Радиоимпульсный фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радионз- мерительной технике и может быть использовано в фаэоизмерительных системах для измерения сдвига фаз перек-. рывающихся радиоимпульсных сигналов с неизвестными частотами.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерения фазового сдвига наложенных радиоимпульсных сигналов.

Поставленная цель достигается тем что устройство осуществляет измере ние разности фаз меж,цу парами наложенных радиоимпульсных сигналов посредством обработки огибающих биений суммарного и разностного напряжений. В этом случае частота огибающих биений на несколько порядков меньше частот самих сигналов. В прототипе все измерения осуществляются путем обработки непосредственно высокочастотного заполнения радиоимпульсов. Современная элементная база вследствие недостаточного быстродействия не позволяет производить измерения на частотах более 5-10 МГц, поэтому целесообразно использовать огибающую биений .

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия.

Устройство содержит сумматор , вычитатели 2,1, 2.2 и 2.3, фазовращатель 3, детектор 4 наложения сигналов, вычислители 5.1 и 5,2, блоки 6.1, - 6,4 выборки-хранения, блок 7 обнаружения сигналов, пиковые детекторы 8.1 и 8.2, формирователь 9 им- пульсов, расширитель 10 импульсов, блок 1I определения знака, в состав которого входят амплитудные детекторы 12,1 и 12.2, фазовый детектор 13 усилитель-ограничитель 14, управляемые инверторы 15.1 и 15,2 Кроме того, фазометр содержит инвертор 16, ключ 17, индикаторы 18.1 и 18.2.

Входы вычитателя 2.1 и сумматора соединены попарно и являются входами устройства. Выход сумматора 1 соединен с входом фазовращателя 3, входы детектора, 4 наложения синалов подключены к выходам вычитателя 2.1 и фазовращателя 3. Входы вычилителя 5.1 соединены с входами детек тора 4 наложения сигналов, информационный и управляющий входы блока 6,1 выборки хранения связаны соотзйт

ственно с выходами вычислителя 5.1 и детектора 4 наложения сигналов. Выход формирователя импульсов 9 подключен к сбросовым входам пиковых детекторов 8.1 и 8„2, а выход соединен с выходом блока 7 обнаружения сигналов, вход которого связан с одним из входов устройства. Вход амплитудного детектора 12,1 подключен к информационному входу пикового детектора 8.2 к является первым входом блока определения знака. Вход другого амплитудного детектора 12.2 является вторым входом блока определения знака и связан с информационным входом пикового детектора 8.1, Вход усилителя-ограничителя 14 соединен с выxoдo блока 6.1 выборки-хранения, входом индикатора 18,1 и является третьим входом блока определения знака. Вход управляемого инвертора 15.2 является четвертым входом блока определения знака, связан с выходом вычислителя 5,2, входы которого сое- динены с выходами вычитателей 2.2 и 2.3, Входы фазового детектора 13 под- кшочены к вь ходам амплитудных детекторов 12.1 и (2,2, а выход подсоединен к информационному входу инвертора t6.I, управляющий вход которого связан с выходом усилителя-ограничителя 4. Выходом блока определения знака является выход управляемого инвертора 15.2, управляющий вход которого соединен с выходом управляемого инвертора 5.1 Информационные входы пиковых детекторов 8.1 и 8.2 подключены соответственно к выходам фазовращателя 3 и вычитателя 2.1, а выходы связаны с информационными входами соответственно блоков выборки- хранения 6.2 и 6.3. Выход расширителя 10 импульсов подсоединены к управляющим входам блоков 6.2 и 6.3 выборки-хранения, а вход связан с выходом детектора 4 наложения сигналов и входом инвертора 16. Первые входы нычитателей 2,2 и 2,3 подключены соответственно к выходам блоков 6,2 и 6.3 выборки-хранения, вторые входы - соответственно к выходам пиковых детекторов 8,1 и 8.2. Кроме

того, информационный вход блока 6,4 выборки-хранения связан с выходом управляемого инвертора 15.2, управляющий вход - с выходом инвертора J6, а выход соединен с информационным входом ключа 7, выход которого подключен к входу индикатора 18.2. Управляющий вход ключа 17 связан с выходом детектора 4 наложения сигналов.

Фазометр работает следующим образом.

На входы измерительных каналов поступают два перекрывающихся радио- импульсных сигнала (фиг.2а, с5) .

Аналитические выражения сдвинутых по фазе наложенных радиоимпульсов с прямоугольной огибающей могут быть записаны в следующем виде:

U/t)U , 4 ,(t-t,) l(bt,)lt

.(uJ,i--,-4 ,,HUt-t,l-Ht-t,n. U(tb-U,s;n(cJ,it4 /%,,)li(l-t,) iH tjb

где LI

5m (),t + Ч, 1(1 -1 ,) - I ( t t ,И ,

,uJ , , амплитуда, частоt5 пульсы управляют работой блока 6.1 выборки-хранения. При значении управляющего-напряжения равном нулю блок выборки-хранения (БВХ) 6. на(фиг.2е) .

ходится в режиме Запись

та и начальная фа- 20 При появлении на управляющем входе

K..,uJ., первого радиоимпульса;

фазовый сдвиг между первыми радиоимпульсами по каналам;

амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса;

фазовый сдвиг между вторыми радиоимпульсами по каналам;

t

t

время начала и кон-з5 выделяют пиковые значения сигналов

t

t. ца первого радиоимпульса;

время начала и конца BiTOporo радиоимпульса,«о На выходах сумматора и вычитателя 2.1 имеем U Ub 2U,co3(%|)si.4(4t,Kl(t-t,)-l(,cos(4,,,)s;,,W,b4jC(t-t,) -(t-t)..

,,,)f(t-t,)- -l(t-t,),n(4,,,)cos(uJ.t WJ« «n(t-t,l-Ut-t,,) ,50

где Uj. (t), Uu(t) - суммарный и разност- галй сигналы соответственно.

С выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигается фазовращателем 3 55 на фиксированный угол F /2 во всей рабочей полосе частот. На выходе фазовращателя 3 (фиг.. 2в)

и

ГС

Uh2U cos(4,|)cDs(xJ,t -M-JLllt t,l-l(t-tJb2U cos(4,,Joos(t-M-Jll(t-t,)

-1(14,), где1)5.(()- сдвинутый -суммарный сигналСдвинутый суммарный и разностньй сигналы поступают на входы вычислителя 5.1, далее на информационный вход блока 6.1 (фиг.2г) выОорки-хранения. Детектор 4 наложения сигналов, подключенный к выходам фазовращателя 3 и вычитателя 2.1 формирует импульс, соответствующий участку наложения t -1(фиг.2д). Данные импульсы управляют работой блока 6.1 выборки-хранения. При значении управляющего-напряжения равном нулю блок выборки-хранения (БВХ) 6. на(фиг.2е) .

ходится в режиме Запись

импульсного напряжения БВХ 6.1 переходит в режим Хранение (участок .2е). Значение напряжения, полученное на открытых участках

t - t, и t. - i , соответствует измеряемой разности фаз между первой парой перекрывающихся радиоимпульсных сигналов. Данное значение хранится в БВХ 6.1 и подается на вход индикатора 18.1 (фиг.Зе).

Сдвинутые суммарный и разностный сигналы с выхода фазовращателя 3 и вычитателя 2.I подаются на входы пиковых детекторов 8.1 и 8.2, которые

(фиг.За) .

На открытом участке t, выходе пиковых детекторов постоянное напряжение, соответствующее амплитудному значению напряжения первой пары входных сигналов. В это время ВЕХ 6,2 и 6.3 находятся в режиме Запись (фиг.Зд). На участке наложения t j на выходе детектора наложения сигналов 4 появляется видеоимпульс, который переводит БВХ 6.2 и 6,3 в режим Хранение. На участке наложения пиковые детекторы фиксируют максималь .ное значение на огибаюацос биений . - сдвинутого сумматорного и разностного сигналов {фиг.За). Вычитатели 2.2 и 2.3 определяют разность между максимальными значениями напряжения на открытом участке t, - t.H максимальными значениями на огибающих. Выходные сигналы вычитателей 2,2 и 2,3 поступают на вход вычислителя 5,2, осуществляющего операцию вычисления удвоенного значения арктангенса отношения.

На выходе блока 7 обнаружения сигналов о бразуется импульс, длительность которого соответствует общей длительности радиоимпульсов t -t (фиг.Зб). Данный сигнал управляет работой формирователя 9 импульсов и в момент его окончания t, на выходе формирователя 9 импульсов появляется короткий импульс, осуществляющий сброс пиковых детекторов (фиг.Зв),

Расширитель 10 импульсов осуществляет задержку заднего фронта импульса,, управляющего режимами работы блоков 6.2 и 6.3 выборки-хранения (фиг.3г,д). Задержка должна быть больше .суммарной постоянной времени инвертора 16 и блока 6.4 выборки-хранения. Амплитудные детекторы 12,1 и 12.2 выделяют огиба ощие суммарного и разностного сигнгшов. Сигналы с выходов амплитудных детекторов 12.1 и 12,2 поступают на входы фазового детектора 13.

В зависимости от временного положения максимумов и минимумов на огибающих суммарного и разностного напряжений на выходе фазового детектора появляется видеоимпульсj полярность которого зависит от этого временного положения. Например, при максимуме на одном из сигналов, а минимуме на другом на выходе фазового детектора появляется импульс отрицат тельной полярности, при совпадении максимумов на огибающих - положительной полярности ( фиг.Зж).

Выходной сигнал блока 6„1 выборки-хранения, несущий информацию о знаке разности фаз между первой па- . рой радиоимпульсов, ограниченный усилителем-ограничителем 14, управляет работой управляемого инвертора 15.1. В зависимости от знака выходного напряжения усилителя-ограничителя 14 инвертор 15. 1 пропускает или инвертирует вьгходной сигнал фазового детектора 13. Выходное напряжение управляемого инвертора 15.1 управляет режимом работы втор ого управляемого инвертора 15.2, который, в свою очередь, инвертирует или пропускает без изменений на аход четвертого БВХ 6.4 сигнал с выхода вычислителя 5.2.

Режимы работы.блока 6.4 выборки- хранения находятся в противофазе с

0

5

0

5

0

f;

0

5

режимами работы БВХ 6.1, 6,2 и 6,3, т.е. на открытых участках i, и tj- i; - режим Хранение, на участке наложения t - Ц - режим Запись (фиг,2ж), Противофазность обеспечивается за счет того, что сигнал с выхода детектора 4 наложения сигналов прохо.дит через инвертор 16.Ключ 17J информационный вход которого подключен к выходу БВХ 6,4, управляется также сигналом с выхода детектора 4 нааожения сигналов- и закрывается лишь на участке наложения входных сигн;алов t, t, (фиг.2з) . Выходное напряжение ключа 17, соответствующее разности фаз между второй парой наложенных радиоимпульсов, подается на вход индикатора 18,2 (фиг.Зз).

При этом на выходе фазового детектора 13 при максимумах на огибающих сигналов появляется положительньш импульс (фиг.Зж), при максимуме и ми- HHMyi ie - отрицательньй.

Таким образом, зная знак одного из углов (знак на выходе БВХ 6. t) и зная временное совпадение максимумов и минимумов на огибающих {сигнал с выхода фазового детектора 1З), можно сделать заключение о знаке Ч (инвертор 5.1) , который и присваивается сигнгшу с выхода вычислителя 5.2 (управляемый инвертор 15.2),так как на выходе вычислителя 5.2 знак всегда положительный вследствие того, что берется отношение модулей.

Поэтому на управляющий вход управляемого инвертора 15.1 подается напряжение с выхода ББХ 6.1, предварительно .ограниченное усилителем-ограничителем 14, Б зависимости от знака на управлЯЕощем входе управляемый инвертор 15.1 инвертирует или не инвертирует сигнал с выхода фазового детектора 13 с учетом знаков выходных нап- рялсений БВХ 6.1 и фазового детектора 13, инвертор 15,2 присваивает знак выходному напряжению вычислителя 5.2, т.е. пропускает его без изменения, либо инвертирует.

Блок 6.4 выборки-хранения, рабо- тающ:ий в противофазе с БВХ 6,2 и 6.3, на участке наложения запоминает значение разности между второй парой радиоимпульсных сигналов (в это Время ключ 17 закрыт).

В момент окончания управляющего импульса с выхода детектора 4 .наложения сигналов в БВХ 6.2, 6.3 и 6.4 меняют режимы работы. При этом может случиться так, что БВХ 6.2 и 6.3, переходя в режим Запись, начнут за- писывать выходное напряжение пико- вых детекторов 8.1 и 8.2, которое в это время продолжает фиксировать максимальные значения огибающих, поэтому БВХ 6.4, переходя из режима За- пись в режим Хранение, может записать и хранить потом значение, кото- рое является ложным и не соответствует измеряемой разности фаз между второй парой наложенных радиоимпульсов.

Для того, чтобы этого не произошло, режимы Хранения БВХ 6.2 и 6.3 заведомо удлинены во времени при помощи расширителя 10 импульсов, а пиковые детекторы 8.1 и 8.2 сбрасыва- ются лишь по окончании обоих радиоимпульсов (фиг.3в,з,д).

По окончании участка наложения ключ 17 открывается, на вход индикатора 18.2 поступает напряжение, соот- ветствующее разности фаз между второй парой радиоимпульсньк сигналов.

Уравнение для огибающей суммы двух сигналов имеет вид

U(t) ,t 2U,U,co3(J,

,Дб - и11 , и„, - амплитуды первого и

второго колебаний соответственно; разностная частота

колебаний;

ч-- фазовый угол, учитывающий сдвиг фаз между колебаниями.

Из уравнения следует, что .частота огибающей равна разности частот,поэтому верхняя граничная частота ограничивается лишь максимальным разносом частот. Практически соотношение амплитуд, начальных фаз, фазовых сдвгов, сигналов принципиальных ограничений не имеет и ограничивается только конкретной реализацией.

Широкий диапазон несущих частот наложенных радиоимпульсов сигналов позволяет использовать предлагаемый радиоимпульсный фазометр в современных фазоимпульсных измерительных системах. Функциональные возможности устройства позволяют использовать ег также для измерения разности фаз не- наложенных радиоимпульсных сигналов

Формула изобретения

1.Радиоимпульсный фазометр, содержащий последовательно соединенные входы,сумматор, входы которого соединены с первым входом устройства, фазовращатель, детектор наложения сигналов и блок выборки-хранения второй вход которого соединен с выходом вычислителя, вычитатель, первый вход которого соединен с вторым входом .устройства и вторым входом сумматора, второй вход вычитателя соединен с первым входом устройства, а выход вычитателя соединен с первыми входами вычислителя детектора наложения, сигналов, выход которого соединен с управляющим входом ключа, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, введены блок обнаружения сигналов, два пиковых детектора, три блока выборки-хранения, два рычитате ля, формирователь импульсов, расширитель импульсов, блок определения знака, вычислитель, инвертор, два индикатора, причем выход формирователя импульсов подключен к сбросовым входам пиковых детекторов, а вход соединен с выходом блока обнаружения сигналов , вход которого связан с одним из входов устройства, первый вход блока определения знака подключен к информационному входу пикового детектора, второй вход - к информационному входу другого пикового детектора, третий - связан с выходом первого блока выборки-хранения и входом первого индикатора, четвертый - соединен с выходом второго вычислителя, входы которого связаны соответственно с выходами второго и третьего вы читателей, информационные входы пиковых детекторов подключены соответственно к выходам фазовращателя и первого вычитателя, а выходы связаны с информационными входами соответственно второго и третьего блоков выбор- .ки-хранения, выход расширителя импульсов подсоединен к управлякяцим входам второго и третьего блоков выборки-хранения, а вход связан с выходом детектора наложения сигналов и входом инвертора, первые входы второго и третьего вычитателей подключены соответственно к выходам второго и третьего блоков выборки-хранения, вторые входы - к выходам пиковых детекторов, кроме того, информационный вход четвертого блока выборки-хранения связан с выходом блока определения знака, управляющий - с выходом инвертора, а выход соединен с информационным входом ключа, выход которого подключен к входу второго индикатора.

2. Фазометр по п,1,отличающийс тем, что. блок определения знака включает два амплитудных детектора, фазовый детектор, два управляемых инвертора, усилитель-ограничитель,причем входы амплитудных детекторов ян- ляются соответственно первым и вто

рым входами блока определения знака, выхода связаны с входами фазового де тектора, вход усилителя-ограничителя подсоединен к третьему входу блока, а выход - к управляющему входу первого управляемого инвертора, информационный вход которого подключен к выходу фазового детектора, кроме того, четвертый вход и выход блока определения знака являются соответственно информационным входом и выходом второго управляемого инвертора, управляющий вход которого связан с выходом первого управляемого инвертора.

6)

&)

г)

э;

t

/

Составитель В.Шубин Редактор А.Авраменко Техред И.Попович

Заказ 2980/48 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул,Проектная, 4

Я

Физ.Ъ

Корректор М.Демчик

Изобретение относится к технике радиоизмерений. Может быть использовано в системах для измерения сдвига фаз перекрывающихся радиоимпульс- ных сигналов с неизвестными частотами. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений, достигается тем, что в устройстве осуществляется измерение разности фаз между парами наложенных радиоимпульсов посредством обработки огибающей биений суммарного разностного напряжений. Устройство содержит сумматор I, вычитатели 2.1-2.3, фазовращатель 3, детектор 4 наложения сигналов, вычислители, 5.I и 5.2, блоки 6.1-6.4 - выборки хранения, блок 7 обнаружения сигналов, пиковые детекторы 8.1-8,2, формирователь 9 и рас- щиритель 10 импульсов, инвертор 16, ключ 17, индикаторы 18.1 и 18.2, В устройстве имеется также блок 1 определения знака, в состав которого входят амплитудные детекторы 12.1 и 12.2, фазовый детектор 13, усилитель-ограничитель 14, управляемые ин верторы 15.1 и 15.2. Современная элементная база вследствие недостаточного быстродействия не позволяет производить измерения на частотах более 5-10 МГц, поэтому в данном уст ройстве используется огибающая биений. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. S (Л W 4)1. ЭО