Широкополосный цифровой фазометр Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

С/

С

Использование: фазоизмерительная техника, измерение разности фаз двух гармонических сигналов в широком диапазоне амплитуд. Сущность изобретения: устройство содержит преобразовательные блоки 1, 11, усилители-ограничители 2, 12, низкочастотный фазометр 3, фазовый детектор 4, ключи 5, 14, 15, формирователь 6 коротких импульсов, переключатели 7. 8, усилитель с АРУ 9. триггеры 10, 16, схему 13 фиксации максимальной амплитуды, гетеродин 17, блок 18 переключения диапазонов, регистр 19, счетчики 20, 24, делитель 21 с переменным коэффициентом деления, опорный генератор 22, сумматор 23. ЦАП 25, дешифратор 26. 2 ил.

2

Os

GO ГО СЛ

. Фиг.1

Изобретение относится к фазоизмери- тельной технике и предназначено для работы в широком диапазоне амплитуд.

Целью изобретения является повышение быстродействия при увеличение надежности в работе фазометра путем сокращения времени и устранения ложной настройки на частоту входного сигнала.

На фиг. 1 представлена блок-схема широкополосного цифрового фазометра; на фиг. 2 - структура схемы фиксации максимальной амплитуды.

Устройство содержит преобразовательный блок 1, усилитель-ограничитель 2, низкочастотный фазометр 3, фазовый детектор (ФД) 4, второй ключ 5, формирователь б коротких импульсов, переключатели 7 и 8, усилитель 9 с автоматической регулировкой усиления (АРУ), триггер 10, преобразовательный блок 11. усилитель-ограничитель 12, схему 13 фиксации максимальной амплитуды, первый и третий ключи 14 и 15, триггер 16, гетеродин 17, блок 18 переключения диапазонов, регистр 19, счетчик 20, делитель 21 с переменным коэффициентом деления (ДПКД), опорный генератор 22, сумматор 23, счетчик 24, ЦАП 25, дешифратор 26.

Схема фиксации (фиг.2) содержит амплитудный детектор 27, компаратор 28, управляемый делитель 29 напряжения, АЦП 30, регистр 31, ЦАП 32.

Фазометр работает следующим образом.

При подаче команды Пуск формирователь 6 коротких импульсов вырабатывает импульс, который устанавливает в состояние О счетчики 20 и 24, регистр 19, переводит в состояние 1 первый триггер 10 и в состояние О второй триггер 16. При этом напряжение прямого выхода первого триггера открывает первый ключ 14, а с инверсного закрывает второй ключ 5. Третий ключ 15 закрыт напряжением второго триггера. Импульсы с выхода опорного генератора 22 через ДПКД 21 и открытый ключ 14 поступают на первый счетчик 20. Выходной код счетчика с помощью ЦАП 25 преобразуется в линейно-нарастающее напряжение, которое через сумматор 23 подается в цепь управления частотой гетеродина 17 и обеспечивает перестройку его частоты внутри диапазона. Выход старшего разряда первого счетчика 20 соединен с входом второго счетчика 24. Выходной код второго счетчика подается на блок 18 переключения диапазонов. При переполнении первого счетчика 20 сигнал его старшего разряда приводит к изменению кода на выходе второго счетчика 24 и к переключению частоты гетеродина

17с помощью блока 18 переключения диапазонов на следующий диапазон. Кроме того, выходной код второго счетчика 24 через дешифратор 26 поступает на ДПКД 21 и

приводит к изменению коэффициента деления ДПКД таким образом, чтобы скорости перестройки частоты гетеродина внутри каждого из диапазонов по возможности меньше отличались одна от другой

0 В процессе перестройки частоты гетеродина в диапазоне рабочих частот фазометра на выходах преобразовательных блоков посредством фильтрации выделяются сигналы с частотой

5Тпч nfBx - mfrer for,

где for - частота опорного генератора.

Сигналы промежуточной частоты с выходов преобразователей через усилители-ограничители подаются на входы

0 низкочастотного цифрового фазометра, обеспечивающего измерение разности фаз между этими сигналами и отображение визуальной информации на цифровом индикаторном устройстве. Фазометр построен с

5 использованием преобразования фаза - интервал времени - код.

С помощью первого переключателя 7 осуществляется выбор канала, в котором с помощью схемы 13 фиксации максимальной

0 амплитуды производится запоминание максимального значения из всех значений амплитуд сигнала, поступающих на вход схемы фиксации. При появлении сигнала на входе схемы фиксации в ней производится запо5 минание его амплитуды, а на выходе вырабатывается короткий импульс, при поступлении которого на установочный вход регистра 19 производится запись кода с информационного выхода второго счетчи0 ка, соответствующая номеру диапазона гетеродина. На амплитуды сигнала с амплитудой, меньшей чем уже зафиксированная амплитуда, схема фиксации не реагирует. При поступлении сигнала с большей ампли5 тудой схема фиксации зафиксирует это значение и выдаст разрешение на запись в регистр кода, соответствующего номеру диапазона, в котором этот сигнал появится. По окончании перестройки частоты гетеродина

0 во всем частотном диапазоне фазометра на сигнальном выходе второго счетчика 24 появляется импульс переполнения, с помощью которого производится запись в счетчик параллельного кода с информаци5 онного выхода регистра 19. При этом блок 18 переключения диапазонов переключает гетеродин 17 на диапазон, в котором зафиксировано наибольшее значение амплитуды сигнала на выходе преобразовательного блока. Одновременно импульс переполнения переключает второй триггер 16, и третий ключ 15 переходит в открытое состояние. Дальнейшая перестройка частоты гетеродина в установленном диапазоне продолжается до тех пор, пока на выходе преобразовательного блока не появляется сигнал промежуточной частоты с ранее зафиксированным значением амплитуды. На выходе схемы фиксации максимальной амплитуды формируется короткий импульс, который через открытый ключ 15 переключает первый триггер 10. При этом первый ключ 14 закрывается, в результате чего прекращается процесс перестройки частоты гетеродина. Одновременно второй ключ 5 открывается и выход ФД 4 подключается через сумматор 23 к входу управления частотой гетеродина. В замкнутом таким образом кольце ФАПЧ происходит захват на частоте тпч fen - freT for. Для обеспечения динамического диапазона работы фазометра по амплитуде входного сигнала сигнал промежуточной частоты нормируется на входе ФД с помощью усилителя 9 с АРУ. Переключатель 8 позволяет выбрать канал, по сигналу промежуточной частоты которого производится захват ФАПЧ.

Схема фиксации максимальной амплитуды работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг.2), при отсутствии сигнала на входе схемы фиксации, с выхода амплитудного детектора (АД) на вход АЦП и один из входов компаратора поступает нулевой потенциал. Регистр обнулен импульсом обнуления по входу сброса. Соответственно, нулевой потенциал с выхода ЦАП через управляемый делитель напряжения (УДН) поступает на второй вход компаратора. На выходе компаратора устанавливается нулевой потенциал, запрещающий запись в регистр и устанавливающий такое значение коэффициента деления УДН, при котором коэффициент передачи с выхода АД на второй вход компаратора равен единице. При появлении на входе схемы фиксации сигнала промежуточной частоты он поступает на АД. Продетектированный сигнал приводит к установлению 1 на выходе компаратора. При этом коэффициент деления УДН устанавливается несколько меньшим (на 10-20%). Одновременно производится запись кода в регистр и на втором выходе компаратора устанавливается напряжение, несколько превышающее напряжение на его первом входе. Компаратор возвращается в нулевое состояние. При этом запрещается запись кода в регистр, а коэффициент деления УДН восстанавливается до значения, при котором напряжения на входе компаратора равны.

Таким образом, в отличии от известного, где время от пуска до настройки гетеродина на входную частоту равно, в худшем случае, времени двух циклов перестройки

частоты гетеродина во всем диапазоне частот фазометра, в предлагаемом фазометре это время равно сумме времен перестройки одного цикла одного диапазона. При работе фазометра в широкой полосе частот число

диапазонов становится значительным (для фазометра разработанного авторами fax 5-2000 МГц, N 10) и время настройки сокращается практически вдвое.

Увеличение надежности настройки фазометра заключается в следующем.

В процессе перестройки частоты гетеродина с выхода преобразовательного блока выбранного канала на вход ФД. кроме основного сигнала промежуточной частоты

fn4 fax - frer for, поступают также паразитные компоненты преобразования

friM - nfex - mfrer for.

Поскольку в известном фазометре кольцо ФАПЧ замкнуто постоянно, то в процессе

перестройки частоты гетеродина возможны захваты системы ФАПЧ на этих паразитных компонентах. При этом в некоторых пределах изменения напряжения ЦАП частота гетеродина не изменяется за счет компенсирующего действия выходного напряжения ФД. При некотором значении напряжения ЦАП система ФАПЧ выходит из захвата. Компенсирующее напряжение ФД исчезает и частота гетеродина скачком изменяется до величины, соответствующей величине управляющего напряжения ЦАП. Если частота входного сигнала находится в зоне этого скачка, то информация о наличии этой частоты не зафиксирована системой

автопоиска и происходит ложная настройка частоты гетеродина по одному из паразитных компонентов преобразования. В предлагаемом варианте фазометра этот эффект исключен, поскольку цепь ФАПЧ замыкается лишь после того, как с помощью системы автопоиска осуществлена грубая настройка частоты гетеродина на входную частоту, т.е. когда система ФАПЧ введена в зону захвата.

Формула изобретения

Широкополосный цифровой фазометр, содержащий два преобразовательных блока, первые входы которых являются сигнальными входами фазометра, вторые

входы преобразовательных блоков объединены и подключены к выходу гетеродина, а выходы преобразовательных блоков подключены к входам низкочастотного фазометра через усилители-ограничители, кроме

того, выходы преобразовательных блоков соединены соответственно с первыми и вторыми входами переключателей, выход первого переключателя соединен с сигнальным входом схемы фиксации максимальной ам- плитуды, выход которой соединен с установочным входом регистра, выход второго переключателя через усилитель с автоматической регулировкой усиления соединен с одним из входов фазового детектора, вто- рой вход которого соединен с выходом опорного генератора, подключенного также к сигнальному входу делителя с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с сигнальным входом первого ключа, выход которого соединен с сигнальным входом первого счетчика, а вход управления первого ключа соединен с прямым выходом первого триггера S-вход которого соединен с выходом формировате- яя коротких импульсов, вход которого является третьим входом фазометра, выход формирователя подключен также к входам сброса схемы фиксации максимальной амплитуды, первого и второго счетчиков и реги- стра, информационный вход которого соединен с информационным выходом второго счетчика, сигнальный вход которого подключен к сигнальному выходу первого счетчика, информационный выход которого соединен с информационным входом циф- роаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу

Йгод

управления частотой гетеродина, вход переключения диапазонов которого соединен с выходом блока переключения диапазонов, информационный вход которого соединен с информационным выходом второго счетчика и информационным входом дешифратора, информационный выход которого подключен к информационному входу делителя с переменным коэффициентом деления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при увеличении надежности в работе фазометра за счет сокращения времени и устранения ложной настройки на частоту входного сигнала, дополнительно введены второй и третий ключи и второй триггер таким образом, что сигнальный вход второго ключа соединен с выходом фазового детектора, выход второго ключа подключен к второму входу сумматора, а управляющий вход ключа- соединен с инверсным выходом первого триггера, R- вход которого соединен с выходом третьего ключа, сигнальный вход которого соединен с выходим схемы фиксации, максимальной амплитуды, ,а управляющий вход третьеТо ключа соединен с выходом второго триггера, s-вход которого подключен к выходу формирователя коротких импульсов, a R- вход второго триггера соединен с сигнальным выходом второго счетчика, который также соединен с его установочным входом, а информационный вход второго счетчика подключен к информационному выходу регистра.