ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ ДВУХ КОРОТКИХ РАДИОИМПУЛЬСОВ Советский патент 1973 года по МПК G01R25/04 

1

ИзО|бретение относится к фазоизмеритель,ной технике.

Известны измер.ителй ;разности фаз двух коротких радиоямпульсов с цифровой инди кацией, в которых с целью запоминания разности начальных фаз па Бремл проведения .измерения входные сигналы фазируют два когерентных гетеродина, колебания которых п.реСбразуются в низкочастотные сигналы, сохраняющие исходную разность фаз и ноступающ.ие на преобразователен сдвига фаз во временной интервал и затем временного интервала в цифровой |КОД.

iB известных иЗ|Мерите1Лях для обеспечения требуемой кратности «периода ниЗеКОчастотного сигнала и кодовых .импульсов, заполняющих временной интервал, пропорциональный измеряемой разности фаз, используется схема фазовой автоподстройки частоты, позволяющая осуществить перенос разности фаз колебаний когерентных гетеродинов на фи.ксированную частоту независимого высокочастотного генератора.

Существенная доля ошибки измере.ния разности фаз (поми.мо составляющих, вызванных .налич.ивм системы авторегулирования и дискретностью измерения временных интервалов) обусловлена взаимной долговременной нестабильностью частот когерентных гетеродинов.

Инерционность системы авторегулироваг.ия делает .известные фазометры пригодными л.ишь для работы с пер-иодической последовательностью радиоимпульсов, либо с непрерывными сигП:ала1М|И.

Предлагаемый цифровой из.меритель разности фаз коротких радио.импульсов отличается от известных тем, что с целью обеспечения возмож.ности работы с одиночной парой радио.ИгМпульсов, повыщення надежности и точности измерения ,и получения результатов измерения непосредственно в градусах (или любом другом масщтабе) входы измерителя через два гетеродинных .преобразователя частоты с общим перестраиваемым гетеродином соединены со входами цепи, образуемой последовательным включением двухканального преобразователя длительности .коротких радиои.мп.ульсов в сигналы большей длительности

с сохранением между ни.м.и исходной разности фаз, первой и второй схем переноса разности фаз сигналов на их входах на соответствующие фиксированные частоты сигналов на выходах, связанные между собой ,через два гетеродинных преобразователя частоты с обЩ|Им кварцованным гете.родином, и преобразователя сдвига фаз во временной интервал, причем выход высокочастотного кварцевого генератора, входящего в первую схему переноса разности фаз, соединен с делителем частоты, входлщим во вторую схему, и, через формирователь .кодовых и.М:П;ульсоз, с одним .из входов пресбра.зователя временного .интервала в цифровой .код.

Лер.вая схе.ма перено.са .разно:ст.и фаз служит для устранения долговременной .нестабильности .частоты сигналов на вых 0|дах двух.каналкного преобразователя длительности коротких радио.имлульсов, а вторая для обеспечения требуемого масштаба измерения фазо.ОАэ

.вых углов. MaicmTai6 измерения 4ср - ---,

где Р-коэф1ф.ициент деления делителя частоты.

Двухка.нальный .п.рбобразователь .содержит в первом .канале соед.и.нен:ные последо.вательiHo .сумматор, усилитель, линию задержки на время задерж.ки порядка 25.0-300 мсек и когерентный гетеродин, .нагруженный по выходу яа два радиочастотных ключа, оди.н .из которых (№ 1) связывает когерентный гетерод.н.и с выходной юлем.мой преобразователя, а второй (№ 2) с су.М1матором вто.. «анала.

Второй каяал содержит включенные последовательно су-М.матор, усилитель раскачки, удьтразв|ужОвую линию задержки «а время задержки, достаточное для .проведения намерений, .и ком1П€Нси.рующ.ий уоил.итель, .нагруженный по выходу .на два радиочастотных клю.Ча, один из .которых (JVg 3) связывает его со второй выходной клем1мой дреобразователя, а второй (№ 4) с сумматоро.м первого канала. Вторые входы су.м.маторОВ являются входа.ми дву.хкааалыного прео|бразО1вателя. Коммутация радиочастотных ключей осуществляется путем подани на их удравляющ.ие в.ходы соответствующ.их в.идео;им;пульсов, форми.руе.мых с хе МО и yin р ав л е н и я.

Указа.н.ная схема фор.мирует также импульсы срыва когерентного гетеродина, подаваемые на Последний непосредственно перед 1пр.иходом .на его фазлрующий вход прямого и заде1ржа,нного ко.ротких радиоимпулысов. Благодаря этому обеспечиваются неО|бх10.ди.мые усло.аия для фазирования когерентного гетеродина коротки р ади оК.Мпульс а .MT-I .

Схема управления содержит пиковый детекто;р, соединенный входо.м с БЫХОДО.М усилителя лерюого канала, а выходом - со входом кип.п-реле, форм.ирующим имлульс срыва коvJeбaн-ий когерентного гетеродина (длитель.лость импульса срыва порядка 200 нсек).

Выход килп-реле через вентиль и лш-гию задержки (время задержки порядка 2 мксек), соединенные последовательно, .подключен к единичному входу управляющего триггера. Нулевой вход тр.иггера связан с вььходоим ки.п11.реле иепосредственно. Выход триггера соединен с управляющим входо,.м ключа (№ 2), л.инией задержки на вре.мя .задержки порядка 1 мксек -и .вх1одом сброса в исходное состо1ян.ие Преобразователя «.Вре.мя-Код. Установка лсходното состояния счетчика имлульсов преобразователя «Время-Код .происходит в момент переброса указа.нного триггера из нулевого состояния в единичное.

Выход л.ИНии задержки соединен с управляюЩИ.ми входами вентиля и ключа (№ 4), а также со входом втцрого китп-реле, св.яза«ного вы.ходом с управляющи.ми входами ключей (До 1) и (ЛЬ 3). При сра.батывании последнего кипп-реле на .ключи (№ 1) и ( 3) поступает разрешающ,ий импульс, длительность которого долж.на быть несколько больше време.Н:И задержки ультразвуковой .линии.

Схемы переноса разности фаз сигналов на их входах на соответствующие фиксированные частоты сигналов на выходах состоят каждая

.из соединенных .по€ле:довательно двух смесителей, выделяю.щих на выходах соответственно суммарную .и разностную частоты, и высокочастотного квар.цевого генератора (для первой схемы) .и делител.я частоты (для второй).

Выходы высокочастотного кварцевого генератора и делителя частоты соединены со входами суммирующих смесителей и являются одним из выходов соответствующих схе.м переноса.

Указанный выход второй схемы переноса

связан со. ВХ.ОДОМ лреобразователя сдвига фаз во В:ре1менной .интервал через .К0 мненоирующий фа3|0в.ращатель, регулировкой которого уравнивают при настройке фазовые сдвиги в

Кана тах из.ме:рителя.

iBTOipbL.M выходом схемы переноса является выход соответствующего вычитающего смесителя. Входами каж.дой схе.мы переноса являются вторые входы соответствующ.их смесителей.

На чертеже .представлена блок-схема предлагаемого ц.И)фрового измерителя.

Цифровой .из-меритель содержит два гетеродинных п.реобразователя частоты, включающих смесители / и 2 и перестра.ивае.мый гетеродин 5, два гетеродинных прео1бразователя частоты, включающих смесители 4 и 5, и кварцованный гетеродин 6, .двухка.нальный преобразователь 7 длительности коротких радиоимпульсов в сигналы большей длительности, содержащий в первом канале сум.матор 5, усилитель 9, линию задержки 10, когерентный гетеродин 11 и радиочастотные ключи 12 и 13, а во второ.м канале-сум1мато.р 14, усил.ители

раскачки /5 .и .комПенсирующий 16, ультразвуковую линию задержки 17 и радиочастотные ключи 18 и 19, схему управления 20, состоящую И.З пикового детектора 21, кипп-реле 22 .и 23, вентиля 24, формирующ.их соответственно и.мпульс срыва колебаний когерентного гетерод.ина .и разрешающий импульс на ключи 12 и 18, линий задержек 25 и 26 соответствен.но на вр&мя задерж.ки 2 мксек и 1 мксек и триггера 27, две схемы 28 и 29 .переноса разности фаз сигнало.в на их вх.одах на соответствующие фиксированные частоты сигналов на выходах, пер.вая из которых состоит из с.месителей 0 и 31 .и высокочастотного кварцевого re -iepHTopa 32, а вторая - .из смесителей 33 я

34 и делителя частоты 35, формирователь кодовых импульсов 36, дреобразователь сдвига фаз во временной .интервал 37, преоб.разователь временного .интервала .в цифровой код 38 :И конденсирующий фазовращ.атель 39.

Цифровой измеритель .работает следующим образом.

Входные сигналы в виде .коротких радиоимПульсов длительностью эторядка 200 нсек. с помощью двух смесителей / и 2 и .пе,рестра.иваемого гетеродина 5 переносятся на первую промежуточную частоту (;поряд1ка 20 мггц), на которой работает двухкаяальньш преобразователь 7 длительности .коротких радиоимпульсов в сигналы болышей длительности.

Первый радиоимпульс с выхода смесителя 1 через сум.матор 8, усилитель 9 .и линию зацержки 10 лсстуиает на фазирующий вход когерентного гетеродина 11, фазируя последний.

Линия задержки 10 включена для обеспечения подачи на .когерентный гетеродин // импульсоВ срыва непосредственно перед приходо.м фазирующих радиоимпульсов и имеет время задержки, несколько пр€вы.щающее длителыюсть имюульса срыва (.порядка 250-300 нсек).

Второй радиоимпульс (с выхода смесителя 2) через сумматор 14 и усилитель раскачки 15 .поступает .на ультразвужовую линию задержки /7. В исходный момент времени ллючи 12, 13, 18 .и 19 налодятсЯ в выключенном состоянии. Управление (ключами осуществляется видеои.мпульсами с выходов схемы управления 20. Колебания ,когерентно.го гетеродина 11, навязанные ему первььм -фазирующим радиоимпульсом, коммутируются на вход сум:матора 14, троходя при этом через радиочастотный ключ 13, открываемый при|близительно через 2 мксек после прихода входных радиои.млульсов.

Спустя 1 мксек после открыва.«1ия ключа 13 подается разрешающий импульс на ключ 19, который про.пуакает на вход оум.матора S первого канала второй фазирующий радиоимпульс, прО1щедщий через ультразвуковую линию задержки 17 и усиленный «омпенсирующим усилителем 16. Этот радиоимпульс, |пройдя по тракту inepiBoro канала, повторно фазирует когерентный гетеродин 11.

В момент .появления на выходе усилителя 9 второго фазирующего радиоимпульса закрывается .ключ 13, а спустя 1 мксек закрывается ключ /Я и открываются ключи 12 и 18, про.пуская на выходы длинные радиочастотные 1импульсы.

Поакольку в формировании этих .радиоимпульсов участвует один и тот же когерентный гетеродин, их несущая частота может отличаться лищь на величину его -кратковременной нестабильности за время заде-ржки ультраз1вуковой линии, а разность фаз между ними (без учета незначительного набега фаз изза кратковременной нестабильности частоты) равна разности фаз входных коротких радиоимпульсов.

Схема управления 20 работает следующим образом. Первый короткий радиоимпульс, лоЯВЛЯЮЩ.ИЙСЯ на выходе усилителя 9, поступает ьа пиковый детектор 21, на выходе которого выделяется видеоимпульс, запускающий киппреле 22. Отрицательный импульс с выхода 22 длительностью порядка 200 нсек подается на вход срыва когерентного гетеродина //. Поскольку вре-мя задержки линии W несколько больше длительности импульса срыва, подача фазирующего радиоимпульса на когерентный гетеродин обеспечивается непосредственно после начала возникновения генерации последнего.

Положительный перепад на.пряясения на втором выходе .кипп-реле 22 подается на нулевой вход триггера 27, подтверждая его нулевое состояние (если оно до этого имело место), и на в.ход вентиля 24, на другой вход которого в это |В1ре.мя с выхода триггера 27 через линию за.держки 26 поступает разрешающий (потенциал.

Спустя время задержки ли.ни-я 25 (2 мксек) триггер 27 опрокидывает в едИ|Нич.ное состояние положительным и.мпульсом, поступающим с выхода линии задержки 25 на ед 1ничный вход триггера. При этом отрицательный перепад на.пряжения на его выходе вызывает отпирание радиочастотного ключа 13, а спустя время задержки линии 26 (1 мксек) - отпирание .ключа 19 и запирание вентиля 24. Этот же перепад наоряжешия поступает иа преобразователь «Время - Код 38 для сброса в исходное состояние счетчика а одовых импульсов, входящего в его состав.

При появлении на выходе усилителя 9 второго короткого радиоимпульса, задержанного относительно первого на время задержки ультразвуковой ЛИНИ1И 17, происходит повторный запуск кип.п-реле 22, а значит и повторный срыв колебаний когерентного гетеродина 7/. Положительный и.мпульс на выходе кипп-реле 22 опрокидывает в .нулевое состояние триггер 27, .в результате чего закрывается ключ 13, а спустя 1 мксек закрывается ключ 19, и открывается вентиль 24. Этим же 1мпчльсом запускается ки1пп-реле 23, которое формирует видеои.мпульс, несколько превышающий по длительности время задержки ультразвуковой линии 17, от1крываю;щий по управляющим входа.м радиочастотные ключи 12 и IS.

К мОМенту отпирания вентиля 24 (исчезает положительный импульс на его входе, сформирова.Н|Ный кипп-реле 22, и тр.иггер 27 остается в нулевом состоянии до поступления на входные зажимы устройства очередной па.ры .коротких радиоимиульсов. В том случае, если к мо.ме.нту п.ри.хода пепвой пары радиоимпульсов триггер 27 находился в елинично.м состоянии, травильная ра.бота ии-фрсвого измерителя разностч фаз начнется лишь с прихоло.м второй пары радиоимпульсов и будет иметь место для всех последующ.Х радиоимпульсСВ.

Радиоимпульсы с выходов ключей 12 и 18 поступают на вход су- гмирую,щего 30 и вычитающего 31 смеоителей схемы 28 переноса разности фаз входных сигналов на фиксированную частоту сипналов на выходах. Смесители соединены между сабой последовательно. На второй вхюд суммирующего смесителя постутает опорный сигнал с входа высокочастотного кварцевого генератора 32. Колебания на выходах вычитающего смесителя и кварцевого генератора равны по частоте и сдвинуты по фазе иа угол, равный разности фаз сигналов на входах схемы 28. Таки-м образом, схема 28 устраняет долговременную нестабильность частоты когерентного гетеродина.

Высокочастотные сигналы с выходов схе-мы 28 с помощью двух гетеродинных .преобразователей частоты (смесителей и 5 и кварцевого гетеродина 6 переносятся в область низких частот и поступают «а входы втррой схемы (29) переноса разности фаз вхо,дных сигналов на фиксированную частоту сигналов на выходах.

Схема 29, также как и 28, состоит из включенных последовательно суММирующего 33 и вычитающего 34 смесителей, на входы которых подается низкочастотный сигнал с выходов смесителей 4 и 5. В отличие от схемы 28 . в качестве опорного -колебания, поступающего на второй вход смесителЯ 33, используется сипнал с выхода делителя частоты 35, я а вход которого подается высокочастотное напряжение с выхода кварцевого генератора 32.

Низкочастотные сигналы с выхода делителя частоты 55 через К0млепсир|ующий фазовращатель 59 и с выхода смесителя 34 поступают на входы преабразавателя 57 сдвига фаз во временной, интервал, соединенный последовательно с преобразователем 5S временного интервала в цифровой код.

Тактовые имтаулысы, поступающие на преобразователь 38, формируются формирователем кодовых импульсов 36, на вход которого

подается синусоидальное колебание с выхода высакочастотного кварцевого генератора 52. Благодаря этому обеспечивается посто янная краткость периодов низкочастотных сигналов

на входах преобразователя 57 сдвига фаз во временной интервал и .кодовых импульсов, равная коэффициенту делешия делител я частоты 55. ВььборОМ соответствующего коэффициента деления обеопеч1ивается требуемый

масщтаб из.мерения фазовых углов.

Предмет изобретения

Цифровой измеритель разности фаз двух

а оротких радиоимпульсов, содержащий два гетеродинных преобразователя частот с общвм перестраиваемые тетеродином, соединенные с входными клеммами измерителя, два гетеродинных преобразователя частоты с

О1бщим кварцованным гетеродином, преобразователь сдвига фаз во временной интервал, соединенный последовательно с преобразователем временного интервала в цифровой код, связанным с выходом фор миро вателя кодовых и.млульсов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности работы с одиночной парой коротких радиоимпульсов, повышения надежности и точности измерения, .а также получения результатов измерения

непосредственно в градусах, выходы входных преобразователей частоты соединены со входами цепи, образуемой последовательным включением двухканального преобразователя длительности коротких радиои мпульсов, связанного со схемой управления, первой и второй схем переноса разности фаз, соединенных между собой че(рез два гетеродинных преобразователя частоты с общим кварцованным гетеродином, и преобразователя сдвига фаз

во временной интервал, причем выход высокочастотного кварцевого генератора первой схе;мы переноса раз1наст1и фаз соединен со входами формирователя кодовых и.мпульсов н делителя частоты, входящего во вторую

с.хему переноса разности фаз. f mF|-Hf7 - J L J