Устройство для измерения разности фаз и коэффициента затухания двух сигналов Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике -и может быть использовано для измерения разности фаз и коэффициента затухания двух, когерентных сигналов, а также в составе комплекса для снятия АФР-антенн.

Цель изобретения - повьшение точности измерений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из генератора 1 высокой частоты, клемм 2 для подключения измеряемого четырехполюсника первого фазового манипулятора 3, фазового модулятору 4, генератора 5 импульсов, второго фазового манипулятора 6, третьего фазового манипулятора 7, делителя 8 частоты, инвертора 9, сумматора 10, квадратичного детектора 11, фильтра 12 промежуточной частоты, усилителя 13 промежуточной частоты (ПЧ), второго делителя 14 частоты, синхронного детектора 15, фазового модулятора 16 промежуточной частоты, фильтра 17 низкой частоты. , . ..

Генератор 1 соединен с клеммами для подключения измеряемого четырехполюсника, выход которого через последовательно соединенные первый 3, второй 6 и третий 7 фазовые манипуляторы, сумматор 10, квадратичный детектор 11, фильтр 12 промежуточной частоты, умножитель 13 промежуточной частоты, синхронный детектор 15 и фильтр 17 низкой частоты (НЧ) подключен к выходу устройства. Генератор 5 импульсов соединен одновременно с фазовым модулятором 4, делителем 8 частоты, делителем 14 частоты и вторым фазовым модулятором 16 промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора 15, а выход делителя 14 частоты на К - с вторым входом второго фазового модулятора 16 промежуточной частоты. Выход первого фазового модулятора 4 соединен с вторым входом первого фазового манипулятора 3, вькод делителя 8 частоты - с входами первого фазового модулятора 4, второго фазового манипулятора 6 и через инвертор 9 - третьего фазового манипулятора 7, а второй вход сумматора 10 соединен с выходом генератора 1 высокой частоты.

Устройство работает следукщим образом.

477772

Сигнал на,, выходе генератора 1 может быть описай как

a(t)),t,(1)

где А: и uJ,/2Tr- соответственно

амплитуда и частота генератора 1.

Сигнал проходит через измеряемый четырехполюсник, где получает фазовый сдвиг ния К.

f и коэффициент затуха10

a(t)() . (2) Сигнал на выходе генератора 5 импульсов описывается как

I П: I siniSZ t,. (3)

,J,5 1

где Si,/2fT - частота следования прямо- . угольных импульсов генератора 5.

Пройдя фазовьй модулятор 4, на модулирующий вход которого подается прямоугольный импульс с частотой 5iy2lTn SI 2TV, т.е. , сигнал на выходе фазового модулятора 4, создающего индекс фазовой манипуляции ®и1л (б +Дбко0 ), можно описать выражением

TsintiQ t+()

4 1 fe;,5

.

где 0 - индекс фазовой манипуляции.

(4)

равный т.

кор характеризует фактически подстройку & , т.е.0, можно вручную

регулировать (подстраивать), что легко обеспечивается в области относительно низких частот.

Тогда сигнал на выходе первого фазового манипулятора, создающего индеке фазовой манипуляции (9 + А0),

где 0,-2 U0,- неточность установки (обычно 5 - 10%) индекса фазовой манипуляции по СВЧ, можно описать выражением

)A,K,

uf- .z: ,,t.

1-1,3,51-

); I sinKSi

i 1,3,5 J

xcos{u} t-fif,+(0,+A0,)| f:

+ (

, co . ,-,да J- , -(6 + 11 j; sinK52,, (5)

где m - величина, характеризующая разность коэффициентов передач первого фазового манипулято- ра .3 при разных фазовых состояниях.

Фактически - индекс паразитной

амплитудной манипуляции, сопутствующей фазовой (обычно т%0,1)., а

- - 0)05 (для известного устройства

т, ДК ) .

Второй и третий фазовые манипуляторы 6 и 7 создают индексы фазовой манипуляции соответственно (Q +А6) и -(, гда 0,|; U©,, - неточность установки на СВЧ 0.

г

9.|;

- неточность установки на СВЧ вз 46j, обычно 5 - 10°, и индексы паразитной амплитудной манипуляции

Шг

и

2

т.

Наличие знаков (-) перед и перед (9+й9 характеризует то, что на третий СВЧ фазовый манипулятор 7 модулирующий импульс с частотой j/2 n заводится через инвертор в отличие от втррого фазового манипулятора 6, на модулирующий вход которого он по- падает неинвертированным.

Сигнал на выходе третьего фазово- го манипулятора 7 можно описать жением . . .

fSi i

Далее сигнал, описанный выражени,г ту 4 1 , |..Mtiji - - -.шлеи, uiini annoui выралеии-

а (t)A(,K |1+ j Z Sin{i5J t+ ем (7), суммируется с сигналом гене, ратора 1, описанным выражением(2)

л 00 1-.1в сумматоре 10

0.,„,) gl sinKft tllx

,4. П-.

КИ,5

a-(t)a, (t)+a(t)A,K,{H|i

lsinKa)..cos.{4t-.-(e.-bV |g:Jsinti5,t-.(,p) х

X Г1 |sinK5i t cJ t+4 +(0,-ь

,,-ii.K K. ., - S

х(1 +

..lsinKa,t- f.K -ti5

.2F ,5 r

-ьав,) Ц:д81п 5,е+(,ор)x| ,t+(0i+ft0Kop) t4,A5 1 .

.5

I n: sinKa t1()f |sinKSl -45 xsin A,cos4t. (8)

4 00 1 тКвадратичный детектор 11 вьщь...4ет

-(0j + u%) El gsinKS tj. (6)квадрат огибакщей сигнала (8)

Обычно фазовые манипуляторы (или (a,(t)) , (.Ml +2|a, (t)b

управляемые дискретные фазовращатели)50i|a(t)j-cosif,

выполняются на базе диодньк коммутаторов, лэтери которых зависят от параметров управлякщего сигнала, кр- торый открывает или закрывает диод

где Ч - разность фаз между a(t)

и a/(t).

Тогда

(pin). Управляющими сигналами (неко- 55 .j i+Sj- ,tH торым изменением амплитуды управляю- bi,i,6 i

щих.. импульсов можно выравнять поте- Q ,Q ри второго и третьего фазовых манипу-

к.К

|sinKS,t +A Hляторов, т.е. т и т, тогда выражение вида (6) переписывается в виде

а(,.к| |sintiS ;t

+ (б,,ч-лвкор)|

Г1 isinK2, X

кМДЗК J

),t+4 .. + ()J EI ,t+

,J,S 1

+ (0,+ д0,)х с: 4sinKS t+(0,-в + . 4 ц л. г

,i,5 J

Т5

)j sinK.5.

(7)

и при условии, что а f

Обозначаем 40, ,jKi

Фактически второй и третий фазовые манипулятор эквивалентны одному фазовому коммутатору, создающему ин- деке Фазовой манипуляции -( J, причем амплитудная манипуляция сопутствующая фазовой, здесь скомпенсирована.

Далее сигнал, описанный выражениMtiji - - -.шлеи, uiini annoui выралеии-

ем (7), суммируется с сигналом генеГ1

,,-ii.K

K -ti5

-ьав,) Ц:д81п 5,е+(,ор)I xf: I sin K$2,t -(0,,.

.5

45 xsin A,cos4t. (8)

i+Sj- lsin bi,i,6 i

к.К

|sinKS,t +A H42A4 /iuf- n: }sinLi«,t+(9, + 49,,)

f ZI lsinK a, COS (e +де, ) ,5

.К--1Л5 К - - - . ...

Tsinti,t+() ; 1

X-1,5,5

sinKnjt -(Qj+u025K6) Г1 sinKSjt.

. (9)

Сигнал вида (9) проходит фильтр 12 и усиливается усилителем ГГЧ 13. Фильтр 12 и усилитель ПЧ 13 настроены на частоту , причем полоса пропускания последних и после ряда преобразований сигнал на выходе усилителя ПЧ 13 имеет вид при Л9кс.-б2:.кй cos д0.,экБ-81Пйе,5

1-йе29к8

а,о (t)a(t)+ag(t).

°10 - - 9 - Jj К

0 (t)4A%cos2A0,,,a5-TlltQl

sinfl.t- |-,sinA6,cos4 ,

(10)

+cos(iS2,t+V, )1 .

Видно, что первый член выражения (10) с ростом К уменьшается по 30 отношению к измерительному члену cos(() , так при наличии в измерительном канале начального затухания K(. - 8 дБ он меньше на 3Q дБ, что соответствует точности измерения фа- 35 зы 1, амплитуды 0,3 дБ. С увеличением KX точность измерений возрастает. Второй член в любом случае меньше измерительного члена на 40 - 50 дБ, что снижает точность измерения по фа- 40 зе на 0,5°, а по амплитуде - на 0,1 дБ В нижней части амплитудного динамического диапазона точность падает за счет увеличения влияния шума. Так при - 60 дБ точность измерений по 45 фазе составляет 1,7°и 0,3 дБ по ам- плитуде, затем ухудшается с ростом .

Учитывая, что на опорный вход синхронного детектора 15 поступает сигнал с фазового модулятора 16 в виде последовательно следующих (с частотой Sy21fK r m) квадратурных компонент опорного сигнала с частотой j, сигнал на выходе фильтра НЧ 17

гТропорционален квадратурным компонентам

50

55

a,, (t)

, при

T, П1). при ,

ЭФФИ1

ности.

Э

где С - коэффициент пропорциональности.

0

(5

5

0 5 0 5

0

55

Измерить разность фаз Ч и вноси- |мое затухание можно непосредственно, используя сигнал вида (10) с выхода ;усилителя 13, Измерения проводятся с помощью стандартных приборов, например ПЧ фазометра Ф2-16 и цифрового врльтметра В7-28.

Равенство йбкор 4®эк6 достигается следующим образом.

В измерительньй канал вместо изделия включается плавный фазовращатель и последовательно с ним фиксированный аттенюатор так, чтобы суммарное ослабление плавного фазовращателя и аттенюатора составляло около 30 дБ, т.е. дБ. Тогда сигнал на выходе 5Т1Ч 13 можно записать как

а (t) (cosAS,,g, -bsinu02,K6 (cos 4 ОКОР +sin ) xcos-SJ,t- (cos4e,i,Kb-sin 0,5к6)(cosйв op- -siпл© op) xsin t jjrA2K( +sin Д0.,1)(созд0 др+з1пд0 р )x xsin()+2sin(4e ,j, ) sinV jSinft t . . ,(12)

Видно, что в выражении (12) первый член определяет полезньй сигнал, а второй член - помеху. При изменении Ч;, суммарный вектор по амплитуде изменяется, так как полезный вектор сдвигается по фазе на « , а помеха изменяется по амплитуде. Изменя-я фазовый сдвиг, вносимый раздвижной коаксиальной линией, можно наблюдать изменение амплитуды сигнала (12). Теперь, изменяя индекс фазовой манипуляции фазового модулятора 4, добиваются при изменении -fx отсутствия измененит амплитуды сигнала (11), что соответствует отсутствию помехи, т.е. устанавливается равенство Л0,ор -й02}к6 , после проведенных настроек на выходе усилителя 13 присутствует сигнал

1ГАвК о82402 cos(5i,, ) .

. Таким образом, применение фазового модулятора 16 позволяет свернуть квадратурные составляющие измеритель кого сигнала- (алгебраическая форма записи сигнала в комплексной ), которые передаются в разные моменты времени, в обычный сигнал (в показательную форму комплексного числа), т.е. перенести информацию об измеряемых параметрах К и Ч на промежуточную частоту. При этом применение третьего фазового коммутатора позволяет исключить паразитную амплитудную модуляцию m , а подстройкой ин- др1ССа фазовой модуляции ПЧ фазового модулятора , удаётся скомпенсировать погрешность установки индекса фазовой манипуляции что в итоге повьшшет точность измерений. Точность измерений предлагаемого устройства, как видно из анализа прохождения сигнала составляет t - . 1,7 по фазе и 0,2 - 0,3 дБ по амплитуде в динамическом диапазоне 50 - 55 дБ. ..

Формула изобретения

Устройство для измерения р1азности фаз и коэффициента затухания двух сигналов, содержащее генератор высокой частоты, генератор импульсов, последовательно включенные первый и второй фазовые манипуляторы, первый делитель частоты, соединенный входом с генератором импульсов, а выходом соединен- ный с вторым входом второго фазового манипулятора, квадратичный детектор, соединенный с входом фильтра промежуточной частоты, синхронный детек

Редактор Н.Швьщкая

Составитель А.Шубин

Техред И.Верес . КорректорМ.Пожо

Заказ 4810Тираж.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

тор, выход которого соединен с входом, фильтра низкой частоты, две клеммы для подключения исследуемого четырехполюсника, одна из которых соединена 5 с выходом генератора высокой частоты, а другая - с входом первого фазового манипулятора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены фазовый модулятор, инвертор, третий фазовый - манипулятор, сумматор, усилитель промежуточной частоты, второй делитель частоты, фазовый модулятор промежуточной --частоты, при этом выход генератЪ- ра импульсов соединен с входами фазового модулятора, первого и второго делителей частотны и фазового модулятора промежуточной частоты, выход первого делителя частоты соединен с вхо- 0 дами фазового модулятора и инвертора, выход которого подключен к входу третьего фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом второго фазового манипулятора, а выход - 5 с входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, выход фазового модулятора соединен с вторым входом первого фазового манипулятора, выход сум- матора соединен с входом квадратичного детектора, выход фильтра промежуточной частоты через усилитель промежуточной частоты соединен с входом синхронного детектора, а выход второго делителя частоты соединен с вторым входом фазового модулятора промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора.

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - повышение точности измерений. Для этого в устройство, содержащее генератор высокой частоты 1, клеммы 2 для подключения измеряемого четырехполюсника, фазовые .манипуляторы 3, 6, делитель 8 частоты, квадратичный детектор 11, .генератор 5 импульсов, фильтр 12 промежуточной частоты, синхронный детектор 15, фильтр 17 низкой частоты, введены фазовый модулятор 4, и.нвертор 9, фазовый манипулятор 7, сумматор 10, усилитель 13 промежуточной частоты, второй делитель 14 частоты, фазовый модулятор 16 промежуточной частоты (ПЧ). Применение фазового модулятора 16 позволяет пере- нести информацию от измеряемых параметров К и (где Kj - коэффициент затухания; фазовый сдвиг) на промежуточную частоту. Применение третьего фазового манипулятора позволяет исключить паразитную амплитудную модуляцию ША. Подстройкой индекса фазовой модуляции ПЧ фазового модулятора u©K.of удается скомпенсировать погрешность установки индекса фазовой манипуляций ьб 2 эк«. что в итоге повьшает точность измерений. Точность измерений предлагаемого устройства составляет 1 - 1,7°по фазе и 0,2-0,3 дБ по амплитуде в динамическом диапазоне 50 - 55 дБ, что выгодно отличает его от прототипа. 1 ил. --Стг t I (Л С 1ч9 { Ч а «ч