Цифровой фазометр

 

(- 38 388

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (61)ДОполнительное к авт. свил-ву

Я (51} М. Кл.

601 7 25/04 (22) Заявлено 11.06.76(21) 2370696/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 25.08.79Бюллетень № 31 (53) УДК621.317. . 77(0 88. 8) Дата опубликования описания 28.08. 79 (72) Автор изобретения

А. К. Васильев (73) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании приборов для точного измерения разности фаз между двумя

ВЧ сигналами при малом времени измерения с выдачей результатов измерения . в цифровой форме.

Известны цифровые фазометры, содержашие смесители, усилители промежуточной частоты, фазоврашатель, гетеродины, усилители-ограничители, формирователь прямоугольного импульсат пропорционального измеряемой разности фаз, преобразователь длительность импульса-число импульсов, электронный счетчик с цифровой индикацией и схему управления (1).

Достоинствами указанных фазометров являются высокая точность измерений, цифровал индикация измеряемой разности фаз и авто мати з и рованны и режим из мерений, а к погрешностям относятся жесткие требования к стабильности частоты измеряемых "сигналов к уровням входных сигналов и недостаточные пределы измеряемой разности фаз.

Наиболее близким к- изобретению техническим решением является фазометр, содержаший в двух каналах последовательно соединенные смесители и усилители-ограничители, обший для двух каналов гетеродин .с системой автоматической подстройки частоты, электронный фазоврашатель, выполненный с использованием смесителей, линии задержки и управляемого гетеродина, один из выходов которого подключен к смесителю,соединенному с цифровым частотомером, систему автоподстройки фазы, включаюшую фазовый детектор с интегрируюшим фильтром и усилителем, генератор подключен-, 1

f ный к второму входу смесителя, соединенного с цифровым частотомером, причем выход второго усилителя-ограни штеля подключен к второму входу фазового детектора системы автоподстройки

Фазы (2).

683 388

1$

3

Устройству свойственна низкая точность измерения разности фаз, обусловленная различной электрической длиной каналов (первый канал "длиннее" второго на электрическую длину электронного фазоврашателя), нелинейностью частотно-фазовой характеристики электронного фазоврашателя и нестабильностью частоты генератора в цепи выделения разностной частоты, счет которой выполняет частотомер, а также недостаточные пределы измеряемой разности фаз.

Бель изобретения — расширение пределов измерения разности фаз и повышение точности измерения.

Это достигается за счет того, что в устройстве, содержашем в двух каналах последовательно соединенные смесители и усилители-ограничители, обший для двух каналов гетеродин с системой автоподстройки частоты, третий смеситель, выход которого подключен к входу цифрового частотомера, электронный фазоврашатель, первый вход которого подключен к выходу усилителяэграничителя первого канала, второй вход соединен с первым входом третьего смесителя, своим выходом связанного с входом цифрового частотомера, а выход электронного фазоврашателя подключен к первому входу системы автоподстройки фазы, первый выход которой связан с третьим входом электронного фазоврашателя, дополнительно введен второй электронный фазоврашатель, пеовый вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя второго канала и входу системы автоподстройки частоты, второй вход соединен с вторым входом третьего смесителя, третий вход — с вторым выходом системы автоподстройки фазы, а выход второго электронного фазоврашателя подключен к второму входу системы автоподстройки фазы, третий и четвертый входы которой связаны с выходами системы автоподстройки частоты.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого цифрового фазометра.

Он состоит из смесителей 1 и 2, усилителей-ограничителей 3 и 4, общего гетеродина 5 с системой автоподстройки частоты 6, включаюшей управ-. ляемый переключатель 7 промежуточной частоты, фильтры (колебательные контуры) 8 El 9, симметрично рагсмотренные относ;ительно промсжуточной час.то2$

3$

4$

$0

$$ ты, г.умматор 10, амплитудный детектор 11, низкочастотный угилитель 12 переменного напряжения, фазовый детектор (низкочастотный синхронный детектор)

13, интегрируюший фильтр 14- и генератор опорных напряжений 15, электронных фазоврашателей 16 и 17, состояших из смесителей 18, 19, О, 21, линий задержки 22, 23 управляемого гетеродина 24 в первом канале и управляемого гетеродина 25 во втором канале; системы автоподстройки фазы 26, включаюшей управляемый переключатель 27 промежуточной частоты, фазосдвигаюшие цепи 28 и 29, осушествляюшие т сдвиг фазы на про»ежуточной частоте соответственно на 7С и7Ц2, сумматор 30, амплитудный детектор 31, низкочастотный усилитель 32 переменного напряжения (сигнала ошибки), фазовый детектор (низкочастотный синх ронный детектор)

33 и интегрируюшие фильтры 34 и 35, смесителя 36 и цифрового частотомера 37.

Работает устройство следуюшим образом.

В исходном состоянии генератор опорных напряжений 15 выдает, напри« мер, прямоугольное напряжение (меандр) частоты 4 кГц на управляемые переклк чатели 7 и 27, а также на низкочастотные фазовые детекторы 13 и 33 систем автоматической подстройки частоты 6 и фазы 26. Управляемые гетеролины 24 и 25 электронных фазоврашателей настроены на одну и ту же частоту, поэтому колебания разностной частоты на выходе смесителя 36, а следовательно на входе цифрового частотомера 37, работающего в непрерывном режиме, например, с временем сче— та 1 М сек, отсутствуют. Подключив на входы цифрового фазометра источники высокочастотных колебаний, разность фаз между которыми необходимо измерять, подстраивают обший гетеродин 5 до появления на выходах усилителейограничителей 3,4 сигналов. асть сигнала с усилителя-oãðàíè÷èòeëÿ 4 поступает на переключатель 7, с выходов которого через симметрично рас:строенные относительно промежуточной частоты фильтры 8 и 9 прямоугольные радиоимпульсы поочередно поступают на сумматор 10. С в попа последнего непрерывное модулированное IIo амплитуде колебание (частота и форма модуляции

681388

5 совпадают по частоте и форме с напряжением генератора 15, глубина модуляции определяет величину расстройки по частоте, а синфазность или противофазность огибаюшей по отношению к напряжению генератора 15, как частотной 5 расс тройки ) дете ктир уетс я.

Выделенная огибаюшая усиливается и поступает на НЧ фазовый детектор 13, постоянная составляюшая с выхода которого через интегрируюший фильтр 14 <о поступает на подстраиваемый обший гетеродин 5, обеспечивая тем самым стабилизацию промежуточной частоты.

Сигналы промежуточной частоты с выходов усилителей-ограничителей через электронно-управляемые фазоврашатели 16 и 17 поступают соответственно на вход управляемого напряжением ГОНа переключателя 27 и фазосдвигаюсцую цепь 29.

Прямоугольные радиоимпульсы промежуточной частоты с выходов переключателя

27 поочередно в фазе или противофазе (обеспечивается фазосдвигаюшей цепью 28) по отношению к входному сигналу поступают на вход сумматора 30, на третий вход которого с выхода фазосдвигаюшей цепи 29 (обеспечивает сдвиг фазы наЯ2), поступает непрерывное колебание промежуточной частоты второго канала. С выхода сумматора 30 непрерывное амплитудно модулированное колебание промежуточной частоты (частота и форма модуляции совпадают по частоте и форме с напряжением генератора 15, глубина модуляции определяет величину расстройки по фазе, а синфазность или противофазность огибаюшей по отношению к напряжению генератора — знак фазовой расстройки) детектируется. Выделенная огибаюшая усиливается и поступает на НЧ фазовый зо детектор 33 аналогично тому, как это осушествляется в системе автоподстройки частоты. Противофазные напряжения (разнополярные напряжения) с противо43 положцых плеч II I фазового детектора 33 через идентичные интегрируюшие фильтры

34 и 35 поступают на соответствуюшие входы управляемых гетеродинов 24 и 25 электронных фазоврашателей 16, 17 и компенсируют разность фаз сигналов промежуточной ча<:тоты на их входах. .: В результате смешения смешенных по частоте колебаний управсt яемых гетеродинов 16 и 1 пь деляется разностная час:тота, псн-плрпиопкп,цая компенсированной, а следовательно, измеряемой б разности фаз, и измеряе Гся цифровым частотомером 37.

Изменение разности фаз на входах фазометра автоматически отслеживается системой автоподстройки фазы 26 и двумя электронно управляемыми фазоврашателями 16, 17, а соответствующие ей цифровые отсчеты индициоуются индикатором цифрового частотомера 37.

По предлагаемой схеме цисЬоового фазометра был изготовлен лабораторный макет, испытания которого подтвеоднли его работоспособность я преимушества перед прототипом, Так была получена чувствительность (по измеояемой разности фаз), составляюшая доли градуса (это получено без принятия мер снижаюших коэффициент шума в системах автоподстройки частоты и фазы). пределы о измерения разности фаз +410 при нелинейности характеристики "разность фаз на входе фазометра — разность фаз, индицируемая цифровым частотомером порядка 5 — 7 (эта нелинейность обусловлена низкими частотными свойствами линии задержки, применяемой в электронных фазоврашателях 16 и 17, коэффициент стабилизации частоты системой автоподстройки частоты OOOO.

Следует заметить, что отключение входа управляемого гетероднна одного из электронных фазоврашателей от системы автоподстройки фазы, что соответствует прототипу при измерении чувствительности, пределов измеоения разности фаз и нелинейности характеристики, вызывает снижение чувствительности примерно .. вдвое, сужение пределов измерения разо ности фаз до — "240 -(- 190 / и повышение нелинейности до 18-20

Следует отметить, что по схеме прелложенного цифрового фазометра могут быть построены приборы не только для измерения разности фаз между непрерывными высокочастотными колебаниями, но и между высокочастотными импульс..— ными колебаниями (между радиоимпульcaMH), для чего B y-„тройство должны быть введены синхронизатор и управляемые пиковые детекторы, которые необходимо включить между детек.тором и усилителем в каждой tt;3 с:истем автоподстройки частоты и фазы.

Формула изобретения цифровой фазометр, содержспппй и двг каналах последовательно поедя с. н

68 1388 смесители и усилитеай-ограничители, обший для двух каналов гетеродин с системой автоподстройки частоты, третий смеситель, выход которого подключен к входу цифрового частотоме ра, электронный фазоврашатель, первый вход которого подключен к выходу усилителя ограничителя первого канала, второй вход соединен с первым входом третьего смесителя, своим выходом связанного с входом цифрового частотомера, а выход электронного фазоврашателя подключен к первому входу системы автоподстройки фазы, первый выход которой связан с третьим входом электронного фазоврашателя, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения пределов измерения и повышения точности измерения, в него дополнительно введен второй электронный фазоврашатель, первый вход которого подключен к выходу усилителя огра ичителя второго канала и входу системы автоподстройки частоты, второй вход соединен с вторым входом третьего смесителя, третий axon — с вторым выходом системы автоподстройки фазы, а выход второго электронного фазоврашателя подключен вк второму входу системы автоподстройки фазы, третий и четвертый входы которой связаны с выходами сис<о темы автоподстройки частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Валитов P. Л. и др. Радиотехничес15 кие измерения. - М.: Сов. Радио, 1970, с. 564.

2. Авторское свидетельство СССР

% 347680, кл. G01 Р 25/04, 1971, (прототип) .

ППИИПИ Заказ 5080/42

Тираж 1090 Подписное

Филиал ППП "Патент", г,Ужг< род, ул. Проектная, 4