 10 и 11. С выхода согласующе— го усилителя 5, коэффициент усиления которого К, напряжение U = K U „
1 соя 5 (см.фиг. За) поступает на вторые входы компаратора 7, коммутаторов 10 и 11.
Компаратор 7 в результате напряжений
U, v U> формирует бинарный (логический) сигнал (фиг.Зб), который поступает на второй вход блока 12 сравнения, на первый вход блока 14, а также через инвертор 9 на управляющих вход первого коммутатора 10, который в зависимости от уровня сигнала на своем управляющем входе подключает меньшее из напряжений U» U< к первому входу второго компаратора 8 (диаграмма выходного напряжения первого коммутатора 10 изображена на фиг.Зв сплошной линией).
Напряжен. я с выходов первого 2 и второго 3 косинусных АФД суммируются . и усиливаются в суммато-:å-усилителе б в соответствии с выра> -кием
U = К IU (I + cos dp) + U j I +
+ cos (4 (p + 180 )), (4)
К с — коэффициент усиления;
U — напряжение на выходе сумматора-усилителя 6 (фиг.Çe).
С первого выхода суматтора-усилителя 6 напряжение . в качестве опор в 35 ного поступает на второй вход АЦП 13„ а с второго выхода сумматора-усилителя 6 напряженке Uq = О, 15U (диаграмма изображена на фиг.Ç в пунктир-, ной линией) — на второй вход второго 40 компаратора 8, который в результате сравнения напряжений на своих входах формирует второй бинарный (логический) сигнал (фиг.Зг). С выхода второго компаратора 8 второй бинарный сиг- 45 нал поступает на первый вход блока !
2 сравнения. В зависимости от сочетания высоких и низких (нулевых) уровней двух бинарных сигналов на своих входах блок 12 сравнения на сьоем выходе формирует управляющий логический сигнал (фиг.Зд), который поступает на управляющий вход второго коммутатора lt к второй вход блока 14. В зависимости от уровня логического сигнала на своем управляющем входе второй коммутатор 11 подключает одно кз напряжений U, U на своих первом и втором входах к первому входу АЦП 13 в качестве сигнального.
Диаграмма напряжения на выходе второго коммутатора ll изображена на фиг.Зж. Как видно из диаграммы, напряжение, предназначенное для преобразования в цифровой код, представляет собой синусно-косинусную функцию измеряемой разности фаз приблизительно линейную на кратно чередующихся участках в 90 .
АЦП 13 преобразует в цифровой код аналоговое напряженке на своем первом входе относительно опорного напряжения U на своем втором входе. Из формулы (1) — (4), а также из равенства коэффициентов усиления К,, К, и К между собой следует, что в каж— дый текущий момент времени работы фазометра величина U определяет значения максимумов U,и Б . Йапряжение U, достигает своего максимума при 4 у = 90 а Uq — при d q = 0 (фиг. 3a) . Таким образом, при использовании напряжения
U> в качестве опорного в AIIII 13 становится возможным одновременное нормирование и преобразование в цифровой код напряжения на выходе второго коммутатора 1!, зависящего как от амплитуд, так и от разности фаз сигналов на . входах фазометра. При нормировании исключается нежелательное влияние амплитудных флуктаций исследуемых сигналов на измерение Л ц.
Цифровой код, зависящий от d q, с многоканального выхода АЦП 13 поступает на многоканальный вход запоминающего блока 14, который решает функцию arcsin щ кли агссоз 4 ц в зависимости от сочетания логических сигналов на своих первом и втором входах. Эпюра напряжения на первом входе АЦП 13 (фиг.Зж) показывает, что одному значению этого напряжения соответствует четыре значения разностей фаз ц . Устранение данной неоднозначности производктся путем анализа в блоке 14 пос;упающих бинарных (логических) сигналов.
На фиг.Зз изображены зависимости среднеквадратических ошибок измерения разности фаз, полученных при аналитическом рассмотрении прототипа (злюра 1) и при экспериментальном исследовании предлагаемого цифрового фазометра (эпюра 2). Как видно из фиг.Зз, предлагаемое схемное решение
1377766 на частотах вьппе 2,3 ГГц дает выигрыш в точности более чем в два раза.
Формула изобретения
Цифровой фаэометр, содержащий си5 нусный и первый косинусный амплитудно-фаэовые детекторы, первый усилитель, первый коммутатор, последовательно соединенные первый компаратор, o инвертор и второй коммутатор, а также аналого-цифровой преобразователь, информационные выходы которого через запоминающий блок соединены с выходами фаэометра, отличающийся15 тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй косинусный амплитудно-фазовый детектор, второй.. усилитель, усилитель-сумматор, второй компаратор и блок сравнения, при этом 2О первые и вторые входы всех амплитудно-фазовых детекторов соответственно объединены и являются первым и вторым входами фазометра„ выход синусного амплитудно-фазового детектора через последовательно включенные, первый усилитель и первый коммутатор соедииены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с первым выходом усилителя-сумматора, выход первого косинусного амплитудно-фазового детектора непосредственно соединен с первым входом усилителя-сумматора, а через второй усилитель — с вторыми входами первого компаратора и первого и второго коммутаторов, выход последнего через последовательно включенные второй компаратор и блок сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатора и первым входом запоминающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а третий вход запоминающего блока объединен с вторым входом блока сравнения и входом инвертора, выход второго косинусного амплитудно-фазового детектора соединен с вторым входом усилителя-сумматора, второй выход которого соединен с вторым входом второго компаратора, первые входы первого и второго коммутаторов объединены с выходом первого усилителя..
1377766
ЯГГЧ
Редактор Е. Копча
Заказ 867/41 Тираж 772 Подписное
4 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д.4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r.. Ужгород, ул. Проектная, 4
Ора3
f5
Ю
С ос та ни тель В . Шубин
Хехред 11. Дидык Корректор В, Гирняк
