Способ измерения фазового сдвига и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и может быть использовано в радиосистемах для измерения фазовых характеристик радиосигналов, а также для исследования фазовых характеристик многополюсников различного назначения.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона в наиболее сложном режиме измерений - при независимом и одновременном изменении уровней сравниваемых сигналов в широких пределах.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - спектральные диаграммы сигналов, формируемых отдельными узлами при осуществлении способа.

Устройство (см. фиг. 1) содержит входные клеммы 1 и 2, синтезатор 3 частоты общего гетеродина, два однополосных модулятора 4 и 5, модулирующие генераторы 6

и 7, четыре смесителя 8-11, четыре фильтра 12-15, индикатор 16 и разветвитель 17 с соответствующими связями.

Синтезатор 3 частоты общего гетеродина содержит разветвитель 18, последовательно соединенные усилитель 19 и дополнительный однополосный модулятор 20, к управляющему входу которого подсоединен дополнительный генератор 21. Выход модулятора 20 через фильтр 22 соединен с разветвителем 18. Смесители 8 и 10 соответственно состоят из последовательно соединенных сумматора 23 (24), фильтра 25 (26) и смесительного детектора 27 (28).

На фиг. 2 приведены спектральные компоненты сигналов: 29 - на выходе модулятора 4, 30 - на выходе усилителя 19 и 31 - на выходе модулятора 5. Через коэффициенты ft, у,/3н, УН.ДЗ. Уз обозначены уровни полезных смещенных компонент и остатка несуХ|J

ю

2

со

щей и зеркальных боковых компонент соответствующих модуляторов.

Предлагаемый способ состоит в следующем.

Входные ВЧ- или СВЧ-сигналы, фазо- вый сдвиг р между которыми следует измерять, поступают на первый и второй входы устройства. Один входной сигнал разветвляют на первый и второй сигналы в разветви- теле 17. Первый и второй входные сигналы сдвигают по частоте методом однополосной модуляции, причем в первом измерительном канале с помощью модулятора 4 - на одно значение задаваемой частоты FI генератора 6, а во втором измерительном канале с помощью модулятора 5 - на другое значение задаваемой частоты Fa генератора 7.

В качестве опорного сигнала при фазовом детектировании в индикаторе 16 ис- пользуют напряжение частоты, равной разности

Fo lFi-Fal(1)

(или сумме) задаваемых частот, которое формируют с помощью смесителя 9 и филь- тра 12.

В каждом измерительном канале производят дополнительное преобразование частоты с помощью общего гетеродинного сигнала, частоту которого синтезируют из частоты входного сигнала. Общий гетеродинный сигнал разветвляют в разветвителе 18 и подают на вторые входы смесителей 8 и 10. Усиление гетеродинного сигнала в усилителе 19 выбирают достаточным для обес- печения в смесителях 8 и 10 линейного преобразования частоты модулированных сигналов. Спектральный состав преобразуемых сигналов приведен на фиг. 2.

Из продуктов преобразования с по- мощью фильтров 14 и 15 выделяют сигналы неодинаковых ПЧ Рпч1 FI; Fri42 F2. Их смешивают в смесителе 11 и с помощью фильтра 13 выделяют сигнал, частота которого равна разности (или сумме) первых двух задаваемых частот FI и Fa. Этот сигнал поступает на второй вход индикатора 16, в котором при фазовом детектировании фаза преобразуется в напряжение, пропорциональное искомому фазовому сдвигу.

При реализации способа обеспечивается широкий динамический диапазон измерений благодаря осуществлению условий линейного преобразования сигналов. Из анализа основных составляющих погреш- ностей следует:

составляющая погрешности, обусловленная конечной развязкой между смесителями 8 и 10, незначительна в связи с тем, что частоты модуляции неодинаковы, продукты

преобразования паразитного сигнала не совпадают с частотой полезного сигнала и дополнительно подавляются фильтрами 14 и 15;

составляющие погрешности, обусловленные остатком несущей и зеркальной боковой, не превысят 0,6°, если выполняются условия

(10-20)дБ, (30-20)дБ, Ј -40дБ,

где ЕС, Е - амплитуда сигналов в измерительных и гетеродинном каналах.

Из указанных требований (2) - (4) условие (4) выполнить трудно, что требует усложнения однополосного модулятора.

Существенно ослабить этот недостаток можно, если синтезирование частоты общего гетеродина осуществить с использованием дополнительного сигнала третьей задаваемой частоты. Для этого в устройство дополнительно вводят амплитудный или однополосный модулятор 20 и модулирующий генератор 21, который генерирует сигнал частоты Рз и управляет модулятором. Рассмотрим вариант, когда в качестве модулятора 20 используется однополосный модулятор, спектральные компоненты общего гетеродинного сигнала на выходе которого обозначим через коэффициенты «с соответствующим индексом.

При таком методе синтезирования сигнала общего гетеродина после преобразования частоты в измерительных каналах с помощью фильтров 14 и 15 выделяют сигналы комбинационных ПЧ

Рпчз I Рз-Fi I, Fri44 I Fa-Fa I. (5) Эти сигналы смешивают в смесителе 11 и с помощью фильтра 13 выделяют измерительный измерительный сигнал ПЧ, равный разности

Fn45 IFi-F2l(6)

или сумме первых двух задаваемых частот.

При измерении фазового сдвига в индикаторе 16 в качестве опорного используют сигнал частоты (1).

В ПЧ (6) частота генератора 21 не используется. Этот способ также обеспечивает широкий динамический диапазон измерений. Дополнительным преимуществом является то, что погрешность измерений не зависит от остатка несущей, поэтому не требуется выполнять условия (2) и (3), и слабо зависит от зеркальной боковой - погрешность из-за зеркальной боковой не превышает 0,6°, если удовлетворить условию

a..E«otf.

Требование (7) ослаблено по сравнению с требованием (4) в 10 раз.

Полученные результаты не зависят от метода осуществления однополосной модуляции. Например, однополосную модуляцию сигналов в способе можно выполнять с использованием амплитудной модуляции, а затем фильтрации одной боковой составляющей спектра сигналов, причем фильтрацию можно осуществить как непосредственно после амплитудной модуляции, так и после суммирования модулированных гетеродинного и соответствующего измерительного сигналов.

Формула изобретения

1.Способ измерения фазового сдвига, основанный на том, что при двухканальном преобразовании входных сигналов каждый сигнал сдвигают по частоте методом однополосной модуляции, причем в первом канале - на одно значение задаваемой частоты, а в другом - на другое значение задаваемой частоты, в качестве опорного сигнала при фазовом детектировании используют разность (или сумму) задаваемых частот, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, производят дополнительное преобразование частоты в каждом канале с использованием сигнала общего гетеродина, частота которого синтезируется из частоты входного сигнала, полученные при этом сигналы с разными промежуточными частотами смешивают и выделяют сигнал, частота которого равна разности (или сумме) первых двух задаваемых частот, фаза которого преобразуется при фазовом детектировании в напряжение, пропорциональное искомому фазовому сдвигу.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что синтезирование частоты сигнала общего гетеродина осуществляют с исполь

зованием дополнительного сигнала задаваемой третьей частоты.

3.Способ по п.п.1 и 2, отличающий- с я тем, что однополосную модуляцию вы5 полняют с использованием амплитудной модуляции и последующей фильтрации одной боковой составляющей спектра.

4.Устройство измерения фазового сдвига, содержащее два однополосных мо10 дулятора, к управляющим входам которых подключены соответственно первый и второй генераторы, выходы которых соединены также с входами первого смесителя, выход которого через первый фильтр соеди15 нен с первым входом индикатора, второй вход которого связан с выходом второго фильтра, причем вход второго однополосного модулятора является одним из входов устройства, отличающийся тем, что,

20 с целью расширения динамического диапазона, в него дополнительно введены развет- витель и синтезатор частоты общего гетеродина, вход которого соединен с одним из выходов разветвителя, а выходы 25 соответственно с входами введенных второго и третьего смесителей, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго однополосны модуляторов, а выходы смесителей соответ30 ствено через введенные третий и четвертый фильтры - с входами четвертого введенн- - смесителя, выход которого соединен с хо- дом второго фильтра, вход первого однополосного модулятора связан с вторым

35 выходом разветвителя, вход которого является вторым входом устройства.

5.Устройство по п.4, отличающее- с я тем, что синтезатор частоты общего гетеродина выполнен в виде дополнительного

40 однополосного или амплитудного модулятора с усилителем на входе и с последовательно подсоединенными на выходе модулятора фильтром и разветвителем, причем к управляющему входу дополнительного однопо45 лосного модулятора подключен дополнительный генератор, а второй и третий смесители выполнены в виде последовательно соединенных сумматора, фильтра и смесительного детектора.

50

I

/

-Јо

-/

Л

/ г

Использование: измерительная радиоэлектроника. Цель изобретения - расширение динамического диапазона. Сущность изобретения: способ основан на модуляции сравниваемых сигналов. Основными операциями являются модуляция сравниваемых сигналов, формирование и модуляция дополнительного сигнала, преобразование сигналов и измерение фазового сдвига. Способ может быть реализован на основе использования амплитудной, однополосной модуляции или комбинации амплитудной модуляции и выделения боковых компонент. Частоты модулирующих сигналов выбирают неодинаковыми. Выходная промежуточная частота устройства равна сумме или разности частот модулирующих сигналов. Приведен вариант устройства, осуществляющего способ. 2 ил.

ft/a 2