Способ измерения фазовых сдвигов и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

2. Устройство для измерения фазовых сдвигов, содержащее два измерительных канала, состоящих из последовательно включенных первого смесителя и фильтра суммарной частоты, фазовый детектор, индикатор и подключенный в первом измерительном канале к фильтру суммарной частоты второй смеситель, выход которого соединен с фильтром разностной частоты, отличающееся тем, что в него дополнительно введены смеситель с фильтром разностной частоты - во второй измерительный канал, два синтеза тора „частот, в каждый из измерительных каналов - последовательно соединенные элемент укорочения и усилитель-ограничитель, два амплитудных детектора, счетчик числа импульсов, селектор импульсов по амплитуде, подключенный к выходам фазового детектора и счетчика числа импульсов, а выходами связанный с индикатором, который также соединен с другим выходом счетчика числа импульсов, во втором измерительном канале к выходу первого фильтра суммарной частоты подключен первый вход второго смесителя, выход которого соединен с вторым фильтром разностной частоты, а второй вход - с выходом второго синтезатора частот, к другому выходу которого подключен второй вход второго смесителя первого измерительного канала, а в каждом измерительном канале с выходом второго фильтра разностной частоты связан элемент укорочения, при этом выходы усилителей-ограничителей подключены к входам фазового детектора и во втором измерительном канале - к входу первого амплитудного детектора, выход которого соединен с информационным входом счетчика числа импульсов, разрещающий вход которого подключен к выходу второго амплитудного детектора, вход которого объединен с выходом второго фильтра разностной частоты второго измерительного канала, а выходы первого синтезатора частот подключены к вторым входам смесителей измерительных каналов.

1. Способ измерения фазовых сдвигов, заключающийся в преобразовании частот и компрессии частотного диапазона, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений фазовых сдвигов неизвестных радиои.мпульсных сигналов, входные сигналы перемножают с набором частот первого синтезатора частот, отстоящих друг от друга на величину полосы пропускания фильтра промежуточной частоты, выделяют суммарный сигнал первой промежуточной частоты, перемножают сигналы первой промежуточной частоты с набором частот второго синтезатора частот, отстоящих друг от друга на величину полосы пропускания фильтра второй промежуточной частоты, выделяют разностный сигнал второй промежуточной частоты, повторяют перемножения и выделения сигналов до заданного сжатия рабочего диапазона частот и после высокочастотного дифференцирования огибающей сигналов второй промежуточной часш (Л тоты определяют относительные фазовые сдвиги .между высокочастотными заполнениями укороченных сигналов. / Л 00 00 О)

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов групповых радиоимпульсных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерений фазовых сдвигов неизвестных радиоимпульсных сигналов в широком частотном и динамическом диапазонах за счёт безынерционного сжатия исследуемого частотного диапазона без искажения исходных сигналов, перемножения входных сигпалов с набором частот синтезаторов, выделения полезной информации путем высокочастотного дифференцирования и определения фазовых сдвигов сформированных укороченных сигналов.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип сжатия частотного диапазона; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) два измерительных канала, состоящих из последовательно включенных первого смесителя 1, второй вход которого соединен с одним выходом первого синтезатора 2, фильтра 3 суммарной частоты, второго смесителя 4, к второму входу которого подключен один из выходов второго синтезатора 5 частоты, фильтра 6 разностной частоты, элемента 7 укорочения и усилителя-ограничителя 8, выход которого связан с входом фазового детектора 9, подключенного к входу селектора 10 импульсов по амплитуде, выходы которого соединены с индикатором 11, к выходу усилителя-ограничителя 8 второго измерительного канала подключена цепочка из последовательно включенных первого амплитудного детектора 12 и счетчика 13 числа импульсов, выходы которого связаны с управляющими входами соответственно селектора 10 импульсов по амплитуде и индикатора 11, к выходу фильтра 6 разностной частоты второго измерительного канала подключен второй амплитудный детектор 14, выход которого соединен с разрешающим входом счетчика 13 числа импульсов.

Способ реализуется следующи.м образом.

Пусть на входе имеются, например, три входных сигнала с близкими частотами (fei, fe2,fe3. фиг. 2 а), попавщими В первый

0 (условно обозначенный на фиг. 2а) поддиапазон рабочего диапазона частот (для простоты на фиг. 2 показан случай, когда сигналы синтезаторов состоят из четырех гармонических составляющих). В результате перемножения входных сигналов с набором частот первого синтезатора образуются 2ри, где р - число входных сигналов, п - число частот первого синтезатора (р 3, п 4 на фиг. 2) суммарных и разностных частот. Однако в полосу пропускания фильтров первой промежуточной

частоты (AFn4:) попадают лишь суммарные продукты взаимодействия входных сигналов с одной частотой (первой на фиг. 2) из набора Fc4i- Другие продукты перемножения имеют значительно более высокие (суммарные) или более низкие (разностные) продукты перемножения. При этом происходит безынерционное сжатие исходного диапазона частот ДРвхВ п раз (по количеству частот набора синтезатора). После перемножения сигналов первых промежуточных частот с набором частот второго синтезатора также в полосу пропускания фильтра второй промежуточной частоты попадают продукты взаимодействия сигналов лишь с одной частотой из т частот второго синтезатора. В результате входной диапазон рабочих частот АРвх сжимается в п-т раз до полосы АРл42. В случае недостаточной компрессии этот процесс повторяется или увеличиваются наборы частот (п и т). Далее производят высокочастотное дифференцирование огибающих полученных сигналов и выделяются свободные составляюш.ие переходных процессов

П . .p-«+/f P -f)

-oRtV.- - l-Jmitгде UMII- амплитуда i-го отклика;

ф,--начальная фаза входного воздействия.

а - коэффициент затухания; (Ол-резонансная частота дифференциатора.

Таким образом, по переднему и заднему фронтам каждого из входных сигналов формируются короткие импульсы. Следовательно, производя измерения фазовых сдвигов укороченных таким путем сигналов, измеряют разности фаз входных сигналов.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Пусть на входы измерительных каналов поступают радиоимпульсные сигналы Ui и и (фиг. 3), отличающиеся по фазовым сдвигам соответствующих (в случае, приведенном на фиг. 3, трех) частотных составляющих. Эти радиоимпульсные сигналы с неизвестными частотными, амплитудными, временными и фазовыми параметрами совпадают во времени и имеют перекрывающиеся спектры,

i(

U, 2 U;(t) е U,|u;(t))w

в первых смесителях измерительных каналов эти сигналы перемножают с набором из п частот первого синтезатора 2 частот. В этом случае исследуемый диапазон частот разбивается на л поддиапазонов, сигналы каждого из которых, взаимодействуя лишь с одной из п частот синтезатора, попадают в полосу пропускания фильтра 3 суммарной частоты. На фиг. 2 пояснен принцип сжатия частотного диапазона для четырех () частот первого 2 и второго 5 синтезаторов. Число частот в наборе синтезаторов задается в каждом конкретном случае технической реализации, исходя из технических условий. Упрощенный расчет их может быть проведен по известным методикам. При этом, как видно на фиг. 2а

суммарные комбинационные частоты, образующиеся при взаимодействии сигналов fci, fc2, fc3 с другими частотами синтезатора частот (для случая, представленного на фиг. 2, с второй, третьей и четвертой), не попадут в полосу пропускания фильтра

суммарной промежуточной частоты ДРдн вследствие соответствующего выбора частот. Таким образом, на выходе фильтров 3 суммарной частоты в данном случае выделяются напряжения

,|u,-(t)

Ki|u«4i,-(t)

i,J

u K,iu;(t)Une +

t.--l K,b.4H(t)e.),

ГДЕ к,К-коэффициенты, учитывающие коэффициенты передачи смесителей и

фильтров.

После перемножения во вторых смесителях измерительных каналов 4cm (на фиг. 2 показан случай ) частотами второго синтезатора 5 частот, выбранных аналогично первой ступени преобразования (фиг. 2), фильтрами 6 разностной частоты выделяются напряжения.

U6 K2i«4i/(t)U.2e -i-) t-i

K|u«,2/(t)

U6 K4un.u(t)U. к;tUич.at)

где K2 KiUr;K, ,-,+ Кф - коэффициенты передачи трактов.

Таким образом, в результате преобразования частоты входных сигналов исходный частотный диапазон сжимается до необходимой величины (ДР„42)- В рассмотренном случае полоса пропускания Д(Рп42 в 16 раз меньше исследуемого диапазона частот ЛРвх.

С помощью элементов 7 укорочения, формирующих укороченные радиоимпульсы по началу и концу каждого из наложенных сигналов (фиг. 3), производится разрешение наложенных сигналов, причем фаза

укороченных импульсов однозначно связан-а с фазой исходных сигналов.

U7 «

tl

,|uL-e- + P+ )

где Umb Urn, - амплитуды i-x сигналов; a, a, (Op, (Op затухания и резонансные частоты дифференциаторов. Причем можно, ка обычно, считать Umi Umi, tx(z, cor(0p. После нормирования амплитудных соотношений усилителямиограничителями 8 с помощью фазового детектора 9 формируются последовательности импульсов постоянного тока Ug (фиг. 2), амплитуды которых соответствуют разностям фаз укороченных в измерительных каналах импульсов и фазовому сдвигу входных сигналов и 5 и Uj.

Амплитудным детектором 12 из укороченных сигналов формируются видеоимпульсы, которые подсчитываются счетчиком 13 чила импульсов, время счета которого определяется длительностью импульсов Ui2

(фиг. 3), сформированных амплитудным детектором 14 из наложенных сигналов. В результате с помощью счетчика 13 числа импульсов определяется число наложенных измеряемых радиоимпульсов. Сигнал с выхода счетчика 13 числа импульсов поступает на селектор 10 импульсов по амплитуде и индикатор 11. Селектором 10 импульсов по амплитуде последовательность импульсов постоянного тока Ug по сигналу со счетчика 13 разделяется на последовательности импульсов одинаковой амплитуды UIQ, появляющихся на соответствующих выходах селектора 10 и равных по числу количеству входных сигналов. Благодаря сигналу со счетчика 13, вырабатывающего код, соответствующий числу сигналов, число индицируемых фазовых сдвигов равно числу измеряемых сигналов независимо от измеряемой разности фаз каждого из них.

Все операции способа легко реализуются, а элементы устройства выполняются традиционным образом. Смесители измерительных каналов должны обеспечивать максимальную линейность перемножения. Синтезаторы частот должны иметь минимальные коэффициенты гармоник по каждои из гармонических составляющих. Требования к техническим реализациям остальных элементов устройства вытекают из алгоритма функционирования и не требуют специальных ограничений. Выбор промежуточных частот, полос пропускания фильтров и сеток частот синтезаторов обуславливается задаваемым входным частотным диапазоном, щириной и максимальным разносом спектров наложенных сигналов.