Двухканальный фазометр

 

Использование: в технике фазовых измерений , в частности в устройствах радиолокации , радионавигации и радиоуправления . Сущность изобретения: повышение точности измерения малых фазовых сдвигов достигается за счет введения в фазометр блока памяти, блока вычитания, измерителя отношений, переключателя и фазовращателя на 45°, вход которого является одним из входов фазометра. Введены элементы и соответствующие связи составляют дополнительный канал измерения малых фазовых сдвигов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 25/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4834612/21 (22) 11,04.90 (46) 07,03.93. Бюл, № 9 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) А,Н.Трушкин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 970262, кл. G 01 R 25/04, 1981. (54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ФАЗОМЕТР (57) Использование: в технике фазовых измерений, в частности в устройствах радиоИзобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано в устройствах радиолокации, радионавигации и радиоуправления.

Цель изобретения — повышение точности измерения малых фазовых сдвигов, Цель достигается тем, что в двухканальный фазометр введены последовательно соединенные блок памяти, блок вычитания, измеритель отношений, переключатель и блок индикации, а также фазовращатель на

45, вход которого является вторым входом фазометра, а выход соединен с входом управляемого фазовращателя, кроме того, первый выход низкочастотного коммутатора соединен с входом блока памяти, а второй выход — с вторым входом блока вычитания и вторым входом измерителя отношений, а выход арктангенсного преобразователя соединен с вторым входом переключателя.

При сравнении известного фазометра с предлагаемым видим, что заявляемое устройство проявляет новые технические свой„„5U„„1800384 А1 локации, радионавигации и радиоуправления. Сущность изобретения: повышение точности измерения малых фазовых сдвигов достигается за счет введения в фазометр блока памяти, блока вычитания, измерителя отношений, переключателя и фазовращателя на 45О, вход которого является одним из входов фазометра. Введены элементы и соответствующие связи составляют дополнительный канал измерения малых фазовых сдвигов. 1 ил. ства, выраженные в повышении точности измерения малых фазовых сдвигов. Это позволяет повысить эффективность использования измерительной аппаратуры и сократить стоимость измерения за счет объединения в одном устройстве двух измерителей. Указанное свойство изобретения является новым, так как с помощью прототипа из-за отсутствия в нем новых элементов и связей нельзя измерять с высокой точностью малые фазовые сдвиги. В связи с этим отличительные признаки изобретения явля ются существен н ы ми.

На чертеже приведена структурная схема двухканального фазометра.

Двухканальный фазометр содержит

СВЧ-тракт, состоящий из блока 1 суммаразность, фазовращателя 2, дифференциального квадратичного детектора 3, состоящего из детекторов 4, 5 и блока 6 вычитания, низкочастотный коммутатор 7, арктангенсный преобразователь 8, блок 9 управления, блок 10 памяти, второй блок 11

1800384 вычитания, измеритель 12 отношения, переключатель 13 и блок 14 индикации.

Двухканальный фазометр работает следующим образом.

Режиму измерения фазовых сдвигов от

0 до 360 предшествует режим калибровки.

В режиме калибровки переключатель 13 устанавливается во второе положение. Фазовращатель 15 от СВЧ-тракта отключен.

Путем регулировки фазовращателя 2 оператор добивается нулевого сигнала на выходе детектора 3, 01 Ео Еи KA sin где Ео и Е и — амплитуды опорного и исследуемого сигналов СВЧ на входах детектора

3;

Кд — коэффициент преобразования детектора 3; р — дифференциональный фазовый сдвиг, обусловленный неравенством электрических длин каналов фазометра.

В режиме измерения фазовых сдвигов от 0 до 360 двухканальный фазометр работает следующим образом.

Переключатель 13 устанавливается во второе положение, Цикл измерения состоит из двух тактов.

В первом такте блок 9 устанавливает фазовращатель 2 в состояние нулевого фазового сдвига, а коммутатор 7 в положение, при котором сигнал детектора 3 поступает на первый вход преобразователя 8. При этом

01 = Eo Еи Кд sin p x. где px, — искомый фазовый сдвиг.

Сигнал U1запоминается в преобразователе 8 до конца цикла измерения.

В начале второго такта на управляющий вход фазовращателя 2 с блока 9 поступает сигнал, устанавливающий фазовращатель 2 в состояние, когда фазовый сдвиг, вносимый им, равен 90 . Одновременно с этим на управляющий вход коммутатора 7 с блока 9 поступает им пул ьс, переб расы вающий коммутатор 7 в положение, при котором выход дифференциального квадратичного детектора 3 оказывается подключенным к второму входу преобразователя 8, на который поступает сигнал

02 = Ео Еи Кд cos p х, После этого с блока 9 на управляющий вход преобразователя 8 поступает сигнал, по которому преобразователем 8 реализуется алгоритм

Оз = Кз агс тц (01/Uz)

5 С учетом выражений для 0<, 02 напряжение на выходе преобразователя 8 можно выразить следующим образом:

03= Кз рх

10 где Кз — коэффициент преобразователя 8, Напряжение Оз поступает в блок 14 индикации, одна из шкал которого проградуирована в значениях у х, от 0 до 360о.

Режиму измерения малых фазовых сдвигов предшествует режим калибровки.

В режиме калибровки переключатель

13 устанавливается в первое положение, Фазовращатель 15 в СВЧ-тракт включен. В конце второго такта сигналы на выходах коммутатора 7 имеют вид

0*1= ЕоЕи Кд sin (45 + Ap );

25 0* z = ЕоЕи K„cos (45 + h p), где h р — отклонение фазового сдвига от

45 в фазовращателе 15.

Регулировкой фазовращателя 15 опера30 тор добивается нулевого уровня сигнала

V*12 на входе индикатора 14:

При этом U *г = U* 1, что соответствует равенству sin 45 = cos 45 и, следовательно, установке фазовращателя 15 на его номи40 нальное значение 45 .

В режиме измерения малых фазовых сдвигов двухканальный фазометр работает следующим образом.

Переключатель 13 устанавливается в

45 первое положение. Цикл измерения состоит из двух тактов. Аналогично описанному выше режиму, последовательно во времени на выходах коммутатора 7 формируются квадратурные составляющие

U> = ЕоЕи Кд sin (px+ 45 ); о

02= ЕоЕи Кдcos(Ух+45).

55 Сигнал 0> поступает на блок 10 памяти, представляющий собой схему выборки-хранения, где запоминается. С выхода блока

10 напряжение U< подается на первый вход блока 11 вычитания. Вслед за ним сигнал 0 с второго выхода коммутатора 7 поступает

1800384 на второй вход блока 11. Напряжение О11 с выхода блока 11 подается на первый вход измерителя 12 отношений.

011= К11(О2 — U<), где K>1 — масштабный коэффициент блока 11 вычитания, На второй вход измерителя 12 поступает сигнал U12. Измеритель 12 отношений 10 реализует алгоритм

012= Оед = К11 Оед(1 -tg(/ x+45 ))

011 о

О2

15 где Оед — напряжение единичного уровня.

Получим выражение для Л рх — погрешности измерения у >:

-20 р> =arctg(1 ) — 45 .

О 12 о

К11 Оед

Формула для h p< определяется по общему правилу из следующего выражения (см. книгу: Пискунов Н.В, Дифференциаль- 25 ное и интегральное вычисление для втузов.

М.; Гос, издат. физико-математической литературы, 1962, с. 259):

30 Px О12 + а д О12

+ Л К11 + ЛОед д д

ЭКЮ д Оед

Откуда получим

1 - 92 (P< + 45 ) 40 (0ед + К11 412 ) где pep, K11 0)2 — относительные по45

ГРЕШНОСтИ УСтаНОВКИ НаПРЯжЕНИй Оед, U<2 и масштабного коэффициента К11.

Погрешность измерения малых р, тем слабее зависит от 0 д ок11 012 e eH uje фазовый 50 сдвиг, измеряемый фазометром, т.е. чем ближе к единице tg (х + +45О) и, следовательно, чем меньше первый сомножитель.

При р, = 1 расчетная погрешность измерения составляет и 0,002 при относитель- 55 ных погрешностях установки напряжения

Оед, U12 и масштабного коэффициента К11—

- - 10о

Расчеты показывают, что при максимальном уровне напряжения на выходе детектора, равном 10 В, сигнал, соответствующий 0,001О, составляет = 174 мкВ. Поэтому выравнивание электрических длин каналов при первой калибровке можно осуществить с точностью не хуже

= 0,001О.

Расчетная погрешность установки сорокопятиградусного фазовращателя при второй калибровке может быть также сведена к значению = 0,001О, которому соответствует напряжение на входе индикатора 14, равное = 70 мкВ.

Таким образом, введение в фазометр новых элементов и связей позволяет повысить точность измерения малых фазовых

СДВИГОВ.

Использование предлагаемого измерителя позволяет снизить затраты на измерения за счет расширения функциональных возможностей, так как фазометр работает с высокой точностью как в обычном режиме, так и в режиме измерения малых фазовых сдвигов.

Формула изобретения

Двухканальный фазометр, содержащий последовательно соединенные управляемый фазовращатель, блок сумма-разность, дифференциальный квадратичный детектор, низкочастотный коммутатор и арктангенсный преобразователь, а также блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, второй выход — с управляющим входом низкочастотного коммутатора и третий выход — с управляющим входом арктангенсного преобразователя, причем второй вход блока сумма — разность является первым входом фазометра, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения малых фазовых сдвигов, в него введены последовательно соединенные блок памяти, блок вычитания, измеритель отношений, переключатель и блок индикации, а также фазовращатель на 45О, вход которого является вторым входом фазометра, а выход соединен с входом управляемого фазовращателя, кроме того, первый выход низкочастотного коммутатора соединен с входом блока памяти, а второй выход — с вторым входом блока вычитания и вторым входом измерителя отношений, а выход арктангенсного преобразователя соединен с вторым входом переключателя.

1800384

40

50

Составитель А.Трушкин

Техред M. Ìoðãåí Tàë Корректор Л,Ливринц

Редактор

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

Заказ 1162 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5