Способ измерения разности фаз двух когерентных сигналов Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании фазометров когерентных сигналов с расширенным динамическим диапазоном изменения амплитуд и разности фаз измеряемого сигнала, а также при создании измерителей группового времени запаздывания.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых углов, повышение точности измерения в полосе частот.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагае- мьш способ} на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства по предлагаемому способу для случая, когда сдвиг фаз между входными сигналами равен 90 и на фиг.З - временные диаграммы, когДа сдвиг фаз также равен 90°, но п 2.

Устройство содержит фазовый манипулятор (например, ЛБВ) 1, генератор 2 пилообразного напряжения (ГПН) развязывающий блок 3, сумматор 4, амплитудный детектор 5, фазостабильный усилитель 6, фазовращатель 7 на , установочный фазовращатель 8, ограничитель 9, полосовой фильтр 10, нуль-орган 11, индикатор 12 разности фаз.

Измеряемый сигнал поступает на фазовый модулятор 1, второй вход которого соединен с генератором 2 пилооб . разного напряжения, а выход соединен с входом сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом развязывающего блока 3, на вход которого поступает опорный сигнал.

Выход сумматора 4 через последовательно соединенные амплитудньш детектор 5, фазостабильньй усилитель 6, фазовращатель 7 на П /2, устало вочный фазовращатель 8, ограничитель 9, полосовой фильтр 10, нуль-орган 11 соединен с входом индикатора 12 разности фаз, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения.

Способ измерения разности фаз дву когерентных сигналов заключается в том, что модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающего сигнала переменную составляющую, при этом измеряемьм сигнал подвергают линейной фазовой модуляции с индексом мо

5

0

5

5

0

дуляции i nn, сдвигают начальную фазу переменной составляющей огибающей суммарного сигнала Ha ii /2, выделяют переменную составляющую, частота которой в п раз ниже частоты огибающей суммарного сигнала, по расположению моментов перехода через нуль которой относительно фронта фазомодулирующего напряжения определяют разность фаз когерентных сигналов.

Для изменения фазового сдвига когерентных сигналов V, и V измеряемый сигнал пропускают через фазовый модулятор 1, который в процессе измерения управляется напряжением от генератора 2 пилообразного напряжения с периодом Т.

Сигнал при этом модулируется по фазе по линейному закону. Амплитуда модулирующего напряжения устанавливается такой, чтобы поворот фазы в модуляторе 1 за период Т был равным

0

0

5

5

2 и п. В этом случае входной сигнал V с частотой Wo получит прирост частона величину ± я

л 21 где Л«П ;р-.

ты | 1,2,3 ... Знак Л зависит от направления пилообразного напряжения. В сумматоре 4 входные высокочастотные сигналы интерферируют и на выходе получают суммарный сигнал с модулированной амплитудой. После детекти - рования суммы входных сигналов детектором 5 на его выходе выделяется огибающая с частотой Я. Начальная фаза огибающей строго зависит от соотношения между начальными фазами входных сигналов. Например, если входные сигналы Vj и V будут син- фазны, то огибающая всегда будет начинаться в точке максимума, если входные сигналы в противофазе, то огибающая всегда начнется в точке минимума.

Экстремальные точки синусоидаль-, ного сигнала неудобны для фиксации их временных моментов, поэтому усиленный сигнал промежуточной частоты в усилителе 6 сдвигается по фазе на 1Т /2. В этом случае при синфазных входных сигналах начальная фаза промежуточной частоты всегда будет .соответствовать моменту нулевых переходов. Эти точки удобно взять за нуль отсчета. Для калибровки элек- трической длины каналов служит регулируемый фазовращатель 8. При подведении на оба входа одновременно одного из сигналов V, либо V, щателем 8 устанавливается нулевое показание фазового индикатора 12. Для выделения переменной составляющей, частота которой в 2п раз ниже 5 частоты огибающей суммарного сигнала, в тракте имеется ограничитель 9, подвергающий сигнал двустороннему ограничению, и полосовой фильтр 10, настроенный на требуемую частоту ю синусоидального сигнала, начальная фаза которого при этом соответствует начальной фазе промежуточной частоты 51 . Нуль орган 11 выделяет моменты перехода вьщеленного сигнала (5 через нулевые точки.

Временное положение заднего фронта пилообразного модулирующего сигнала н сигнала из нуль-органа 11 жестко привязано к разности фаз входных 20 когерентных сигналов V, и V. Например, когда входные сигналь нахо- . дятся в фазе, то фронт пилообразного напряжения и момент перехода гармоники через нуль совпадают во вре- 25 мени, когда сДвиг фаз равен 360 , то фронт пилообразного напряжения и момент перехода гармоники через нуль разнесены на время, равное времени

12575574

фазовра- Указанньш интервал может быть измерен с высокой точностью любым циф- ровым измерителем интервалов, показания которого выражены в угловых единицах и который может быть использован в качестве индикатора 12 разности фаз.

Способ измерения сдвига фаз когерентных сигналов простыми средствами . позволяет сохранить преимущества гетеродинных фазометров, отказаться от: стабильного гетеродина и расширить диапазон измеряемых углов до п 360 .- При этом повышается точность измере-. ния и стабильность во времени за счет того, что нет необходимости в резонансном усилителе для выделения промежуточной частоты, а также за счет того, что фаз о сдвигающие узлы работают на одной стабильной.промежуточной частоте и их параметры не зависят от входной частоты. По сравнению с известными предлагаемый способ позволяет также повысить точность измерений за счет замены амплитудных измерений временными, позволяющими также вести автоматическую цифровую обработку и запись результатов измерения .

одного периода промежуточной частоты Между двумя поочередными переходами гармоники через нуль вкладывается п периодов промежуточной частоты, следовательно, индикатор 12 разности фа может измерять разность фаз, соответствующую П 360.

На временных диаграммах работы устройства, реализующего способ измерения сдвига фаз (фиг. 2 и 3) изображены:, а - линейно нарастающий фа- зомодулирующий сигналi б - огибающая суммарного сигнала на выходе детектора , в - огибающая, фаза которой

полнительно сдвинута на 90

г - миСпособ измерения разности фаз двух когерентных сигналов, заключающийся в том, что модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и вьщеляют из огибающей суммарного сигнала переменную составляющую, о тличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых разностей фаз повышения точности измерений фазовонус 2п гармоника, д - моменты нулевых го сдвига в широкой полосе частот,

измеряемый сигнал подвергают линейной фазовой модуляции с индексом модуляции 2 u n, сдвигают нaчaJtьнyю фа- ЗУ переменной составляющей огибающей 50 суммарного сигнала на H /Z, выделяют переменную составляющую, частота которой в 2п раз ниже частоть огибающей сз ммарного сигнала, расположение моментов перехода через нуль которой

соответствующих 360 (фиг. 26,г). На ,55 относительно фронта фазомодулирующепереходов сигнала гармоники е - от носительное временное положение фронта пилообразного напряжения и момента нулевого перехода сигнала гармоники. Интервал и tf соответствует сдвигу фаз между входными сигналами на 90°. Как видно из диаграмм, С может изменяться в границах между двумя нулевыми переходами гармоники.

фиг. 360°

3 п,

(б. г) эти границы расширены до т.е. до 760°С для .

го напряжения характеризует разность фаз двух когерентных сигналов.

5 ю (5

0 5

Способ измерения сдвига фаз когерентных сигналов простыми средствами . позволяет сохранить преимущества гетеродинных фазометров, отказаться от: стабильного гетеродина и расширить диапазон измеряемых углов до п 360 .- При этом повышается точность измере-. ния и стабильность во времени за счет того, что нет необходимости в резонансном усилителе для выделения промежуточной частоты, а также за счет того, что фаз о сдвигающие узлы работают на одной стабильной.промежуточной частоте и их параметры не зависят от входной частоты. По сравнению с известными предлагаемый способ позволяет также повысить точность измерений за счет замены амплитудных измерений временными, позволяющими также вести автоматическую цифровую обработку и запись результатов измерения .

Формула

изобретения

Способ измерения разности фаз двух когерентных сигналов, заключающийся в том, что модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и вьщеляют из огибающей суммарного сигнала переменную составляющую, о тличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых разностей фаз повышения точности измерений фазового сдвига в широкой полосе частот,

го напряжения характеризует разность фаз двух когерентных сигналов.

фие,2

Изобретение может быть использовано при создании фотометров когерентных сигналов с расширенным динамическим диапазоном измерения амплитуд и разности фаз измеряемого сигнала. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых углов, по- вьш1ение точности измерения в полосе частот. Устройство, реализующее способ содержит фазовый модулятор, генератор 2 пилообразного напряжения, , развязывающий блок 3, сумматор 4, амплитудный Детектор 5, фазостабиль- ный усилитель 6, фазовращатель 7 на 1Г/2, установочньй фазовращатель 9, . ограничитель 9, полосовой фильтр 10, нуль-орган 11 и индикатор 12 разности фаз. Модулированный по фазе измеряемый сигнал складьшают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающего сигнала переменную составляющую. При зтом измеряемый сигнал подвергают линейной фазовой модуляции с индексом модуляции 2 fn. Сдвигают начальную фазу переменной составляющей огибающего суммарного сигнала на IT/2 и выделяют переменную составляющую, частота которой в п раз ниже частоты огибающей суммарного сигнала. По расположению моментов перехода через нуль переменной составляющей относительно фронта фазомодулирующего напряжения определяют разность фаз когерентных сигналов. 3 ил. с 9 ел го ел ел ел фие.1

Редактор М.Петрова

Составитель М.Катанова

Техред М.ХоданнчКооректор М.Максимишинец

Заказ 4913/43Тираж 728,Подписное

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