Фазометр Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизме- рительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз наложенных радиоимпульсных сигналов.

Известно устройство для измерения разности фаз радиоимпульсов малой длительности, содержащее последовательно включенные в каждом измерительном канале входные усилители .фазовые детекторы, выходные усилители, нагруженные на индикатор, выполненный на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), . дополнительный канал, состоящий из включенных последовательно амплитудного детектора, линии задержки, формирующего блока и генератора импульсов, подключенного к модулирующему входу ЭЛТ, причем второй вход фазового детектора первого измерительного канала связан с выходом входного усилителя первого канала, второй вход фазового детектора второго канала через 90° фазовращатель - с выходом входного усилителя первого канала, а стробирующие входы фазовых детекторов соединены с выходом формирующего усилителя 1J .

Однако даннре устройство оказывается неработоспособным при воздействии наложенных сигналов. Возникающие в моменты наложения биения выходных сигналов фазовых детекторов приводят к погрешности измерений, превышающей 100 %, Кроме того, особый вид индикации в известном фазометре затрудняет автоматизацию процесса измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является моноимпульсный фазометр интерференционного типа, снабженный двумя вклю ченными на входах., рециркуляторами, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных линий задержки, усилителя и.ключа, подключенными к входам фазового детектора, выход которого через пороговый элемент соединен с одним из входов счетно-решающего устройства, второй вход которого через амплитудный детектор связан с одним из рециркуляторов 2 .

Известный фазометр не позволяет с заданной точностью измерять фазовые сдвиги наложенных сигналов, В этом случае после каждой п-й циркуляции на выходе фазового детектора будут формироваться импульсы постоянного тока с биениями на участке перекрытия радиоимпульсов. Поскольку измеряемые сигналы в общем случае могут иметь произвольные (от О до 2 Ki) разностифаз, огибающая интерференционной картины не будет иметь переходов через нуль. В отдельных случаях (для различных знаков разностей фаз измеряемых сигналов) отличие глобальных максимумов и минимумов огибающей интерференционной картины на выходе фазового детектора может быть весьма незначительным ( на пределе разрешающей способности пороговых элементов) Таким образом,погрешность измерений

в этом режиме может превысить 100 %. I.

Цель изобретения - повьш1ение точности измерений наложенных радиоимпульсных сигналов и расширение диапазона измерений параметров сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в фазометр, содержащий два рециркулятора радиоимпульсов,каждый из которых выполнен из линии задержки и усилителя, соединенных последовательно, и коммутатора, первый фазовый детектор, параллельно входам ко,рого включены рециркуляторы, амплитудный детектор и пороговый элемент, введены амплитудный селектор, индика:тор,, сумматор, вычитатель, фазовращатель, второй фазовый детектор, элемент управления, два дополнительных коммутатора, две дисперсионные линии задержки, включенные в рециркуляторах каналов между усилителем и коммутатором, первый выход которого связан с входом линии задержки и выходом дополнительного коммутатора, а второйс одним из входов первого фазового детектора, к выходу которого подключен амплитудный селектор, связанный с индикатором, выходы дисперсионных линий задержки первого и второго рециркуляторов соединены соответственно с первым и вторым входами-вычитателя и сумматора, выход которого связан с одним входом второго фазового детектора, второй вход которого через фазовращатель подключен к выходу вычитателя, а выход --через пороговый элемент к первому входу элемента управления, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, первые выходы соединены с управляющими входами коммутатороврециркуляторов, вторые - с управляющими входами дополнительных коммутаторов, входы которых являются входами 31 фазометра, а вход амплитудного детек тора подключен к вь1ходу дисперсионной линии задержки второго рециркулятора. На чертеже представлена блок-схема предлаг аемого устройства. Фазометр содержит два рециркулятора радиоимпульсов, подключенных через коммутаторы 1 к входам фазового детектора 2, выход которого связан с входом амплитудного селектора 3, соединенного с индикатором 4. Каждый рециркулятор радиоимпульсов выполнен из последовательно включенной линии 5 задержки, усилителя 6, дисперсионной линии 7 задержки и коммутатора 1 первый выход которого связан с выходом коммутатора 8 и входом линии 5 задержки, а второй - с выходом фазового детектора 2. Выходы дисперсионных линий 7 задержки первого и второго рециркуляторов соединены соответст венно с первым и вторым входами вычитателя 9 и сумматора 10, выход которого связан с одним входом второго фазового детектора 11, второй вход которого через фазовращатель 12 подключен к выходу вычитателя 9, а выходы - через пороговый элемент 13 к первому входу элемента 14 управления первые выходы которого соединены с управлякящми входами коммутаторов 1, вторые - с управлякнцими входами коммутаторов 8, входы которък являются входами фазометра, и второй вход эле мента 14 управления связан с выходом амплитудного детектора 15, вход кото рого подключен к выходу дисперсионной линии 7 задержки второго рециркулятора. Устройство работает следующим обра зом. На входы устройства Поступают перек рывающиеся по спектру и во времени сигналы 0,-.)5AnCu-,t+Cf4(2b )siv(o;t-4,|2V где U( (t) ,С),jCf j - амплитуда, частота ,и фазовый сдвиг i-ro сигнала. В общем случае, на открытом (свобо ном от наложений) участке первого из наложенных радиоимпульсов коммутаторы 8 как и при воздействии неналожен ных сигналов находятся в открытом со 3 тоянии и измерябмые сигналы поступают на рециркуляторы. Поскольку рециркуляторы должны быть идентичными (т.е. иметь одинаковые коэффициенты передачи), в, случае воздействия одного сигнала можно не учитывать изменения амплитуды и постоянные фазовые сдвиги в них. При этом на входы сумматора 10 и вычитателя 9 поступа-, ют сигналы (((); U;j., U,(t)6iM(u)it-Cf,f2). На выходах вычитателя 9 сумматора 10 формируются сигналы lJg.,U,(((j,t4q,(Uit-q,l2)l -2U,U)co5{o,t5inq),l2,-;, Q.U,(cJ,t4t,/)5in(oJ,t-C|j2) 2lJ,(tl3in(),ic05Cfj2 . Фазовращатель 12 сдвигает фазу разоностного сигнала Ug на 90. Таким образом, на входы фазового детектора 1.1 в этом случае поступают синфазные напряжения с амплитудами, пропорциональными фазовому сдвигу. Так как напряжения имеют нулевой фазовый сдвиг, на выходе фазового детектора 11 отсутствует напряжение (при синусоидальной дискриминационной характеристике), величина которого должна соответствовать фазовому сдвигу сигналов на выходе. Некоторые колебания вокруг нуля выходного напряжения фазового детектора 11 могут быть вызваны шумами, однако уровень этих коле баний не должен превышать уровня устанавливаемого порогом порогового элемента 13. Амплитудным детектором 15 выделяется огибающая сигналов в рехщркуляторах. Элементом 14 управления по тактируннцему сигналу амплитудного детектора 15, означающему наличие сигналов в данный момент времени, в рециркуляторах оценивается сигнал на выходе порогового элемента 13, в соответствии с которым производится переключение коммутаторов 1 и 8. При наличии лишь одного сигнала на входах фазометра на выходе фазового детектора II и, следовательно, порогового элемента 13 отсутствуют напряжения, и по сигналу элемента 14 управления коммутаторы 8 открыты, а коммутаторы 1 пропускают сигнал непосредственно на входы фазового детектора 2. Измеряемые сигналы и и , пройдя через рециркуляторы, поступают на входы фазового детектора 2, напряжение на выходе которого пропорционально измеряемому сдвигу фаз. При поступлении на входы устройства наложенных сигналов на выходах дисперсионных линий задержек в рециркуляторах появляются сигналы, временный сдвиг которых зависит от несущей чистоты в соответствии с дисперсионной характеристикой линий 7 задержки При наложении, например, двух сигна-т

.2 K2-jUj(l),(ltU W5inC i/2t2U,W5;viCfJ2-Ui(t)5mf,/2co5(Ui4A),

UjWsinq /Z sin (Wi-o},H +

C05|co,t+ il2 drctg

U,lt)sivi(f,;2tU2sin(2f2cosUW7-Wi) xC05(W,t + tVi),

U,o.,(ilco5%,((t)co5 c 2|2WU tlco5C,7-Uiit)cosc al2co 5 CWr Hi

UiWcos q, / 2 ; 11 ((йг-со,)

« ttc{i,f2tc(rcltf

U,U) cost,|2 + Ua(t) cos (f7/2co5(o)2-0),

U,Q(i,bu,q,,)cos(oj,t + ).

Фазовым детектором 11 вырабатывается напряжение, величина которого пропорциональна фазовому сдвигу iiCji Это напряжение неза висимо от вида превышает установленный в пороговом элементе 13 уровень порога и элемент 14 управления производит по этому признаку переключение коммутаторов 1 и 8 так, что . коммутаторы 8 отключают ;входы фазометра от рециркуляторов, а коммутаторы 1 подключают выходы дисперсионных линий 7 задержки к входу линий 5 задержки. В рециркуляторах начинаются циркуляции вырезанных из входных сигналов на участках наложения радиоимпульсов.

Длительность этих вырезанных импульсов, равная tf, выбирается в 3-5 раз меньше времени задержки в рециркуляторе, что необходимо для исключения 5 наложения сигналов последующей цируляции на предыдущую. Поскольку сигалы на входе фазометра отличаются

U,-jit,,,V

rЧгЧЛ

по частоте, в рециркуляторах вследствие различных задержек для разных частот в соответствии с дисперсионной характеристикой линий 7 происходит сдвиг по времени относительно друг друга каждого из наложенных сигналов. Уже после первой циркуляции появляются свободные от наложения участки. Как только длительность хотя бы одного из свободных участков остановится -Oq , элементом 14 управления по нулевому сигналу с порогового элемеИта 13 производят переключение коммутаторов 1. В момент начала свободного участка выходы дисперсионных линий 7 задержки оказываются подключенными к входам фазового детектора 2, а спустя интервал времени Cf, коммутаторы 1. переключают в предыдущее состояние и выходы дисперсионных линий задержек 7 вновь соединяются входами линий 5 задержек. Процесс циркуляции и переключений повторяется до тех пор, пока сигналы в релов на выходах вычитателл 9 и сумматора 10 появляются сигналы U.2 W5 nc j2coSGO,t 7U2lt)94n(2/2 COoGOit J U,g.«2U,(.tko54j25 noo,(t)i CO Uf-ill siv OOjt . С учетом вносимого фазовращателя 12 90-го фазового сдвига, сигналы на входах фазового детектора 11 в этом случае можно представить как 11 циркуляторах полностью не разрешаются по времени. При этом на входы фазового детектора 2 поступают последовательности импульсов разной частоты Ug, Wf ,фазовые сдвиги между которыми равны измеряемым фазовым сдвигам входных наложенных сигналов, так как сигналы одинаковых частот претерпевают одинаковые преобразования в рециркуляторах каналов. После окончания цикла измерений (прекращения циркуляции) весь процесс, начиная с переключения коммутаторов 8, повторяет ся снова. Амплитудным селектором 3 из последовательности импульсов постоянного тока Un , образуклцейся на выходе фазового детектора 2, выделяются последовательности импульсов j ода1наковых амплитуд, которые поступают на многозначный индикатор 4. Инди кятоо 4, проградуидованный:, как обычно, в единицах измерения фазового

сдвига, индицирует измеренные разности фаз по каледому из наложеншлх сигналов ,25

Элемент 14 управления может быть выполнен на основе простейашх тактируемых триггерных схем в соответствии с описанным алгоритмом. Амплитудный селектор 3 представляет собой сравни-зо вакядее накопительное логическое устПри этом исключается влияние наложений на измеряемый фазовый сдвиг, что гарантирует высокую точность измерений. Это имеет важное значение в технике фазовых измерений в навига ции, радиотехнических системах передачи информации, контрольно-измерительных комплексах. 38 ройство и выполняется традиционным образом по известным схемам. Сигналы на входах фазовых детекторов - согласно алгоритму функционирования устройства , должны претерпевать нормировку по амплитуде. Все входящие в устройство узлы являются стандартными элементами радиоаппаратуры и не требуют оригинального выполнения. Введение в известный фазометр амплитудного селектора 3, индикатора 4, сумматора 10, вычитателя 9, дополнительного фазового детектора 11, элемента 14 управления, дополнительных коммутаторов 8 и дисперсионных линий 7 позволило расширить частотный диапазон измеряемых сигналов, исключить метоД5 1ческие. динамичские погрешности и погрешности квантования, и повысить точность измерений до(1 %) фазовых сдвигов наложенных во временной и спектральной областях сигналов.

ФАЗОМЕТР, содержащий два рециркулятора радиоимпульсов, каждый из которых выполнен из линии задержки и усилителя, соединенных последовательно, и коммутатора, первый фазовый детектор, параллельно входам которого включены рециркуляторы, амплитудный детектор и пороговый элемент, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения точности и расширения диапазона измерений параметров сигналов, в него введены амплитудный селектор, индикатор, сумматор,вычитатель, фазовращатель, второй фазовый детектор, элемент управления, два дополнительньгх коммутатора, две дисперсионные линии задержки, включенные в рециркуляторах каналов между усилителем и коммутатором, первый выход которого с входом линии задержки и выходом дополнительного коммутатора, a второй - с одним из входов первого фазового детектора, к выходу которого подключен амплитудный селектор, связанный с индикатором,выходы дисперсионных линий задержки первого и второго рециркуляторов соединены соответственйо с первым и вторым входами вычитателя и сумматора, выход которого связан с одним входом второго фазового детектора, второй вход которого через фазовращатель подключен к выходу вычитателя, a вы(Л ход - через пороговый элемент - к первому входу элемента управления, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, первые выходы - с управляющими входами коммутаторов-рециркуляторов, втррые - с управляющими входами дополнительных коммутаторов, входы которых являются 4 входами фазометра a вход амплитудСО ного детектора подключен к выходу ,,,писпеог.ионной линии задержки второго рециркулятора. 00