Высокочастотный фазометр

 

О П И С А Н И Е (и930155

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 16. 07. 80 (21) 296 1655/18-21 с присоединением заявки И (23) Приоритет

Опубликовано 23.05. 82. Бюллетень JA 19

Дата опубликования описания 23.05.82. (5 I ) M. Кл.

6 01 К 25/01

9вударстекнай кавтет сМр не денем нзоеретеннй н еткрытнй (53) УДК 621.317, ° 1 7 (088. 8) - .

Киевс ии ордена Ленина олитехническии инсти .уд ФКГ .з- . им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революций " ;.:. (54) ВЫСОКОЧЛСТОТНЫИ ФАЗОИЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использ ов ано для из мер ения фаз овых хар актеристик сигналов и устройств.

Известны устройства для измерения разности фаэ высокочастотных сигналов, принцип действия которых основан на преобразовании частоты сигналов в промежуточную частоту с помощью общего импульсного гетеродинного напряжения, с последующим усипением и стабилизацией уровней сигналов промежуточной частоты и индикацией измеренной разности фаз (12 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является .высокочастотный фаэометр, в котором для увеличения развязки между измерительными каналами гетеродинное напряжение на смесители-кван». тователи подают с задержкой, т.е. через линии задержки (22.

Недостатками известного фаэометра являются большие погрешности измерений, узкий рабочий диапазон частот, отсутствие возможности миниатюризации, сложность схемной реали5 зации, обусловленные неидентичностьюу относительной уэкополостью температурнбй нестабильностью линий задержки и наличием в них отражений.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение частотного диапазона.

Поставпенная цель достигается тем, что в высокочастотном фазометре, содержащем гетеродин, индикатор и преобразователь частоты, входы которых являются входами фазометра, а выходы соединены с соответствующими входами двух усилителей, между выходами усилителей и входом индикатора введен умножитель разности фаэ, а преобразователь частоты выполнен из двух смесителей, причем диоды одного смесителя по полярности вклю930155 чены встречно соответствующим диодам второго смесителя, а вторые входы

Смесителей объединены и подсоединены к выходу гетеродина.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы гетеродинного напряжения, формируемого в виде последовательности чередующихся разнополярных им пульсов, на фиг. 2 — структурная схема фазометра, на фиг. 3 — принципиальная схема преобразователя частоты по высокой частоте..

Фаэометр. содержит преобразователь

1 частоты гетеродина 2, усилители

З.и 4 с автоматической регулировкой усилителя, умножитель 5 разности фаз и индикатор 6. Преобразователь 1 частоты содержит два балансных смесителя-квантователя.

Первый смеситрль-квантователь ABCD выполнен на диодах 7-10, имеет сигнальный вход 16, сигнальный выход 18 и симметричный гетеродинный вход

19-20. Второй балансный смесительквантователь ИНОР выполнен на диодах

ll-14, имеет сигнальный вход 15, сигнальный выход 17 и тот же симметричный гетеродинный вход 19-20. Цепи по постоянному току смещения на схеме условно не показаны. Диоды одного смесителя квантователя (диоды

7, 8,,9, 10) включены встречно соответствующим диодам (диоды 11, 12, 13, 14) второго смесителя-квантователя, а вторые входы смесителей-квантов@телей объединены.

Исследуемые сигналы а "1=>„c< {®4+9 ) и О = сов(ы1 ag ) подаются на входы устройства, т. е. на сигнальные входы преобразователя

1 частоты. К гетеродинному входу ПЧ! . подводят напряжение гетеродина 2, представляющее собой, как показано на фиг. 1, последовательность чередующихся разнополярных импульсов. Напряжение.гетеродина 2 может быть представлено как сумма двух периодических последовательностей положительной и отрицательной полярности, имеющих одинаковый период повторения и различное временное запаздывание t< и й,) (в пределах периода Т) относйтельно начала координат, т.е.

ОГ=ОГ1 0,, (4) М= (КЯУ-Ч„(ка), (Е) где

1 ОР

+,= С 1 „(КЯЦ(КЯ -В„);()

К=

gOO

"г - т,„+(KQ))co5(Kgg-e ), (з) где I S (КЯ )! и 15 g(KQ)1 - амплитудные спектры видеоимпульсных последовательностей, К вЂ” номера гармоник спектров, Я вЂ” круговая частота повторения последоватепьностей, 8q =Nt-V<(KQ ), В КЯ - 6 (%2) -7 - фаэовые

re спектры (ФС ) видеоимпульсных последовательностей, в которых КЯй и !Яй линейные части, r!rgKQ) и rr (IQ) - нелинейные части ФС, а М учитывает отрицательную полярность.

Преобразовательные элементы смеси15 телей-квантователей включены встречно, чтобы один иэ них преобразовал частоту при воздействии на него импульсов только положительной последовательности (2 ), а другой — при воздействии импульсов только отрицательной последовательности (3 ). Благодаря поочередной работе отдельных смесителей развязка преобразователя увеличивается на.величину развязки

25 закрытого квантователя (порядка 3040 дБ) по сравнению с устройством с однополярной гетеродинной последовательностью импульсов, что позволяет иметь только один гетеродинный каЗО нал. Напряжение промежуточнои частоты

:Я =Н-К.Я на выходах соответствующих и 1

СК можно представить выражением

0 = -Д. „ „(К„Я,) СОЬ(Яф+Ч + „)! (4)

U„= -d, 6 1(К„Я соь(ЯпФi g<>Q p) где d — постоянный коэффициент передачи СК, i — индекс, указывающий номер гармоники. Амплитуды сигналов (4) и (5) пропорциональны амплитудам входных сигналов, а разность фаз

Р=Ч " +ч (6) состоит из следующих слагаемых

45 а) измеряемой разности фаз входных сигналов

Ч=М -qq. б) фазового сдвига

so (Ы„К 1)д, d.„=(, q )р (ð) обусловленного линейными частями

ФС и зависящего от номера выбранной гармоники ФС, взаимного временного запаздывания между последовательно55 стями (2) и.(3) и разнополярности виде оимпульсо в в) фазового сдвига

-5 9301 обусловленного-нелинейными частями

ФС и зависящего. от номера .гармоники и неидентичности форьы видеоимпульсов (2) и (3). Величина (8) является нулевой линией и учитывается или измеряется при калибровке.

Фазовый сдвиг (7) зависит от неличины с " и номера гармоники. Одним из наиболее легко реапизуемых режимов формирования гетеродинного íà- tp пряжения является такой, при котором каждый импульс одной полярности генерируют равноудаленным от соседних импульсов другой полярности. Для этого режима d.< =0,5. Из гармони- 1s ческого сигнала частотыЯ с помощью усилителя-ограничителя формируют напряжение в виде меандра, которое дифференцируют с помощью дифференцирующей цени. В результате получают ге- щ теродинное напряжение в виде последовательности равноотстоящих друг от друга разнополярных импульсов.

Для такой последонательности гетеродинного напряжения выражение (7) 2$ преобразуется к виду

При нечетных К выражение (9) крат. но 2, а при четных К - кратно1(. По- gp этому в процессе измерений при изменении К будет иметь место неопределенность показаний устройства, равное11; Для ее исключения необходимо, чтобы всегда была кратна 2 . Это условие выполняется умножением разности фаз сигналов после усилителей

3, 4 н четное число раз п2,4,6,-..., т,е, ф = (К+1)Уп=23Щ m=2,3,4,5 (1о) 40

Процесс подстройки гетеродинного напряжения можно автоматизировать, 1 для чего необходимо на управляющий вход гетеродина подать напряжение про-« межуточной частоты.

Коэффициент умножения разности фаз выбирают в зависимости от требований обеспечения заданной чувст55 6 вительности фазометра (малое и например п=2, при измерении боль шой разности фаз и большое и, например п=10, 36, и др. при измерении мапой разности фаэ) . умноженная в и раз разность фаз (6) с учетом (10) примет вид « =«ЧiЯЛв+«ч . («)

Поскольку 2Jn не влияет на измерение разности фаз, à nV учитывается при калибровке то измерение п Р однозначно. определяет и М.

Предлагаемьп фаэометр обеспечивает существенный .экономический эффект, который обусловлен.увеличением возможности миниатюризации, а также расширением частотного диапазона и повышением точнЪсти измерений.

Формуйа изобретения

Высокочастотный фазометр, содержащий гетеродин, .индикатор и преобразователь частоты, входы которого являются входами фазометра, а выходы соединены с соответствуицими входами двух- усилителей, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и поньпиения точности измерений, между выходами усилителей и входом индикатора введен умножитель разности фаз, а преобразователь частоты выполнен иэ двух смесителей, причем диоды одного смесителя по полярности включены встречно соответствующим диодам второго смесителя, а вторые входы смесителя объединены и подсоединены к выходу гетеродина.

Источиики информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иирский Г.Я. Радиоэлектронные

° ° ° ° ° ° измерения. М., ™Энергия", 1969, с. 336-338.

2. Авторское свидетельство СССР Р 4 15605, кл. G 01 Й 25/00, 1974.