Устройство для измерения фазовых сдвигов Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерениям, предназначенным для измерения Лазовых сдвигов в протяженных длинных линиях и может быть использовано при калибровке антенных решеток.

Цель изобретения - повьпиение точности при измерении фазовых сдвигов в протяженных длинных линиях, т.е. в данном техническом решении реализована фазовая манипуляция (0,7) опорного и измеряемого сигналов на близких звуковых частотах, что позволит исключить в опорном и измеряемом сигналах несущие и тем самым уменьшить ошибку измерений из-за неквадратичности детектора, а также осуществить перенос сигналов, обусловленных случайными отражениями в измерительном тракте, на частоты, отличные от частоты информационного фазоманипулированного сигнала.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения фазовых сдвигов.

Устройство содержит сверхвысокочастотный генератор 1 синусоидального сигнала, направленный ответнитель 2, первый фазовый манипулятор 3 второй фазовый манипулятор 4, протяже иную длинную линию 5, третий фазовый манипулятор 6, квадратичный детектор 7, фильтр 8 нижних частот, синхронный детектор 9, блок 10 регистрации и генератор 11 прямоугольных импульсов,

Сверхвысокочастотный генератор Т синусоидального сигнала, подключен через связанные плечи направленного ответвителя 2 к первому фазовому манипулятору 3 и к третьему фазовому манипулятору 6. Выход фазового манипулятора 6 через протяженную длинную линию 5 соединен с вторым фазовым манипулятором 4. Фазовый маняпулятор 3 через плечо направленного ответвителя 2, развязанное с сверхвысокочастотным генератором 1, соединен с входом квадратичного детектора 7. Выход квадратичного детектора 7 через последовательно соединенные фильтр 8 нижних частот и синхронный детектор 9 подключен к блоку 10 регистрации. Генератор 11 прямоугольных импульсов соединен с управлякщим входами фазовых манипуляторов 3 и 4 и с опорным входом синхронного детектора 9..

Фазовый манипулятор 6 выполнен, например, в виде двух реле РЭВ 15, попеременно включающих в сигнальный . тракт отрезки кабеля, разность электрических длин которых равна -- .

4

Фазовый манипулятор-имеет два состояния. В первом состоянии он обеспечивает передачу без изменений сверхвысокочастотного сигнала на вход длинной линии 5, а во втором - обеспечивает сдвиг фазы передаваемого Л 4

сигнала на угол

Генератор 11 прямоугольных импулсов выполнен в виде мультивибратора подключенного к соединенным по вход делителям частоты, и предназначен для формирования последовательносте прямоугольных импульсов со скважностью 2 на звуковых частотах 51 , i ( 2 том частоты S и Slj некратны частоте ( Sl - Л ),

( S1, - Q )

Я. : Я,

например,

11 : 9 : 2. Формируемые последовательности синхронизованы по фазе с частотой, являющейся общим делителем частот формируемых последовательностей.

Фазовые манипуляторы 3 и 4 выполнены, например, в виде диодных короткозамыкателей коаксиального кабеля.

Фильтр 8 нижних частот предназг.ачел для усиления напряжения на частоте (Я -Л) и фильтрации сиг. и SI,

налов на частотах

.. -ij .

Сверхвысокочастотный генератор 1 синусоидального сигнала и квадратичный детектор 7 согласованы с направленным ответвителем 2.

Устройство для измерения фазовьк сдвигов работает следующим образом.

Сверхвысокочастотный синусоидальньй сигнал с генератора 1 поступает в направленный ответвитель 2. Направленный ответвитель 2 осуществляет разделение по мощности сигнала с генератора 1. Сверхвысокочастотны синусоидальные сигналы с ответвител 2 поступают соответственно на вход фазового манипулятора 3 и на вход фазового манипулятора 6.

Фазовый манипулятор 6- установлен в первое состояние. При этом он обеспечивает передачу без изменений сверхвысокочастотного сигнала в исследуемую протяженную длинную линию 5, которая передает сверхвысокочастотный сигнал к фазовому манипулятору 4. На управляющий вход манипулятора 4 с генератора 11 поступает напряжение в виде последовательности прямоугольньЕх импульсов с звуковой частотой fl, и скважностью 2, Фазовый манипулятор 4 осуществляет при отражении сверхвысокочастоткого синусоидального сигнала манипуляцию его фазы (0;/;) с частотой Siy. Длинная линия 5 передает отраженный фазовым манипулятором 4 сигнал к фазовому манипулятору 6, который без изменений передает этот сигнал к направленному ответвителю 2. Направленный ответвитель 2 осуществляет передачу мощности этого сигнала к сверхвысокочастотному генератору 1 и части мощности - к квадратичному детектору 7. Отраженный Лазовым манипулятором 4 сигнал на входе квадратичного детектора / имеет вид.

и (u)t + Ф)CosSг2t, (1)

где ы - частота сигнала сверхвысокочастотного генератора 1; - фаза сигнала } на входе детектора 7,пропорциональная удвоенной электрической длине протяженной длинной

линии.

На управляющий вход фазового манипулятора 3 с генератора 11 поступает напряжение в виде последовательности прямоугольных импульсов с звуковой частотой П. и скважностью 2.

Одновременно фазовый манипулятор 3 осуществляет при отражении сверхвысокочастотного синусоидального сигнала манипуляцию его фазы (П;7|) с частотой 5 . При этом в спектре отраженного фазоманипулированного сигнала отсутствует несуп(ая частота. Отраженный фазовым манипулятором 3 сигнал в направленном ответвителе 2 делится по мощности и передается к сверхвысокочастотному генератору 1 и на вход квадратичного детектора 7. Отраженный фазовым манипулятором 3 сигнал на входе квадратичного детектора 7 имеет вид

Uj V Cos (tot + ), (2)

где Ф2 - фаза сигнала U| на входе

квадратичного детектора 7. Поскольку сверхсывокочастотньй генератор 1 согласован с направленным ответвителем 2, то нагрузка генератора 1 осуществляет поглощение поступагацей к нему с направленного ответвителя 2 части мощности сверхвысокочастотных фазоманипулированных сигналов. На входе квадратичного детектора 7, кроме фазоманипулированных сигналов и и Uj, присутствует сверхвысокочастотный сигнал из, обусловленный случайными отражениями от неоднородностей в измерительном тракте.

и 5 VjCos(u3t + Ф),

(3)

где Ф - фаза сигнала Цз на входе

квадратичного детектора 7. Квадрати1шый детектор 7 осуществляет преобразование суммы напряжени (U-, + Ui + УЗ) к виду

.и v V2Cos()Cos(ft, + У УзСоз() t+ + ()Cos.t. (4

I

Из этого выражения видно, что сигна

Uj , обусловленный случайными отражениями в тракте, переносится на частоты 51 и 51 , а фазоманипулированные сигналы Ц и УЗ. - на разностную частоту (Я - Sl) Фильтр 8 нижних частот осуществляет выделение составляющей напряжения на разностной частоте ( и Лильтрацию составляющих с частотами 5 и 51.. Напряжение с выхода фильтра 8 поступает в синхронный детектор 9. На опорный вход детектора 9 подается последовательность прямоугольных импульсов с частотой () и скважностью 2 от генератора 11. Синхронный детектор 9 преобразует напряжение с выхода фильтра 8 в постоянное напряжение у.

У5 о V V CosCfp - . ), (5)

Блок 10 осуществляет регистрацию напряжения Uy.

Затем переводят фазовьй манипулятор 6 яо второе состояние. При этом фазовый манипулятор 6 обеспечивает передачу с фазовым сдвигом на

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ СДВИГОВ, содержащее сверхвысокочастотный генератор синусоидального сигнала, квадратичный детектор, фильтр нижних частот, первый и второй фазовые манипуляторы, блок регистрации, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с опорным входом синхронного детектора и управлякяцим входом первого фазового манипулятора, а клеммы для подключения исследуемой протяженной длинной линии, выходные клеммы которой соединены с вторым фазовым манипулятором, отличающее ся тем, что, с целью повьшения точности при измерении фазовых сдвигов в протяженных длинных линиях, в него дополнительно введены третий фазовый манипулятор и направленный ответвитель, причем сверхвысокочастотный генератор синусоидального сигнала через связанные плечи направленного ответвителя подключен соответственно к первому и третьему фазовым манипуляторам, третий фазовый манипулятор соединен с выходными клеммами исследуемой протяженной длинной линии, а первый фазовый манипулятор (Л через плечо направленного ответвиС теля, развязанное с сверхвысокочастотным генератором синусоидального сигнала, соединен с входом квадратичного детектора, подключенного через последовательно соединенные фильтр нижних частот и синхронный детектор к блоку регистрации, при этом генератор прямоугольных импуль сов соединен с управляющим входом второго фазового манипулятора.