Устройство для измерения фазового сдвига модулирующего колебания амплитудно-модулированных или фазомодулированных сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01R25/00 

СП

-U

ел to

00

Изобретение может быть использовано в фазоизмерительной технике. Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение динамического диапазона. Устройство содержит смесители 1 и 2, усилители 3 и 4 промежуточной частоты, амплитудные ограничители 5 и 6, фазометр 7, полосовые фильтры 8 и 9, модулятор 10, генератор 11 модуляционной частоты, блок 12 ФАПЧ и генератор 13 опорной частоты. Цель достигается за счет того, что информация о разности фаз модулирующего колебания входного сигнала и сигнала генератора 11 модуляционной частоты преобразуется в сдвиг фаз между монохроматическими колебаниями промежуточной частоты F, причем погрешности каналов преобразования вычитаются в фазометре 7, а использование полосовых фильтров 8 и 9 для разделения спектральных составляющих сигнала модулятора 10 повышает чувствительность устройства. 3 ил.

К моду/% wopу Входного сигнала

Фиг.1

Изобретение относится к фазоизме- рительной технике, может быть применено для измерения фазы модулирующего колебания амплитудно-модулиро- ванных или фазомодулированных сигналов измерителей группового времени запаздывания с высокой сосредоточенностью энергии по спектру, а также в других радиотехнических измерительных устройствах, использующих подобные сигналы

Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение динамического диапазона.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - спектры сигналов (а - спектр входного сигнала устройства; б - спектр выходного сигнала модулятора; в, г - спектры выходных сигналов смесителей) на фиг.З - схема блока фазовой автоподстройки частоты.

Устройство для измерения фазового сдвига содержит смесители 1 и 2, вхо- ды которых соединены с входом устройства, а выходы - с входами соответствующих усилителей 3 и 4 промежуточной частоты (УПЧ), выходы последних соединены с входами амплитудных ограничителей 5 и 6 соответственно,, Выходы амплитудных ограничителей 5 и 6 соединены с первым и вторым входами фазометра 7. Кроме того, устройство содержит два полосовых фильтра 8 и 9, выходы которых соединены с вторыми входами смесителей 2 и 1 соответственно, а входы - с выходом модулятора 10, первый вход которого соединен с выходом генератора 11 модуляционной частоты, а второй вход - с выходом блока 12 фазовой автоподстройки частоты, первый вхЪд блока 12 фазовой автоподстройки частоты соединен с выходом генератора 13 опорной частоты, а второй вход - с входом устройства.

Блок 12 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) содержит последовательно соединенные полосовой фильтр 14, смеситель 15, фазовый детектор 16, фильтр 17 низкой частоты и управляемый генератор 18, выход которого соединен с вторым входом смесителя 15.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал (фиг.2а) с амплитудной (или фазовой) модуляцией гармоническим сигналом частоты FM и фазы поступает одновременно на пер

вые входы смесителей 1 и 2 и первый вход блока 12 ФАПЧ. Блок 12 ФАИЧ формирует входной сигнал модулятора 10, частота которого равна PC-F, Ааза

5

0

5

0

5

0

5

0

5

оп

где

f6 несущая частота входного сигнала, F - частота сигнала генератора 13 опорной частоты, поступающего на второй вход блока 12 ФАПЧ, частота F численно равна величине промежуточной частоты устройства.

Блок 12 ФАПЧ обеспечивает автоподстройку частоты входного сигнала модулятора 10. Это позволяет стабилизировать промежуточную частоту устройства и, следовательно, сузить полосу пропускания усилителей промежуточной частоты и увеличить отношение сигнал/ /шум на входах фазометра, т.е. повысить чувствительность устройства. Кроме того, блок 12 ФАПЧ необходим для получения соотношения.сигнал/шум, большего 10, во входном сигнале модулятора 10 и далее в гетеродинных сигналах смесителей 1 и 2, так как позволяет сформировать шумовую полосу сигнала, значительно меньшую диапазона неопределенности его частоты. При меньших соотношениях сигнал/шум в гетеродинных сигналах смесителей 1 и 2 наступает значительное уменьшение отношения сигнал/шум и в выходных сигналах смесителей 1 и 2, что приводит к увеличению шумовой погрешности измерителя фазы, т.е. к потере чувствительности устройства.

Блок ФАПЧ работает следующим образом.

Входной сигнал, модулированный по амплитуде (или фазе), поступает на полосовой фильтр 14, который выделяет несущую частоту сигнала Р , и далее - на первый вход смесителя 15. На второй гетеродинный вход смесителя 15 поступает сигнал с управляемого генератора 18, После преобразования на выходе смесителя 15 выделяется сигнал разностной частоты и подается на первый вход фазового детектора 16. На второй вход фазового детектора 16 поступает сигнал генератора 13 опорной частоты с частотой F. Сигнал постоянного тока с выхода фазового детектора 16 поступает после фильтрации побочных колебаний фильтром 17 низкой частоты на управляющий вход управляемого генератора 18, Последний подстраивается по частоте так что частоты сигналов, поступающих

на фазовый детектор 16, равны. Это возможно в случае, если частота сигнала управляемого генератора 18 равна fc-F. Выходной сигнал генератора 18, частота которого отслеживает изменение несущей частоты входного сигнала, поступает на вход блока 12 ФАПЧ.

С выхода блока 12 ФАПЧ сигнал с частотой и фазой cfon поступает на первый вход модулятора 10, где модулируется сигналом генератора 11 модуляционной частоты с частотой,

равной FM, и фазой I/ , который посту |5 метра 7, равный разности фаз сигна- пает на второй вход модулятора 10, Модулятор 10 может быть выполнен по схеме балансного модулятора, но возможна также его реализация по схемам амплитудного или Фазового модулятора 2о при незначительном повышении требований к избирательности полосовых фильтров 8 и 9.

Спектр выходного сигнала модулятора 10 с фазами отдельных спектральных составляющих приведен на фиг.26. Полосовые фильтры 8 и 9 выделяют из выходного сигнала модулятора 10 отдельные спектральные составляющие с частотами, равными fc-F-FMH 4- + FM соответственно. Поэтому на второй вход смесителя 1 поступает гармонический сигнал с частотой, равной

лов, поступающих на первый и второй его входы, равен

ДЧ 2( -ifMen) + ( if i - if, ) +

+ (V,- Y4) + (Чу- ft)Фазовые сдвиги полосовых фильтров 8 и 9, УПЧ 3 и 4, амплитудных ограничителей 5 и 6 входят в выражение для

25 выходного сигнала Лазометра 7 в виде попарных разностей. Но так как указанные пары элементов построены по идентичным схемам, то фазовые сдвиги в них практически попарно равны, а их

Зо разности практически равны нулю, т.е.

w 2(ч5н-чи f c-F + F, и фазой IA + I/ + if

Г9

Следовательно, выходной сигнал фазометра 7 однозначно соответствует

на второй вход смесителя 2 - гармони- разности между фазой 1рл огибающей ческий сигнал с частотой, равной модулирующего колебания входного сиг- f c -F 4- Рм , и Фаяой « моо + ife нала, и фазой , сигнала генератора где ц, if5- фазовые сдвиги, приоб- 11 модуляционной частоты, ретаемые сигналами в полосовых фильт- В известном устройстве на промежу- рах 8 и 9 соответственно (амплитудно- 4о точной частоте используется амплитуд- частотные характеристики полосовых ная модуляция для передачи информации фильтров 8,9 изображены на фиг,2б). о фазе огибающей модулирующего снгна- После преобразования входного сиг- ла. Поэтому для расширения динамичес- нала смесителями 1 и 2 на выходе пос- кого диапазона известного устройства ледних появляются сигналы, содержащие 45 возможно применение только автомати- спектральные составляющие с промежу- ческой регулировки усиления (АРУ}

точной частотой F. Низкочастотная область спектров выходных сигналов смесителей 1 и 2 изображена на фиг.2в и г соответственно, где указаны фазы отдельных спектральных составляющих выходных сигналов, а пунктиром - амплитудно-частотные характеристики усилителей 3 и 4 промежуточной частоты

Спектральные составляющие с частотой F выделяются УПЧ 3 и 4 из выходных сигналов смесителей 1 и 2 и после нормировки по уровню амплитудными ог

раничителями 5 и 6 поступают на первый и второй входы фазометра 7.

Фаза выходного сигнала амплитудного ограничителя 5 равна ( + /м) - k.n+W) +tb+ 4r. где f3, fr- фазовые сдвиги,приобретаемые сигналом

в УПЧ 3 и амплитудном ограничителе 5. Фаза выходного сигнала амплитудного ограничителя 6 равна ( cfc - ) - ( tpe|f -fwen+ Y8) + V Ч V / азовые сдвиги, приобретаемые сигналом в УПЧ 4 и амплитудном ограничителе 6. Следовательно, выходной сигнал фазометра 7, равный разности фаз сигна-

лов, поступающих на первый и второй его входы, равен

ДЧ 2( -ifMen) + ( if i - if, ) +

+ (V,- Y4) + (Чу- ft)Фазовые сдвиги полосовых фильтров 8 и 9, УПЧ 3 и 4, амплитудных ограничителей 5 и 6 входят в выражение для

выходного сигнала Лазометра 7 в виде попарных разностей. Но так как указанные пары элементов построены по идентичным схемам, то фазовые сдвиги в них практически попарно равны, а их

разности практически равны нулю, т.е.

w 2(ч5н-чи в УПЧо Но при большом динамическом диапазоне входного сигнала системы АРУ вносят значительные фазовые сдвиги огибающей входного сигнала, которые в известном устройстве прямо входят в выходной сигнал фазометра н увеличивают погрешность измерения сдвига фаз,

В предлагаемом устройстве полезная информация заключена в разности фаз сигналов промежуточной частоты. Поэтому для расширения динамического диапазона входного сигнала приме

йены амплитудные ограничители 5 и 6, которые конструктивно проще АРУ при тех же требованиях к амплитудно-фазовым погрешностям. Кроме того, амплит тудно-фазовые погрешности ограничителей 5 и 6 вычитаются в выходном сигнале фазометра 70 А так как схемы- ограничителей 5 и 6 идентичны и работают они в одинаковых условиях при неизменной частоте сигнала, то разность их фазовых сдвигов меньше заданной погрешности измерения в значительно большем динамическом диапазоне входного сигнала, чем в известном устройстве. I

Как показали результаты испытаний предлагаемого устройства и сопоставление полученных результатов с -результатами испытаний известного, динамический диапазон предлагаемого устройства расширился на 15 дБ при тех же погрешностях измерения фазового сдвига, что и в известном

Формула изобретения

Устройство для измерения фазового сдвига модулирующего колебания амплитудно-модулированных или фазо- модулированных сигналов, содержащее фазометр, генератор модуляционной

5

0

5

п

частоты, последовательно соединенные первый смеситель и усилитель проме - жуточной частоты, последовательно соединенные генератор опорной частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, второй вход которого соединен с входом первого смесителя и входом устройства, и модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора модуляционной частоты, а также второй смеситель, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения динамического диапазона, в него введены первый и второй полосовые фильтры первый амплитудный ограничитель, а также последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты и второй амплитудный ограничитель выход которого соединен с первым входом фазометра, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, входы полосовых фильтров соединены с выходом модулятора, а выходы - с вторыми входами соответствующих смесителей, вход первого амплитудного ограничителя соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, вход второго смесителя соединен с входом первого смесителя, а выход - с входом второго усилителя промежуточной частоты.

Гг

in

15

13

16

Фиг.З

п

1

w

18

17