Калибратор фазовых сдвигов Советский патент 1984 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к электроизмерёниям и может быть использовано при установке калиброванных фазовых сдвигов в диапазоне частот 1-600 Mfu. Известе фазовращатель, содержащий управляемый генератор с устройствами частотной и фазовой подстрой ки частоты, выход которого подключе к двум идентичным пересчетным схемам, причем входы разрядов первой пересчетной схемы подключены к выходу устройства записи кода, а к вы ходам подключены две группы вентиле один вход первой из которых соединен с входом всего устройства, а выход через устройство аналоговой памяти подключен к одному входу вто рой группы вентилей, выход которой соединен с фильтром низких частот Недостатком этого фазовращателя является малый частотный диапазон из-за трудностей в построении перестраиваемого умножителя частоты. Например, чтобы получить фазовый сдвиг с дискретностью 1° для частот igy - 1 МГц необходимо ее умножить Iв 360 раз, следовательно, на пересчетные схемы должна поступать част та в 360 МГц, а в случае, если вх 100 МГц, то эта частота должн быть 36 ГГц. Наиболее близким к изобретению техническим решением является калиб ратор фазовых сдвигов, содержащий генератор, пересчетные схемы, фазосдвигающий узел, смесители и фильтры, причем к смесителям с филь рами, включенными между выходами двухканального преобразователя част ты и фазовым дискриминатором, подключены выходы пересчетных схем, на входах которьпс включен общий генератор, а выходы и входы разрядов одной из пересчетных схем подключен соответственно к формирователю кода устанавливаемого фазового сдвига и цифровому индикатору через ключи и регистр памяти, в то время как управляющие входы формирователя и к чей цифрового индикатора соединены с выходом второй пересчетной схемы p2l . Недостатком известного калибрато ра фазовых сдвигов является малая точность установки фазы, что определяется: погрешностью преобразования фазового угла самогр стробоскопического преобразователя, которая может достигать 2,5 , погрешностьювторичного преобразования частоты, погрешностью фильтров и фазового дискриминатора Ьт перекоса амплитуд входных сигналов. Причем все зти погрешности носят аддитивный характер и несмотря на то, что система охвачена обратной связью, они алгебраически суммируются, и сумматорная погрешность новки фазы может достигать 3-4 Цель изобретения - повышение точности установки фазовых сдвигов. Поставленная цель достигается тем, что в калибратор фазовых сдвигов, содержащий первый фазосдвигающий узел, первьш и второй смесители, задающий генератор, пересчетные устройства, формирователь кода устанавливаемых фазовых сдвигов, подключенньш к разрядным входам первого пересчетного устройства, .цифровой отсчетный узел, подключенный к выходам разрядов этого же пересчетного устройства через блок ключей и регистр памяти, причем управляющие входы формирователя кода устанавливаемых фазовых сдвигов и блока ключей соединены с первым выходом второго переучетного устройства, введены генератор высокой частоты, первый и второй управляемые делители, третий и четвертый смесители, гетеродин и калибратор постоянного напряжения, первый и второй блок формирования строб-импульсов, второй фазосдвйгакиций узел, умножитель частоты и усилители, при этом выход генератора высокой частоты подключен через первый и второй управляемые делители к входу первого фазосдвигающего узла, выход которого подключен к второму выходу калибратора и к первым входам третьего и четвертого смесителей, для вькода калибратора постоянного напряжения соединены с вторыми входами соответственно первого и четвертого смесителей,гетеродин подключен через первый блок формирования строб-импульсов к третьему входу первого смесителя и второму входу второго смесителя, а через второй блок формирования строб-импульсов к второму входу третьего смесителя и третьему входу четвертого смесителя, причем выход первого смесителя через первый усилитель подключен к первому управляе- мому делителю, выход второго смесителя через второй усилитель подключен к второму фазосдвигающему узлу, выход третьего смесителя через усилитель подключен к первому фазосдвигающему узлу, выход четвертого смесителя через четвертый усилитель подключен к второму управ ляемому делителю, выход зада,ющего генератора через второй фазосдвигающий узел и умножитель соединен с входами первого и второго пересчетных устройств, первые и вторые выходы которых подключены соответстве но к первым и вторым входам блоков формирования строб-импульсов, а пер вые входы первого и второго смесите лей соединены с вькодом первого управляемого делителя и первым выходом калибратора. На; фиг, 1 представлена структурная схема калибратора фазовых сдвигов; на фиг. 2 - временные диаграммь1, поясняющие сущность его работы} на фиг. 3 - блок-схема блока формирования строб-импульсов. . Калибратор фазовых сдвигов содержи генератор 1 высокой частоты, соединен с одним из входов первого управляем го делителя 2, выход которого подключен непосредственно к первому вы ходу всего устройства, к первым .входам первого 3 и второго 4 смесителей и через второй управляемый делитель 5J первый фазосдвигаюЩий узел 6 - к второму выходу всего устройства и к первым входам третье го 7 и четвертого 8 смесителей, калибратор 9 постоянного напряжения два выхода которого соединены соответственно с вторыми входами первого 3 и четвертого 8 смесителей генератор 10 частоты гетеродина подключен через первый блок 11 формирования строб-импульсов к третьему входу первого смесителя 3,и втор му входу второго смесителя 4, а через второй блок 12 формирования |строб-импульсов - к второму входу третьего смесителя 7 и к третьему входу четвертого смесителя 8, .формирователь 13 кода установки фазовы сдвигов, подключенный к входам разрядов первого пересчетного устройст ва 14, цифровой отсчетный узел 15, подключенный к выходам ра&рядов первого пересчетного устройства 14 через блок 16 ключей и регистр 17 памяти, причем управляющие входы формирователя .13 и блока 16 ключей соединены с первым выходом второго пересчетного устройства 18, а первый и второй выходы пересчетных устройств 14 и 18 йодключены соответственно к первым и вторым входам -блоков 11 и 12 формирования строб-импульсов, задающий генератор 19 подключен через второй фазосдвигающий узел 20, умножитель 21 частоты к входам первого 18 и второго 14 пересчетных устройств. Кроме того, выход первого смесители 3 через первьй усилитель 22 подключен к первому управляемому делителю 2, выход второго смесителя 4 через второй усилитель 23 подключай к второму фазосдвигающему узлу 20, выход третьего смесителя 3 через третий усилитель 24 подключен к первому фазосдвигающему узлу 6, вГгкод четвертого смесителя 8 через четвертый усилитель 25 подключен к второму управляемому делителю. Калибратор фазовых сдвигов работает следующим образом. Если высокочастотный сигнал Ugq суммировать с заданной низкой фиксиро.ванной частотой в момент стробирования определенной частотой i стр peHepajropa строб-импульсов и одновременно изменять фазу и амплитуду заданного напряжения низкой фиксированной частоты, то наступит такой момент, когда мгновенные значения выборок высокочастотного сигнала и заданного напряжения будут равны (фиг. 2а). Причем частота гетеродина должна быть строго связана с частотой ; заданного напряжения Ij и частотой входного сигнала следующим сортношением.. , частота заданного напряжения, например 10 кГц/ частота входного сигнала, например 1-100 МГц;частота строб-импульсов гетеродина диапазон 08-2 МГц-, количество периодов входного ВЧ сигнала, которое укладывается в частоты гетеродина; 1, 2, 3... Если вьщелить строб-импульс, совпаающий с К импульсом умноженной часТОТЫ заданного напряжения (фиг. 2 е, ж), и стробировать им ВЧ сигнал (фиг-. 2 д), то, изменяя фазу ВЧ сигнала относительно заданного, можно добиться совпадения этого строб-импульса с К импульсом умноженной час тоты заданного напряжения и переходом через нуль ВЧ сигнала (фиг. 2 з) Задавая определенную фазу на низкой частоте, можно добиться установки ее на высокой частоте. Из фиг. 2 а видно, что если зада ное напряжение и напряжение ВЧ сигна ла совпадает по фазе, т.е. переходы через нуль ВЧ-сигнала и заданного напряжения совпадают .в момент стробирования, то для определения максимума ВЧ сигнала достаточно вьодели строб-импульс, который будет сдвинут относительно строб-импульса, пр ходящего через нуль на 1/4 часть количества строб-импульсов, т.е. на It/2. (фиг. 2 в).Если затем про изводить стробирование в одну точку и сравнивать при это1 амплитудное значение ВЧ сигнала Opt, и амплитуд ное значение заданного напряжения U , то, изменяя амплитуду DBH , можно добиться полной их компенса щи. В качестве амплитудного напряжения можно брать постоянное напряжение, которое можно нормировать как на входе, так и на выходе фазовращателя . На фиг. 2 а показано, что в точке О совпадают моменты перехода через нуль заданного ВЧ сигнала и импульс стробирования. Причем строба :Nj.fp О, проходящий в момент перехода через нуль заданного и ВЧ сигналов (фиг. 2 б, г) а также импульс строба, сдвинутый на , формируются один раз в периоде заданного напряжения для того, чтобы стробирование происходило в одну точку. Калибратор фазовых сдвигов работ ет следующим образом. Высокочастотный синусоидальный сигнал, снимаемый с генератора 1, поступает через делитель 2 на смеси тели 3 и 4. Установка требуемого значения сдвига фаз осуществляется путем записи соответствующего ему параллельного кода, вырабатываемого формирователем 13 кода в разряды пе ресчетного устройства 14 в момент з полнения пёресчетного устройства 18 Цифровая индикация устанавливаемого фазового сдвига выполняется при пот мощи отсчетного узла 15 с регистром 17 памяти, на который через блок 16 ключей переписывается мгновенное значение кода, устанавливаемое на1 пересчетном устройстве 14 в момент заполнения пересчетного устройства 18. Дискретность устанавливаемых сдвигов фаз определяется коэффициентом умножения частоты умножителя 21 сигнала, снимаемого с генератора 1. При выборе коэффициента умнбжения,равного 360, и коэффициента деления пересчетных устройств,тоже равного 360, дискретность устанавливаемых сдвигов составит 1 . Импуль- . сы начала периода заданного напряжения и сдвинутые относительно этого начала на четверть периода с пересчетного устройства поступают на блок 11. Блок 11 формирует стробимпульс в момент начала периода заданного С- напряжения, который стробирует в смесителе 4 высокочастотный сигнал Ц 01,. Если при переходе через нуль ВЧ сигнала начало периода заданного напряжения, а также момент появления строб-импульсов не совпадают, поЯ1Вляется напряжение некомпенсации, которое подается через усилитель 23 на узел 20, узел 20 изменяет фазу заданного напряжения 0 до тех пор, пока строб-импульс, формируе в А блоком 11 в момент начала периода заданного напряжения U, не совпадае7 с переходом через нуль ВЧ сигнала и дц. Тогда на выходе смесителя 4 напряжение некомпенсации будет минш4альн1О{. Одновременно строб-импульсом, сдвинутым на четверть периода относительно нулевого (строб-импульса), стробнруются в сме сителе 3 амплитудное значение высокочастотного синусоидального напряжения и нормированное постоянное напряжение, снимаемое с калибратора 9. И в случае их неравенства напряжение, усиленное усилителем 22, подается на управляемый делитель. 2, который изменяет амплитуду высокочастотного напряжения до полной компенсации. Таким образом схема автоматически привязывает фазу заданного напряжения к фазе ВЧ сигнала, а также устанавливает амплитуду ВЧ сигнала равной нормированному постоянному напряжению, снимаемому с калибратоpa 9, С пересчетного устройства 14 поступают импульсы начала периода заданного напряжения и импульсы, сдвинутые относительно, этого нача ла на четверть периода, причем эти импульсы сдвинуты относительно импульсов, вьщаваемьк пересчетным устройством 18, на угол, заданный с кодом установки фазового сдвига, и поступают на блок 12. Блок 12 формирует строб-импульс в момент начала периода заданного напряжения который стробирует в смесителе 7 напряжение, поступающее с узла 6. Напряжение некомпенсации усиливаетс усн01ителем 24 и поступает на узел 6 который изменяют фазу ВЧ сигнала у ВЦ до тех пор, пока строб-импульс проходящий в момент начала Периода заданного напряжения, не совпадает с моментом перехода через нуль ВЧ сигнала. Одновременно строб-импуль сом, сдвинутым на четверть периода относительно нулевого строб-импульс сформированного в блоке 12, стробир ется в смесителе 8 амплитудное значение высокочастотного синусоидальногд напряжения и нормированное постоянное напряжение, снимаемое с калибратора 9. Напряжение некомпенсации через усилитель 25 поступа ет на управляемый делитель 5, изменяя коэффициент передачи его до тех пор., пока амплитудное значение ВЧ сигнала не будет равно заданному постоянному напряжению, снимаемому с калибратора 9. На фиг. 3 представлена блок-схема блока формирования строб-импульсов в момент начала периода заданного напряжения, а также строб-импульса, сдвинутого относительно это начала на четверть периода. Блок работает следукяцим образом. В пересчетных устройствах 18 и 14 Гфиг. 1) выделяются импульсы 1 48началЪ периода заданного напряжение и импульс, сдвинутый относительно этого начала на четверть период той же частоты. Импульсы поступают на два RiS .-триггера 26 и 27. С приходом этих импульсов е частотой заданного напряжения триггеры устанавливаются в исходное состояние. Импульс с генератора 10 частоты гетеродина проходит через элементы И 28 и 29 и через линии 30 и 31 задержки устанавливает триггеры в исходное состояние. В формирователях 32 и 33 формируются строб-импульсы. Блок позволяет формировать стробимпульсы, совпадающие с началом периода заданного напряжения с импульсами, сдвинутыми относительно этого начала на четверть периода. Таким образом, фазовые соотношения, установленные на фиксированной низкой частоте, автоматически переносятся на высокую частоту с большой точностью компенсационной схемой автоматического поиска переходов через нуль высокочастотных сигналов в моменты стробирования. Причем требуемый уровень перепадов высокочастотных напряжений калибратора фазовых сдвигов нормируется постоянным напряжением, снимаемым с калибратора постоянных напряжений в широком диапазоне. Устройство позволяет автоматически перенести эти уровни на высокую частоту. Пргрешно :ть установки фазы в предлагаемдм изобретении может-доTfiraT& до десятых долей градуса (0,80,5;, тогда как в известном она моясет достигать 3-4, кроме Tofo, это устройство позволяет установит заданное значение перепада уровней сигнала калибратора с большой точ- ностью 0,8-0,6% и поддерживать его юстоянным при изменении нагрузки.

Ф(/г./

±

С первого выхода пересчетноа схемы

Со выхода пересчетноИ схемы

Фиг.3