Радиоимпульсный фазометр

 

О П пц 567I49

Союз Советскик

Социалистиыескик

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.12.75 (21) 2199072/21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.77. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 15.08.77 (51) М. 1 ;л."- G 01 25, 00. ссур врстеенный KDINTBT

Совета Мнннстрсв СС6Р

0р делей нзсеретеннй и аткрилй (53) УДК 621.317.373 (088.8) (72) Авторы изоопетснпя (71) Заявитель

Н. С. Жилин и В. А. Майстренко

Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (54) РАД И О ИМ П УЛ ЬС Н Ы 14 ФАЗ ОМ ЕТР

Изобретение относится к технике измерения разности фаз радиосигналов и может быть использовано в радиотехнических фазовых системах в качестве индикаторного блока.

Известны фазометры, содер>кашне в ка>кдом из каналов последовательно соединенные входное устройство и смеситель, выход которого связан с фазоиндикатором, причем гетеродиннь.е входы смесителей подключены к подстраиваемому генератору, общему для обоих каналов.

Недостаток этик фазометров — низкая точность измерения разности фаз между высокочастотными заполнениями радиоимпульсных сигналов большой скважности и моноимпульсных радиосигналов малой длительности.

Цель изобретения — повышение точности измерения фазовых сдвигов между высокочастотными заполнениями радиоимпульсных сигналов большой скважности и моноимпульсных радиосигналов малой длительности, а также повышение быстродействия фазометра.

Это достигается тем, что фазометр, содержащий два входных блока, два смесителя, два измерительных канала, соединенных своими первыми входами со смесителями, а выходами — с фазоиндикатором, снабжен двумя линиями задержки, амплитудным детектором, усилителем-ограничителем и опорным генератором, причем выход п рвого и второго входных блоков присоедш;:сны соответственно через первую и вторую линии задер:;In! к первым в. одам первого и второго смесителей, выход первого входного блока через последовате fbHQ включенные амп".èòóäíûé детектор и усилитель-ограничитель присоединен к вторым входам каналов, выход опорного генераторг подключен к третьим входам каждого из

10 двух каналов, выход каждого из ка..алов присоединен соответственно к тетеродннному входу первого и второго смесителей; каждый из измерительных каналов содержит первый и второй фазовые детекторы, фазовращатель, 15 пороговое устройство, подстрапвасмый генератор, управляющий элемент, кл.оч управления, запоминающее устройство, формирователь управляющего напряжения и сумматор, причем первые входы первого и в-,орого фазо20 вых детекторов соединены, а выход первого фазового детектора через кл|оч управления и запоминающее устройство подключен к первому входу сумматора, второй гход которого через последовательно включенные формиро25 ватель управляющего напряжения и пороговое устройство присоединен к выходу второго фазового детектора, второй вход которого подсоединен к выходу фазовращатсля, выход сумматора через управляющий элемент под30 ключен к входу подстраиваемого генератора.

567149

35

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого радиоимпульсного фазометра.

Фазометр содержит входные блоки 1 и 2, линии 3 и 4 задержки, смесители 5 и 6, фазо,вый детектор 7 первого канала, фазовый детектор 8 второго канала, ключи 9 и 10 управления, запоминающие устройства 11 и 12, сумматоры 13 и 14, управляющие элементы 15 и

16, подстраиваемые генераторы 17 и 18, фазовый детектор 19, пороговое устройство 20, формирователь 21 управляющего напряжения, фазовый детектор 22, пороговое устройство 23, формирователь 24 управляющего напряжения, опорный генератор 25, фазовращатели 26 и 27, амплитудный детектор 28, усилитель-ограничитель 29, фазоиндикатор 30.

Фазометр выполнен по симметричной двухканальной схеме. Смеситель, фазовый детектор, ключ управления, запоминающее устройство, сумматор и подстраиваемый генератор с управляющим элементом образуют в каждом из каналов следящую фазовую систему (СФС). Петля СФС замыкается ключом на время действия входного радиоимпульса, а в момент его отсутствия она размыкается, и запоминающее устройство сохраняет неизменным напряжение на управляющем элементе, а следовательно, частоту и фазу подстраиваемото генератора. Управление работой ключа управления осуществляется передним и задним фронтами видеоимпульса, сформированного из входного радиоимпульса одного из каналов цепью, состоящей из входного устрой-, ства, амплитудного детектора и усилителяограничителя.

Радио импульсы, между высокочастотными запоминаниями которых необходимо измерить фазовый сдвиг, через входные блоки 1 и 2, линии 3 и 4 задержки поступают на вход смесителей 5 и 6. На гетеродинный вход смесителя каждого из каналов подаются сигналы с соответствующих подстраиваемых генераторов

17 и 18, а с выходов смесителей сигналы промежуточной частоты следуют на входы фазовых детекторов 7, 19 в первом канале и детекторов 8, 22 во втором канале, На вторые входы фазовых детекторов 7 и 8 поступает сигнал опорного генератора 25 непосредственно, а на фазовые детекторы 19 и 22 через фазовращатель, осуществляющий сдвиг фазы опорного генератора на л/2, Устройство коррекции первоначальной расстройки частоты подстраиваемых генераторов позволяет подстройкой получить промежуточную частоту на выходе смесителя 5 (6), близкую к частоте опорного генератора 25, а следовательно, обеспечить работоспособность

СФС.

Выходные сигналы детекторов 7 и 8 поступают через ключи 9 и 10 на запоминающие устройства 11 и 12, которые могут представлять обычную емкость. Напряжение с выхода запоминающих устройств 11 и 12 поступает на сумматоры 13 и 14 напряжений, на второй вход каждого .из которых поступает сигнал с выхода соответствующего формирователя 21, 24 управляющего напряжения. Уровень напряжения каждого сумматора определяет величину емкости варакапов, используемых в качестве управляющих элементов 15 и 16, а следовательно, частоту и фазу сигнала лодстраиваемых генераторов 17 и 18. Сигнал с выхода каждого подстраиваемого генератора 17 и

18 поступает на гетеродинный вход соответствующего смесителя 5 и 6, и при замкнутом ключе 9 и 10 в каждом из каналов образуется СФС, которая отрабатывает начальную расстройку частот й„на входе детекторов 7 и

8 в режиме захвата при косинусоидальной хВрактеристике фазового детектора по формуле

q = are cos 0„/Q, где Q„=-(„р — f,„;

0, — полоса удержания системы;

Ч у — установившееся значение систематической фазовой погрешности.

Фазовая погрешность у,. может быть устранена устройством коррекции начальной настройки частоты в процессе измерений.

Разность фаз входных сигналов блоков 1 и

2 и сигнала генераторов 17 и 18 при Q„=O отрабатывается в первом приближении по закону

5q(t) =, ехр(— Р (т„) Я,ф где yo — начальная разность фаз входного сигнала и подстраиваемого генератора;

F (cpo ) — производная характеристика фазового детектора в рабочей точке сро, IC р„= — - И вЂ” значение разности фаз в

2 установившемся состоянии.

Основным требованием к СФС в предлагаемом фазометре является следующее требование к быстродействию tzÄÄ (ÄÄÄ где т„— длительность входных радиоимпульсов; гу,— время, в течение которого переходный лроцесс в системе практически заканчивается.

Например, <рЯ)(= („=0,02 рад.

В результате отработки СФС разности фаз входного радиоимпульса и подстраиваемого генератора 17 и 18 на выходе фаза непрерывных гармонических колебаний с некоторой погрешностью Л р равна фазе входного радиоимпульса соответствующего канала.

Погрешность Лср складывается из погрешности hcp(t)/1=т и фазовой погрешности, вносимой входным устройством и смесителем, причем последние составляющие при соответствующем подборе элементов в каналах на выходе фазометра компенсируются.

По окончании радиоимпульса ключи управления разрывают цепи СФС, а запоминающие устройства сохраняют тот уровень напряжения, который был на них к моменту окончания радиоимпульса, и, следовательно, частота и фаза подстраиваемых генераторов 17 и 18 остаются неизменными в течении времени Т, равного периоду следования радиоимпульсов.

567149

ЗЭ

5

Разность фаз непрерывных гармонических колебаний на выходе подстраиваемых генераторов может быть измерена с высокой точностью серийно выпускаемыми приборами.

В случае, если начальная фаза радиосигнала не меняется от импульса к импульсу, то усреднение может производиться за длительныи период времени, определяемый требуемой точностью измерений, в противном случае разность фаз непрерывных колебаний с выхода генераторов 17 и 18 должна быть измерена за время Т, которое при больших скважностях радиоимпульсных сигналов значительно больше длительности радиоимпульса т,.

В предлагаемом фазометре измерение разности фаз, сигналов с выходов подстраиваемых генераторов 17 и 18 осуществляется в блоке, состоящем из последовательно соединенных формирователя измерительного импульса и индикаторного устройства. Линии 3 и 4 задержки введены для того, чтобы скомпенсировать задержку видеоимпульса в цепи, состоящей из амплитудного детектора 28 и усилителя-ограничителя 29, так как в случае несовпадения времени прихода и окончания радиоимпульса с моментами открывания и закрывания ключей 9 и 10 могут возникнуть значительные погрешности измерения за счет изменения уровня напряжения на запоминаю,щих устройствах.11 и 12.

Кроме тото, дополнительная цепь предлагаемого радиоимпульсного фазометра, состоящая из фазового детектора 19 (22), порогового устройства 20 (23) и формирователя 21 (24) управляющего напряжения, связывает выход смесителя 5 (6) с вторым входом сумматора

13 (14). Второй вход фазового детектора

19 (22) через фазовращатель 26 (72) связан с выходом опорного генератора 25. Эта цепь предназначена для вывода СФС из «мертвой зоны», т. е. с участка характеристики фазового детектора 7 (8), соответствующего точке неустойчивого равновесия. На сумматор

13 (14) во время радиоимпульса поступает напряжение с выхода формирователя 21 (24) управляющего напряжения, не равного нулю лишь тогда, когда разность фаз на входе фазового детектора 7 (8) соответствует точке неустойчивого равновесия, так как в этом случае напряжение на выходе фазового детектора 7 (8) близко к нулю, а напряжение на выходе фазового детектора 19 (22) близко к максимуму. Выбором уровня порогового напряжения можно обеспечить запуск формирователя 21 (24) управляющего напряжения лишь на время, когда СФС находится вблизи точки неустойчивого равновесия. Уровень сигнала с выхода формирователя управляющего напряжения таков, что позволяет осуществить скачок фазы сигнала подстраиваемого генератора 17 (18) такой величины, что СФС выйдет из «мертвой зоны». При этом сигнал с выхода фазового детектора 19 (22) станет меньше порогового значения, так как СФС будет стремиться в точку устойчивого равновесия, и при этом сигнал с выхода фазового детектора 19 (22) будет всегда ниже порогового уровня. При всех других значениях фазовых расстроек на управляющий элемент 15 (16) поступает сигнал с выхода фазового детектора 7 (8). Для идеализированной системы

ФАПЧ при 0„=0 и косинусоидальной характеристике фазового детектора время переходного процесса определяется по формуле

= — — А„, Q), + 0,00436 где А„=1п

tg (45 +уо!2)

Таким образом, введенная цепь позволяет добиться значительного повышения быстродействия, если ее постоянная времени значительно меньше времени СФС.

Предлагаемая СФС существенно отличается от известных схем импульсно-фазовой автоподстройки частоты как связями, так и составом элементов, Предлагаемый фазометр способен р а ботать при малом числе периодов высокой частоты за длительность радиоимпульса т„. Кроме того, предлагаемый фазометр позволяет измерять разность фаз двух радиоимпульсов с длительностями на порядок и более меньшими, чем минимальная длительность сигналов у прототипа.

Экспериментально исследованный макет фазомегра на частоте, несущей 150 МГц, обеспечил длительность 0,2 мксек при скважностях 100 — 1000 с точностью не хуже +0,8, а переброс системы из зоны -5 относительно точки неустойчивого равновесия уменьшает время переходного процесса в 4 — 5 раз.

Формула изобретения

1. Радиоимпульсный фазометр, содержащий два входных блока, два смесителя, два измерительных канала, соединенных своими первыми входами со смесителями, а выходами— с фазоиндикатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, он снабжен двумя линиями задержки, амплитудным детектором, усилителем-ограничителем и опорным генератором, причем выход первого и второго входных блоков присоединены соответственно через первую и вторую линии задержки к первым входам первого и второго смесителей, выход первого входного блока через последовательно включенные амплитудный детектор и усилитель-ограничитель присоединен к вторым входам каналов, выход опорного генератора подключен к третьим входам каждого из двух каналов, выход каждого из каналов присоединен соответственно к гетеродинному входу первого и второго смесителей.

2. Фазометр по п. 1, отличающийся тем, что каждый из измерительных каналов содержит первый и второй фазовые детекторы, фазовращатель, пороговое устройство, подстраи567149

Составитель П. Лягни

Техред М. Семенов

Редактор Е. Караулова

Корректор Е. Хмелева

Заказ 1843/20 Изд. № 606 Тира>к 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

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

Типография, пр, Сапунова, 2 ваемый генератор, управляющий элемент, ключ управления, запоминающее устройство, формирователь управляющего напряжения и сумматор, .причем первые входы первого и второго фазовых детекторов соединены, а выход первого фазового детектора через ключ управления и запоминающее устройство подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через последовательно включенные формирователь управляющего напряжения и пороговое устройство присоединен к выходу второго фазового детектора, второй

5 вход которого подсоединен к выходу фазовращателя, выход сумматора через управляющий элемент подключен к входу подстраиваемого генератора.