Способ измерения фазового сдвига и устройство для его осуществления

 

Использование: измерительная радиоэлектроника . Цель изобретения - расширение динамического диапазона. Сущность изобретения: способ основан на модуляции сравниваемых сигналов. Основными операциями являются модуляция сравниваемых сигналов, формирование и модуляция дополнительного сигнала, преобразование сигналов и измерение фазового сдвига. Способ может быть реализован на основе использования амплитудной, однополосной модуляции или комбинации амплитудной модуляции и выделения боковых компонент . Частоты модулирующих сигналов выбирают неодинаковыми. Выходная промежуточная частота устройства равна сумме или разности частот модулирующих сигналов . Приведен вариант устройства, осуществляющего способ. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

В Lig R

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4646294/21 (22) 03.02.89 (46) 23.06.92. Бюл. N. 23 (75) Л,Д. Огороднийчук (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Rh 210903, кл. G 01 R 25/00, 1963.

Известия ВУЗов СССР. Сер. Радиоэлектроника, 1968, hL 4, с. 370. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО

СДВИГА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: измерительная радио. электроника, Цель изобретения — расширение динамического диапазона. Сущность

Изобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и может быть использовано в радиосистемах для измерения фазовых характеристик радиосигналов, а также для исследования фазовых характеристик многополюсников различного назначения.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона в наиболее сложном режиме измерений — при независимом и одновременном изменении уровней сравниваемых сигналов в широких и редел ах.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — спектральные диаграммы сигналов, формируемых отдельными узлами при осуществлении способа, Устройство (см. фиг. 1) содержит входные клеммы 1 и 2, синтезатор 3 частоты общего гетеродина, два однополосных модулятора 4 и 5, модулирующие генераторы 6 изобретения: способ основан на модуляции сравниваемых сигналов, Основными операциями являются модуляция сравниваемых сигналов, формирование и модуляция дополнительного сигнала, преобразование сигналов и измерение фазового сдвига, Способ может быть реализован на основе использования амплитудной, однополосной модуляции или комбинации амплитудной модуляции и выделения боковых компонент. Частоты модулирующих сигналов выбирают неодинаковыми. Выходная .промежуточная частота устройства равна сумме или разности частот модулирующих сигналов. Приведен вариант устройства, осуществляющего способ, 2 ил. и 7, четыре смесителя 8 — 11, четыре фильтра

12 — 15, индикатор 16 и разветвитель 17 с соответствующими связями.

Синтезатор 3 частоты общего гетеродина содержит разветвитель 18, последовательно соединенные усилитель 19 и дополнительный однополосный модулятор

20, к управляющему входу которого подсоединен дополнительный генератор 21. Выход модулятора 20 через фильтр 22 соединен с разветвителем 18, Смесители 8 и 10 соответственно состоят из последовательно соединенных сумматора 23 (24), фильтра 25 (26) и смесительного детектора 27 (28).

На фиг. 2 приведены спектральные компоненты сигналов: 29 — на выходе модулятора 4, 30 — на выходе усилителя 19 и 31 — на выходе модулятора 5. Через коэффициенты

j3, ),Д, у, /3з, уз обозначены уровни полезных смещенных компонент и остатка несу1742743 — < — (10 — 20)дБ, Ес

Е (2) (3) = — — (30 — 20)дБ, r з ) и

= — < — 40 дБ, r (4) щей и зеркальных боковых компонент соответствующих модуляторов.

Предлагаемый способ состоит в следующем.

Входные ВЧ- или СВЧ-сигналы, фазовый сдвиг р между которыми следует измерять, поступают на первый и второй входы устройства. Один входной сигнал разветв.ляют на первый и второй сигналы в разветвителе 17. Первый и второй входные сигналы сдвигают по частоте методом однополосной модуляции, причем в первом измерительном канале с помощью модулятора 4 — на одно значение задаваемой частоты Fl генератора 6, а во втором измерительном канале с помощью модулятора 5 — на другое значение задаваемой частоты Fz генератора 7.

В качестве опорного сигнала при фазовом детектировании в индикаторе 16 используют напряжение частоты, равной разности

Fo= I Fl Fz I (1) (или сумме) задаваемых частот, которое формируют с помощью смесителя 9 и фильтра 12, В каждом измерительном канале производятдополнительное преобразование частоты с помощью общего гетеродинного сигнала, частоту которого синтезируют из частоты входного сигнала. Общий гетеродинный сигнал разветвляют в разветвителе

18 и подают на вторые входы смесителей 8 и 10. Усиление гетеродинного сигнала B усилителе 19 выбирают достаточным для обеспечения в смесителях 8 и 10 линейного преобразования частоты модулированных сигналов. Спектральный состав преобразуемых сигналов приведен на фиг. 2.

Из продуктов преобразования с помощью фильтров 14 и 15 выделяют сигналы неодинаковых ПЧ Рпч1= Fl; Рпчг= Fz. Их смешивают в смесителе 11 и с помощью фильтра 13 выделяют сигнал, частота которого равна разности (или сумме) первых двух задаваемых частот F l u Fz. Этот сигнал поступает на второй вход индикатора 16, в котором при фазовом детектировании фаза преобразуется в напряжение, пропорциональное искомому фазовому сдвигу.

При реализации способа обеспечивается широкий динамический диапазон измерений благодаря осуществлению условий линейного преобразования сигналов, Из анализа основных составляющих погрешностей следует: составляющая погрешности, обусловленная конечной развязкой между смесителями 8 и 10, незначительна в связи с тем, что частоты модуляции неодинаковы, продукты

50 преобразования паразитного сигнала не совпадают с частотой полезного сигнала и дополнительно подавляются фильтрами 14 и 15; составляющие погрешности, обусловленные остатком несущей и зеркальной боковой, не превысят 0,6О, если выполняются условия где Ес, Š— амплитуда сигналов в измерительных и гетеродинном каналах.

Из указанных требований (2) — (4) условие (4) выполнить трудно, что требует усложнения однополосного модулятора, Существенно ослабить этот недостаток можно, если синтезирование частоты общего гетеродина осуществить с использованием дополнительного сигнала третьей задаваемой частоты. Для этого в устройство дополнительно вводят амплитудный или однополосный модулятор 20 и модулирующий генератор 21, который генерирует сигнал частоты Рз и управляет модулятором, Рассмотрим вариант, когда в качестве модулятора 20 используется однополосный модулятор, спектральные компоненты общего гетеродинного сигнала на выходе которого обозначим через коэффициенты а с соответствующим индексом.

При таком методе синтезирования сигнала общего гетеродина после преобразования частоты в измерительных каналах с помощью фильтров 14 и 15 выделяют сигналы комбинационных ПЧ

Рпчз= I Рз-Fq I, Рпч4= I Fç — Рг I, (5)

Эти сигналы смешивают в смесителе 11 и с помощью фильтра 13 выделяют измерительный измерительный сигнал ПЧ, равный разности

Рпч5= I F1 F2 I (6) или сумме первых двух задаваемых частот.

При измерении фазового сдвига в индикаторе 16 в качестве опорного используют сигнал частоты (1), В ПЧ (6) частота генератора 21 не используется. Этот способ также обеспечивает широкий динамический диапазон измерений. Дополнительным преимуществом является то, что погрешность измерений не зависит от остатка несущей, поэтому не требуется выполнять условия (2) и (3), и слабо зависит от зеркальной боковой — по1742743 грешность иэ-за зеркальной боковой не превышает 0,6, если удовлетворить условию — = — — 20 дБ. аз з 1з (7) а )3 у

Требование (7) ослаблено по сравнению с требованием (4) в 10 раз.

Полученные результаты не зависят от метода осуществления однополосной модуляции. Например, однополосную модуляцию сигналов в способе можно выполнять с использованием. амплитудной модуляции, а затем фильтрации одной боковой составляющей спектра сигналов, причем фил ьтрацию можно осуществить как непосредственно после амплитудной модуляции, так и после суммирования модулированных гетеродинного и соответствующего измерительного сигналов.

Формула изобретения

1. Способ измерения фазового сдвига, основанный на том, что при двухканальном преобразовании входных сигналов каждый сигнал сдвигают по частоте методом однополосной модуляции, причем в первом канале — на одно значение задаваемой частоты, а в другом — на другое значение задаваемой частоты, в качестве опорного сигнала при фазовом детектировании используют разность (или сумму) задаваемых частот, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, производят дополнительное преобразование частоты в каждом канале с использованием сигнала общего гетеродина, частота которого синтезируется из частоты входного сигнала, полученные при этом сигналы с разными промежуточными частотами смешивают и выделяют сигнал, частота которого равна разности (или сумме) первых двух задаваемых частот, фаза которого преобразуется при фазовом детектировании в напряжение, пропорциональное искомому фазовому сдвигу, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что синтезирование частоты сигнала общего гетеродина осуществляют с исполь5

50 зованием дополнительного сигнала задаваемой третьей частоты.

3. Способ по п.п.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что однополосную модуляцию выполняют с использованием амплитудной модуляции и последующей фильтрации одной боковой составляющей спектра.

4. Устройство измерения фазового сдвига, содержащее два однополосных модулятора, к управляющим входам которых подключены соответственно первый и второй генераторы, выходы которых соединены также с входами первого смесителя. выход которого через первый фильтр соединен с первым входом индикатора. второй вход которого связан с выходом второго фильтра, причем вход второго однополасного модулятора является одним из входов устройства, отл ич а ю щи и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него дополнительно введены разветвитель и синтезатор частоты общего гетеродина, вход которого соединен с одним иэ выходов разветвителя, а выходы— соответственно с входами введенных второго и третьего смесителей, .вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго однополосных модуляторов, а выходы смесителей соответ— ствено через введенные третий и четверть;и фильтры — с входами четвертого введеннсмесителя, выход которого соединен с входом второго фильтра, вход первого одн".ïîлосного модулятора связан с вторым выходом разветвителя, вход которого является вторым входом устройства, 5, Устройство по и 4, отл ича ю щеес я тем, что синтезатор частоты общего гетеродина выполнен в виде дополнительного однополосного или амплитудного модулятора с усилителем на входе и с последовательно подсоединенными на выходе модулятора фильтром и разветвителем, причем к управляющему входу дополнительного однополосного модулятора подключен дополнительный генератор, а второй и третий смесители выполнены в виде последовательно соединенных сумматора, фильтра и смесительного детектора.

l742743

1742743

29

45

Составитель Ю. Макаревич

Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2282 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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