Устройство для измерения разности фаз двух когерентных сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения в одном канале разности фаз и затухания исследуемо го сигнала. Известно устройство, реализующее способ измерения разности фаз двух когерентных сигналов, содержащее частотно-избирательную цепь, подклю ченную к последовательно соединенны детектору, фильтру и осциллографу ГО Данное устройство обладает низко точностью измерения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения разности фаз двух когерентных сигналов, состоящее из последовательно соединенных генератора СВЧ, исследуемого четырехполюсника, первого и второго фазовых манипуляторов, детектора, полосового фильтра, синхронного детектора, фильтра нижних частот и осциллографа, а также генератора прямоугольных импульсов и делителя частоты, причем выход генератора СВ соединен также с детектором, выход генератора прямоугольного импульсов соединен с модулирующим входом первого фазового манипулятора, делителем частоты и гетеродинным входом синхронного детектора, выход делителя частоты соединен с модулиру ющие входом второго фазового манипулятора Г23. В известном устройстве первый фазовый манипулятор и генератор СВЧ не могут быть идеальньми -с точки зрения согласования с СВЧ-кабелями в диапазоне частот. Это приводит к существованию отраженных волн от первого фазового манипулятора и генератора СВЧ и, соответственно, к погрешностям рассогласования, кото рые растут при- увеличении частоты и достигают десяти и более процентов. Цель изобретения - увеличение точности измерения разности фаз и за тухания, вносимых исследуемым четырехполюсником на- СВЧ. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения разности фаз двух когерентных сигналов содержащее последовательно соединенные первый и второй-фазовые манипуляторы, детектор, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот и осциллограф, а также генера 232 тор прямоугольных импульсов, первый делитель частоты, генератор СВЧ и исследуемый четырехполюсник, выход первого делителя частоты соединен с модулирующим входом второго фазового манипулятора, -а вход - с модулирующим входом первого фазового манипулятора и гетеродинным входом синхронного детектора, введены первый и второй амплитудные манипуляторы, первая, вторая, третья и четвертая линии задержки и второй делитель частоты, причем вход первого амплитудного манипулятора соединен -с выхоДом генератора СВЧ, выход через первую линию задержки соединен с исследуемым четырехполюсником, а через третью линию задержки - с входом детектора, вход второй линии задержки соединен с исследуемым четырехполюсником, а выход - с входом первого фазового манипулятора - вход второго амплитудного манипулятора соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а выход - с входом первого делителя частоты, выход генератора прямоугольных импульсов соединен также с входом второго делителя частоты, выход которого соединен с модулирующим входом первого амплитудного манипулятора и через четвертую линиюзадержки с входом синхронизации осциллографа и модулирующим входом второго амплитудного манипулятора. На чертеже приведена структурная схема-устройства. Устройство содержит генератор 1 СВЧ, первый амплитудный манипулятор 2, первую линию 3 задержки, исследуемый четырехполюсник 4, вторую линию 5 задержки, первый 6 и второй 7 фазовые манипуляторы, детектор 8, полосовой фильтр 9, синхронный детектор Ю, фильтр 11 нижних частот, осциллограф 12, третью линию 13 задержки, генератор 14 прямоугольных импульсов, второй амплитудный манипулятор 15, первый делитель 16 частоты, четвертую линию 17 задержки и второй делитель 1 8 частоты, причем выход первого делителя 16 частоты соединен с модулирующим входом второго фазового манипулятора 7, а вход - с модулирующим входом первого фазового манипулятора 6 и гетеродинным входом синхронного детектора 10. Первый и второй фазовые манипуляторы 6 и 7, детектор 8, полосовой фильтр 9, син-. кронный детектор 10, фильтр 11 нижних частот и осциллограф 12 соединены последовательно. Вход первого амплитудного манипулятора 2 соединен с выходом генератора 1 СВЧ, выход через первую линию 3 задержки соединен с исследуемым четырехполюсником 4 выход которого через вторую линию 5 задержки соединен с входом первого фазового манипулятора 6. Вход второго амплитудного манипулятора 15 соединен с выходом генератора 14 прямоугольных импульсов, а.ВЫХОД- с входом первого делителя 16 частоты. Выход генератора 14 прямоугольных импульсов соединен с входом второго делителя 18 частоты, выход которого соединен с модулирующим входом первого амплитудного манипулятора 2 и через четвертую линию 17 задержки с входом синхронизации осциллографа 12 и модулирующим входом второго амплитудного манипулятора 15. Выход амплитудного манипулятора 2 соединен через линию 13 задержки с входом детектора 8.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от амплитудного манипулятора 2 поступает на исследуемый четырехполюсник 4 в ввде радиоимпульсов. Через некоторое время, необходимое для протекания переходных процессов в четырехполюснике 4, форму сигнала в радиоимпульсе можно считать синусовдальной в некотором интервгше времени t,-t. , меньшим длительности I

радиоимпульса.

Поскольку при измерении сигнал проходит через первую линию 3 задержки, исследуемый четырехполюсник 4 и вторую линию 5 задержки, то волна, отраженная от амплитудного манипулятора 2, и волна, отраженная от перво го фазового манипулятора 6, задерживаются линиями 3 и 5 задержки соотвественно. Волна, отраженная от детектора 8, задерживается линией 13 задержки. Таким образом, на детекторе 8 некоторое время имеются манипулированное и опорное напряжения падающих .волн, поскольку волны, переотраженны от второго и первого фазовых манипуляторов 6 и 7, складываются с опорно волной и являются для данной частоты постоянными, несколько изменяющими падающую волну.

Поскольку в устройстве индикация результатов измерений производится только во время наличия на детекторе 8 напряжений только падающих волн то независимо от рассогласования фазового манипулятора 6 с линией 5 задержки, детектора 8 с линией 13 задержки и амплитудного манипулятора 2 с линиями 3 и 13 задержки полностью применим расчет для случая идеально согласованных узлов известного устройства.

Сигнал на выходе исследуемого . четырехполюсника 4 (u)t+ If;), где А - амплитуда СВЧ-генератора 1

на входе четырехполюсника 4 Kj, - коэффициент, характеризующий затухание четырехполюсника 4j

Чх фазовый сдвиг, вносимый четырехполюсником 4.

Для измерения фазового сдвига когерентных сигналов V. и V2 сигналы V. и V одновременно манипулируются по амплитуде и пропускаются через две одинаковые линии задержки с временем задержки,, большим или равным удвоенной длительности радиоимпульсо Затем радиоимпульсы, полученные из. сигнала V ,пропускают через первый фазовый манипулятор 6, который в момент прохождения радиоимпульса принимает дискретные фазовые состояния О и 180°как минимум по два раза. Затем этот сигнал пропускают через вто,рой фазовый манипулятор 7, которы при прохождении радиоимпульса принимает дискретные фазовые состояния О и минимум по одному разу на каждые два дискрета первого ефазового магипулятора 6. Затем после сложения

с опорным радиоимпульсом сигнала V суммарный сигнал детектируется детектором 8. Амплитудный манипуля- . тор 15 обеспечивает выключение управления фазовыми манипуляторами 6 и 7 на время, необходимое для затухания отраженных волн. На СВЧ радиоимпульс может содержать более тысячи колебаний, после прохождения первых двухсот колебаний форму сигнала можно с точностью, превышающей погрешности прибора, считать синусоидальной. Сигаал на выходе первого фазового манипулятора 6 можно записать для рассматриваемого промежу-тка времени ,Cos(u)t +V при дискрете О и -KxAoCo8(u)t+4,,) при дискрете 1801 Сигналы а выходе второг го манипулятора 7 с учетом что на него не поступает си АО Cos уА „Cos (u),jt+ifx ) при дискретах 0; О, А CosuJot-KxA(,iJos(tJ,t + ii) при дискретах 180; О, AoCosWot-i-KxAeSin(uJot+4x) при дискретах 0; 90° ApCos u)ot-K AoSin(u)ot+ Ч) при дискретах 180; 90. Амплитуда сигнала на вых тектора 8. YA 2+Ao K/+2A, при дискретах 0; О, 1 ,2K,,Cos4;, при дискретах 180; О, T/A/+A K/-b2A,K,Sin,, при дискретах 0; 90, ,2-HA,2V-2A/KxSin4x при дискретах 180; 90. Сигнал На выходе детекто после полосового фильтра 9 не пропускает постоянную со щую и частоту случа коэффициент деления делител тоты равен 2: 2А/К Cos Чх для дискрета 0; О, 2А, для дискрета 180; О, 2Ae KxSin fx для дискрета 0; 90, -2Ао2к для дискрета 180; 90. Если коэффициент деления делителя, 16 частоты больше, 4eNi 2 (например 8 или 16), то значения косинусов повторяются большее число раз и значения синусов провторяются большее число раз. На выходе синхронного детектора 10 имеются импульсы, соответствующие одному из дискретов первого фазового манипулятора 6: либо для О, либо для 180 в зависимости от того, срабатывает ли первый фазовый манипулятор 6 по наличию управляющего напряжения ипи по его отсутствию; при срабатывании по наличию.сигнал на выходе синхронного детектора 10 a 2A 2Kj Cos4;j для дискрета О, b 2Ao2K sin4 для дискрета 90. Из полученного конечного выражения ввдно, что фаза может быть измерена как b ., -, arctg -; ЬГГ X -КАА Во время паузы затухают отраженные волны и устройство готово работать при следующем радиоимпульсе. Таким образом, введением линий задержек и работой в импульсном режиме, поскольку индикция: результатов измерений производится во время, в которое отраженные волны находятся в пути, достигается увеличение точности измерений, так как исключены погрешности рассогласования при измерении разности фаз и затухания, -вносимые исследуемым объектом в расширенном амплитудном динамическом диапазоне.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ ДВУХ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАШВ, содержащее последовательно соединенные первый и второй фазовые манипуляторы, детектор, полосовой фильтр, синхронньй детектор, фильтр нижних частот и осциллограф, а также генератор прямоугольных импульсов и первый делитель частоты, генератор СВЧ и исследуемый четырехполюсник, выход первого делителя частоты соединен с модулирующим входом второго фазового манипулятора, а вход с модулирующие входом первого фазового манипулятора и гетеродинным вхо--. дом синхронного детектора, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности измерений разности фаз и затухания, вносимых исследуемым четырехполюсником на СВЧ, в него введены первый и второй амплитудные манипуляторы, первая, вторая, третья и четвертая линия задержки, а также второй делитель частоты, причем вход первого амплитудного манипулятора соединен с выходом генератора. СВЧ, выход через первую линию задержки соединен с исследуемым четырехпохпосником, а через третью линию задержки - с входом детектора, вход второй линии задержки соединен с исследуемым четырехполюсником, а выход - с входом первого фазового манипулятора, вход второ(Л го амплитудного манипулятора соедис нен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выход - с входом первого делителя частоты, выход генератора прямоугольных импульсов сое. динен также с входом второго делителя частоты, выход которого соедио нен с модулирующим входом первого амплитудного манипулятора и через четвертую линию задержки - с входом О) синхронизации осциллографа и модулик рующим входом второго амплитудного со манипулятора.