Способ измерения частоты сигнала в устройстве оперативного измерения интерференционного типа на линиях задержки Российский патент 2020 года по МПК G01R23/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного измерения частоты непрерывных СВЧ-сигналов в широком диапазоне частот.

Известен способ измерения частоты сигнала в устройстве оперативного измерения интерференционного типа на линиях задержки [1]. Сущность способа заключается в измерении разности фаз с помощью фазового детектора между задержанным в линии задержки сигналом и незадержанным сигналом. Используется две линии задержки и два фазовых детектора. Диапазон однозначно измеряемых частот обратно пропорционален разности времени задержки линий задержки. Неоднозначность измерения частоты разрешается с помощью китайской теоремы об остатках.

Недостатком данного способа является наличие частотных участков, в которых функции преобразования обоих фазовых детекторов имеют малую крутизну, что повышает погрешность измерения. Снижение погрешности возможно за счет уменьшения разности между временем задержки первой и второй линии задержки, при этом диапазон однозначно измеряемых частот уменьшается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является способ измерения частоты СВЧ-сигналов [2]. Сущность способа заключается в измерении разности фаз с помощью фазового детектора между задержанным в линии задержки сигналом и незадержанным сигналом. Используется несколько линий задержки и фазовых детекторов. Линия задержки с наименьшим временем задержки используется для грубого измерения частоты (разрешения неоднозначности измерения частоты). Линия с наибольшим временем задержки используется для точного измерения частоты.

Недостатком данного способа является громоздкость, вызванная необходимостью применения нескольких линий задержки, минимальное и максимальное время задержки которых, для достижения заданной точности и диапазона рабочих частот должно отличаться в несколько раз.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы при сохранении точности измерения частоты.

Целью изобретения является снижение громоздкости за счет снижения требуемого числа линий задержки и изменения алгоритма работы.

Заявленный результат достигается тем, что в способе измерения частоты сигнала проводят усиление-ограничение входного сигнала, полосовую фильтрацию, синфазное делении сигнала, задержку сигнала в первой и второй линии задержки, фазовое детектирование незадержанного и задержанного в первой линии задержки сигнала в первом фазовом детекторе, фазовое детектирование незадержанного и задержанного во второй линии задержки сигнала во втором фазовом детекторе, обработку напряжений от первого и второго фазовых детекторов в вычислительном устройстве, причем сигналы, пропущенные через первую и вторую линии задержки, подают дополнительно на третий фазовый детектор, при этом неоднозначность измерения частоты по напряжениям первого и второго фазовых детекторов устраняют с помощью напряжения третьего фазового детектора.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа измерения частоты сигнала в устройстве оперативного измерения интерференционного типа на линиях задержки. На фиг.2 представлены напряжения на выходах первого, второго и третьего фазовых детекторов (графики помечены цифрами 1,2,3 соответственно).

Устройство для реализации способа измерения частоты сигнала в устройстве оперативного измерения интерференционного типа на линиях задержки содержит: усилитель-ограничитель 1, полосовой фильтр 2, синфазный делитель мощности 3, линии задержки 4.1 и 4.2, фазовые детекторы 5.1, 5.2, 5.3, вычислительное устройство 6.

Способ измерения частоты сигнала в устройстве оперативного измерения интерференционного типа на линиях задержки осуществляется следующим образом. Входной сигнал подвергают усилению-ограничению в усилителе 1, полосой фильтрации в фильтре 2, синфазному делению на четыре части в делителе мощности 3. Первую часть подают на один из входов фазового детектора 5.1 непосредственно, вторую часть задерживают в линии задержки 4.1 и подают на другой вход фазового детектора 5.1, с выхода линии задержки 4.1 сигнал также подают на один из входов фазового детектора 5.3. Третью часть задерживают в линии задержки 4.2. С выхода линии задержки 4.2 сигнал подают на один из входов фазового детектора 5.2, а также на один из входов фазового детектора 5.3. Четвертую часть подают на другой вход фазового детектора 5.2 непосредственно. Фазовые детекторы 5.1, 5.2, 5.3 формируют следующие функции преобразования:

; (1)

; (2)

, (3)

где А_5.1, А_5.2, А_5.3 – коэффициенты пропорциональности;

f – частота входного сигнала, Гц;

ф₁ – время задержки линии задержки 4.1, с.;

ф₂ – время задержки линии задержки 4.2, с.

Графики выражений (1) – (3) представлены на фиг. 2 (под цифрами 1,2,3 соответственно). Как видно из выражений (1) – (3) и графиков на фиг. 2, использование разности фаз сигналов, пропущенных через линии задержки 4.1 и 4.2, эквивалентно введению дополнительного измерительного канала с временем задержки линии задержки ф₂ – ф_1, что позволяет расширить диапазон однозначно измеряемых частот без введения дополнительной линии задержки. При этом время задержки линий задержки 4.1 и 4.2 выбирается исходя из требуемой погрешности измерения, а диапазон однозначно измеряемых частот определяется разностью ф₂ – ф₁.

Из приведенного описания способа также ясно, что заявленный способ может быть расширен на большее число линий задержки.

Список использованных источников

1. Tsui, J.B.Y., McCormick, W. S. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with only two delay lines. Патент США №4963816.

2. Tsui, J.B.Y., Hedge, J.N. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signals capability. Патент США на изобретение №5291125.

Использование: для оперативного измерения частоты непрерывных СВЧ-сигналов в широком диапазоне частот. Сущность изобретения заключается в том, что способ широкополосного измерения частоты СВЧ-сигнала, заключающийся в усилении-ограничении входного сигнала, полосовой фильтрации, синфазном делении сигнала, задержке сигнала в первой и второй линии задержки, фазовом детектировании незадержанного и задержанного в первой линии задержки сигнала в первом фазовом детекторе, фазовом детектировании незадержанного и задержанного во второй линии задержки сигнала во втором фазовом детекторе, обработке напряжений от первого и второго фазовых детекторов в вычислительном устройстве, при этом сигналы, пропущенные через первую и вторую линии задержки, подают дополнительно на третий фазовый детектор, при этом неоднозначность измерения частоты по напряжениям первого и второго фазовых детекторов устраняют с помощью напряжения третьего фазового детектора. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения габаритных размеров и массы при сохранении точности измерения частоты. 2 ил.

Способ широкополосного измерения частоты СВЧ-сигнала, заключающийся в усилении-ограничении входного сигнала, полосовой фильтрации, синфазном делении сигнала, задержке сигнала в первой и второй линии задержки, фазовом детектировании незадержанного и задержанного в первой линии задержки сигнала в первом фазовом детекторе, фазовом детектировании незадержанного и задержанного во второй линии задержки сигнала во втором фазовом детекторе, обработке напряжений от первого и второго фазовых детекторов в вычислительном устройстве, отличающийся тем, что сигналы, пропущенные через первую и вторую линии задержки, подают дополнительно на третий фазовый детектор, при этом неоднозначность измерения частоты по напряжениям первого и второго фазовых детекторов устраняют с помощью напряжения третьего фазового детектора.