Преобразователь фаза-напряжение Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

CD

сю

4

Изобретение относится к фавометрческой технике и может быть использовано для измерения фазового сдвига электромагнитной волны в гомодинных и супергетеродиннык СВЧинтерферометрах.

Известен преобразователь фазанапряжение для СВЧ интерферометра. Преобразователь состоит из формирователей импульсных последовательностей, триггера с раздельным запуком, фильтра частот и выходного каскада Г

Данный преобразователь имеет диапазон однозначного отс-чета фазы Q-2JI , что затрудняет измерение набегов фазы, больших этой величины.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь фазанапряхсение для СВЧ-интерферометра, который состоит из формирователей импулв,сных последовательностей, преобразователей временных интервалов, в качестве которых используются делители частоты, формирователей коротких Ш пульсов, триггеров с раздельны запуском, сумматора импульсных последовательностей, фильтра нижних частот и вьжодного каскада.

Входные клеглмы устройства соединены с входами соответствукзцих формирователей импульсных последовательностей. Выходы формирователей импульсньк последовательностей соединены с входами делителей частоты. Триггеры с раздельным запуском подключены к прямым и инверсным выходам делителей частоты по балансной схеме через формирователи коротких импульсов. Входы сумматора иглп.ульсных последовательностей соединены с выходами триггеров, а выход сумматора соединен с выходным.каскадом через фильтр нижних чгштот 2,

Однако несмотря на двухкратное увеличение быстродействия за счет применения балансового режима в известном устройстве сохранилось основное свойство преобразователей фаза-напряжение с делителями частоты, используемыми в качестве преобразователей временных интервалов, заключающееся в. том, что при расширении диапазона однозначного . отсчета фазы в некоторое число раз во столько же раз уменьшается быстрдействие.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее формирователи импульсных последовательностей, сумматор импульсных последовательностей, фильтр ниж

них частот и ВЕЛХОДНОЙ каскад, приче выход сумматора соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с выходньм каскадом, введены два распре,целителя импульсов на N выходов Кс1ждый, а также N триггеров с раздельным запуском и N формирователей коротких импульсов, причем входы распределителей импульсов соединены с соответствующими выходами формирователей импульсных последовательностей, а одноименные выходы обоих расппеделителей импульсов через формирователи коротких импульсов соединены с входами триггеров с раздельным запуском, выходы триггеров соединены с входами сумматора.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсных последовательностей, распределители 3 и 4 импульсов, формирователи 5 - 12 коротких импульсов, триггеры 13 - 16 с раздельным запуском, сумматор 17 импульсных последовательностей, фильтр 18 нижних частот, выходной каскад 19.

При этом входы формирователей 1 и 2 импульсных последовательностей соединены с входнья ш клеммами уст5 ройства, а выходы - с входами распределителей 3 и 4 импульсов, одноименные выходы распределителей 3 и 4 импульсов соединены с входами триггеров 13 - 16 через формировате0 ли 5 - 12 коротких шлпульсов, выходы триггеров 13-16 соединены с входами cyivMaTopa 17, выход которого соединен с входом выходного каскада 19 через фильтр 18 ниж- них частот.

Устройство работае следующим образом.

На вход формирователей 1 и 2 импульсных последовательностей поступают синусоидальные колебания с измерительного и опорного каналов, содержащие информацию |Ьб изменении фазы. Формирователи 1 и 2 импульсных последовательностей преобразуют синусоидальные колебания в прямоугольные и подают их на вход распределителей импульсов.

Информация о фазовых изменениях, содержащаяся в передних фронтах импульсных последовательностей, поступающих на вход распределителей 3 и 4, передается передним фронтам импульсов на выходах распределителей $ 3 и 4.

Ид пульсы со всех выходов распределителей 3 и 4 укорачиваются формирователями 5-12 коротких импульсо до величины, минимально необходимой для переключения триггеров 13-16 с раздельным запуском.

Триггеры 13 - 16 с раздельным запуском переключаются от коротких импульсов, поступающих с соответствующих выходов распределителей 3 и 4 и преобразуют фазовый сдвиг, заключенный во временном положении коротких импульсов, в длительность импульса напряжения на их выходах.

Импульсы напряжения с выходов триггеров 13 - 16 с раздельным запуском поступают на вход cyiviMaTOpa 17 импульсных последовательностей, который производит преобразование импульсов напряжения в нормализованные по амплитуде импульсы тока и суммирует их.

Фильтр 18 нижних частот преобразует импульсы тока, поступающие на. его вход, в напряжение и выделяет информацию о сдвиге фазы в исходных колебаниях.

Для ooBfimieHHH на грузочной способности устройства информация ечитывается при помощи выходного каскада 19, подключенного к выходу фильтра нижних частот.

Перед началом измерений устройство устанавливается в исходное состояние подачей импульса на установочный вход распределителей 3 и 4

Временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого.преобразователя фаза-напряжение, приведены .-на фиг.2, где по оси абсцисс диаграмм и -l-g,UgW 3. отложено время, по оси ординат диаграмм U... U - напряжение, по оси ординат диаграммы Р выходной ток сумматора 17 импульсных последовательностей, а по оси ординат диаграммы напряжение на выходе фильтра 18 нижних частот, представленное в единицах соответствующего ему фазового сдвига.

Первые две диаграммы U. и Ug отнсятся к колебаниям, поступающим на вход распределителей 3 и 4 импульсо Частоты этих колебаний отлича ются друг от друга, что эквивалентно линейному нарастанию фазового сдвига во времени.

Процесс последовательной передач информации о фазовом сдвиге в каждо периоде исходных колебаний, осущестляемый распределителями 3 и 4 и получаемый на выходе триггеров 13-16

9

с.раздельным запуском, отображен с помодью диаграмм Ug .... Ug .

Результат суммирования колебаний с выходов тритеров 13-16 с раздельным запуском представлен диаграммой 1 (непрерывная кривая). Штриховая линия на диаграмме U отображает изменение напряжения на выходе фильтра нижних частот.

Информация о фазовом сдвиге, со0держащаяся в фронтах прямоугольных колебаний, поступакиц-ос на выход распределителей импульсов, передается последовательно на выходы каждого распределителя .

5

Триггеры с раздельным запуском, подключенные к соответствующим выходам распределителей при помощи формирователей коротких импульсов, прет образуют информацию о фазовом сдви0ге в длительность импульсов напряжения.

Пределы однозначного отсчета фазы каждого триггера с раздельным запуском определяются выражением K-2jT, где N - число выходов распре5делителя и в данном случае равно 4, а информация о сдвиге фазы в каждом оказывается смещенной на период исходного колебания.

Суммирование импульсов напряже- .

0 ния со всех выходов триггеров;6 раздельным запуском позволяет получить на выходе информацию о фазовом сдвиге за каждый период исходных прямоугольных колебаний, т.е. аналогично

5 простому триггерному преобразователю 0-2л.

Таким образом, данная структура преобразователя фаза-напряжение позволяет получить на вьгходе информацию

0 о фазовом сдвиге в расширенных пределах однозначного отсчета фазы с повышенным быстродействием.

По сравнению с базовым объектом, . в качестве которого выбран прототип,

5 предлагаемое устройство позволяет значительно увеличить быстродейств 1е. Так, в преобразователе фаза-напряжение с делением частоты и пределами однозначного отсчета фазы . при

0 точности измерений 1% и частоте входных колебаний 2 МГц время нарастания выходного напряжения при скачкообразном изменении фазы на входе составляет 12,3 МКС. В предлагаемом преоб5разователе независимо от диапазона однозначного отсчета фазы время нарастания при той же точности измерений и частоте входных колебаний равно 0,9 МКС, т.е. быстродействие увеличивается более чем в 13 раз.

0 Uai fou/rrfM tft/tf fuena JL t 3 б в 7 8 S to ft fl t3 f fS IS tr fe fS ге ff /2 2S 4 2$ 2S 27

ППППППППППППППППППППППППППГ 1 1 г у 5 у 7 Jnnnnnnnn

/J

5 J

M f fO /4

//7 2-5

17 f3

Zl

-П г /y /5 n // fz /y /5 /5 /7 /, nnnnnnnnnnnfT ff3 26 I-I r 319 Z7 I-I Г

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗА-НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формирователи импульсных последовательностей, сум-, матор импульсных последовательностей. фильтр нижних частот и выходной каскад, причем выход сумматора соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с выходншл каскадом, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия, в него введены два распределителя импульсов на N выходов каждый, а также N триггеров с раздельным запуске и N формирователей коротких импульсов, причем входы распределителей импульсов соединены с соответствующими выхода формирователей импульсных последовательностей, а одноименные выходы обйих распреде лителей импульсов через формировате- , ли коротких импульсов соединены с i входами триггеров с раздельным за(Л пуском, выходы триггеров соединены с входами сумматора. cz