Способ определения сдвига фаз Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

о о

СА)

СЛ

VI

ю

Изобретение относится к области ради- техники и может быть использовано для змерения сдвига фаз между узкополосныи сигналами с априорно неопределенной труктурой и неизвестной несущей частоой.

Целью изобретения является повышение точности при измерении сигналов с незвестной структурой и несущей частотой. На чертеже приведена структурная лектрическая схема устройства измерения сдвига фаз между узкополосными сигналами, реализующего способ измерения сдвига фаз.

Устройство определения сдвига фаз содержит первый-четвертый фазовые детекторы (ФД) 1-4, генератор 5 опорного сигнала, фазовращатель 6 на 90°, первый - четвертый фильтры 7-10 низкой частоты ( ФНЧ), первый-четвертый пере- множители 11-14, первый-четвертый интеграторы 15-18, блок 19 вычитания, сумматор 20, блок 21 деления, блок 22 вычисления арктангенса

Входы устройства соответственно соединены с попарно объединенными первыми (сигнальными) входами первого 1 и второго 2, а также третьего 3 и четвертого 4 фазовых детекторов, вторые входы которых подключены к генератору 5 опорного сигнала непосредственно (ФД 1 и ФД 4) и через фазовращатель 6 (ФД 2 и ФД 3).

Выход ФД 1 через последовательно соединенные ФНЧ 7, перемножитель 11 и ин тегратор 15 подключен к первому входу блока 19. Выход ФД2 через последовательно соединенные ФНЧ 8, перемножитель 12 и интегратор 16 подключен к второму входу блока 19, выход которого подключен к первому входу блока 21 деления, выход ФД 3 через последовательно соединенные ФНЧ 9, перемножитель 13 и интегратор 17 подключен к первому входу сумматора 20, выход ФД 4 через последовательно соединенные ФНЧ 10, перемножитель 14 и интегратор 18 соединен с вторым входом сумматора 20, выход которого подключен к второму входу блока 21 деления, выход которого подключен к блоку 22 вычисления арктангенса,

Выход ФНЧ 7 дополнительно подключен к второму входу перемножителя 14, выход ФИЧ 8 дополнительно подключен к второму входу перемножителя 13, выход ФНЧ 9 дополнительно подключен к второму входу перемножителя 11, а выход(ФНЧ 10 дополнительно подключен к второму входу перемиожителя 12.

Устройство измерения сдвига фаз работает следующим образом.

0

Входные сигнылы xi(t) Uc(t) t +

+ vbl

X2(t) Uc(t)sin t + f (t) +. Ay , где Uc(t) - огибающая измеряемого узколосного сигнала; (tk - несущая частота сигнала; - /X(t) - текущий фазовый угол; измеряемый фазовый сдзиг, поступают на фазовые детекторы ФД1-ФД4, где перемножаются с опорным сигналом генерат ора 5

UroHi UoSin t непосредственно (на ФД1 и ФД4)и с опорным сигналом, сдвинутым на 90и, Угона Uocos Шо t (на ФД2 и ФДЗ), где Шо - частота опорного сигнала, в общем случае не совпадающая с несущей

° частотой измеряемого сигнала. В результате на выходах ФНЧ 7- ФНЧ 10 выделяются низкочастотные составляющие, которые в соответствии с правилами перемножения

О тригонометрических функций и явления по- давления высокочастотных составляющих результатов перемножения в ФНЧ имеют следующий вид: Ai(t) KiUc(t)U0cos( шс - Шо )t + р (

5 Bi(t) KiUc(t)UoSinl( шс - ш0 } + р (tjj:

Aa(t) K2Uc(t)UoCOSJ We - Шо )t + f (t) + A(

B2(t) K2Uc(t)U0Sin ( ftjc - (Do )t + p (t) + A p

где Ki и К2 - коэффициенты передачи соответствующих каналов до выходов ФНЧ 7-10.

После попарного перемножения этих сигналов в перемножителях 11-14 и интегрирования результатов этого перемножения в интеграторах 15-18 на выходах последних по аналогии с полученным выше результатом сигналы имеют следующий вид:

Ai(t)-B2(t) KiK2Uc(t) UoSln Ai(t) A2(t) KiK2UJ( cos Ар; A2(t) Bjt) -KiK2Uc(t)-UJsln A(p ; Вi(t).B2(t) KiKrUi(t)u2 cos .

о

где Uc(t) - энергия сигнала за время измерения.

После соответствующего вычитания и суммирования полученных результатов в блоке 19 и сумматоре 20, а также деления в блоке 21 на входе блока вычисления арктангенса сигнал имеет следующий вид:

AI ( (t) -татш

Ai(t).Az(t)+Bi((t)

2 Kl K2 J0 Чsin A «а д «

2 Ki K2TjF(t)-lJ§cosA Г

После вычисления функции арктангенса в блоке 22 имеем искомый результат, т.е. измеренный фазовый сдвиг Ар.

5

0

5

0

5

Другим вариантом реализации предлагаемого способа является использование средств вычислительной техники. Для этого в описанном устройстве на выходах ФНЧ 7-10 с помощью АЦП формируют совокупность выборок сигналов в цифровом коде, которая поступает в ЭВМ и далее по соответствующей программе вычисляется значение фазового сдвига. В этом случае формула для вычисления фазового сдвига преобразуется следующим образом:

NN,

2) А1| В2|- 2) A2I-B1J

Ap arctgl

Aii A2i +2, BirB2i

где Ац, Вii, А2к B2i - выборки из Ai(t), Bi(t), A2(t), 82(1), соответственно взятые в 1-й момент времени; N - количество выборок, взятое с выходов каждого ФНЧ за время измерения.

ИЗ приведенного описания- видно, что результат измерения фазового сдвига не зависит ни от структуры сигнала, т.е. от вида функции Uc(t) и р (t), ни от того, совпадает несущая частота измеряемых сигналов с частотой опорного генератора 5 или нет.

Эти функции, определяющие тонкую структуру сигнала, в процессе обработки исключаются и не участвуют в формировании конечного результата по измерению относительного фазового сдвига.

Формула изобретения

Способ определения сдвига фаз, заключающийся в том, что перемножают каждый из исследуемых сигналов с опорным сигналом и с опорным сигналом, сдвинутым на

90°, с получением соответственно сигналов ai(t), b(t)n a2(t), 02(1), второй раз перемножают и интегрируют перемноженные сигналы, вычисляют искомый параметр по результатам интегрирования, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности при измерении сигналов с неизвестной структурой и несущей частотой, дополнительно выделяют из полученных в результате первого перемножения сигналов их низкочастотные

составляющие соответственно Ai(t), Bi(t) и A2(t), B2(t), при повторном перемножении соответственно перемножают сигналы Ai(t)« B2(t); Ai(t)A2(t); A2(t)-Bi(t); Bi(t)-B2(t), а фазовый сдвигу между исследуемыми сигналами определяют по формуле

p arctgACO-B2(0-Ai(t) Bi(tI,

Ai (t)-Az(t) + Bi(t).B2(t)

где Ai(t).B2(t). Ai(t).A2(t), A2(t).Bi(t). В1 (t) .62 (t) - усредненные во времени значения сигналов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения сдвига фаз между узкополосными сигналами. Целью изобретения является повышение точности при измерении сигналов с неизвестной структурой и несущей частотой. Устройство, реализующее способ, содержит четыре фазовых детектора 1, 2, 3, 4, генератор опорного сигнала 5 и фазовращатель 6 на 90°, четыре фильтра низкой частоты (ФНЧ) 7, 8, 9 и 10, четыре перемножителя 11, 12, 13 и 14, четыре интегратора 15, 16, 17 и 18, блок 19 вычитателя, сумматор 20, блок деления 21 и блок вычисления арктангенса 22. Особенностью изобретения является выделение на выходе ФНЧ 7, 8, 9, 10 низкочастотных сигналов. Определение искомой фазы производится по математической формуле, приведенной в описании изобретения. 1 ил.