ФАЗОМЕТР Советский патент 1974 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано в фазометрах с преобразоваппем частоты при измерении сдвига фаз радиоимпульсных сигналов как при многократном, так и однократном воздействии коротких радиоимпульсов.

Известные фазометры с преобразованием частоты содержат смесители, гетеродин, устройство для автоподстройки частоты, опорный генератор, фильтры, усилители-ограничители, фазовый детектор и индикатор.

Такие фазометры могут работать только в том случае, если сигналы на входах фазометра являются непрерывными колебаниями, так как устройство для автоподстройки частоты является достаточно инерционным и для его срабатывания и установки требуемой частоты гетеродина необходимо длительное время. Для работы в импульсном режиме и тем более при однократном воздействии коротких радиоимпульсов длительностью 0,1- 10 мсек такие фазометры не пригодны.

К недостаткам фазометров следует отнести также необходимость ручной настройки гетеродина, так как устройство для автоподстройки частоты срабатывает только в том случае, если частота сигнала на выходе фильтра близка к частоте опорного генератора. Ручная настройка гетеродина позволяет установить его частоту такой, чтобы сработало устройство автоподстройки частоты.

Цель изобретения - измерение разности фаз радиоимпульсных сигналов как при многократном, так и при однократном воздействии, а также автоматизация измерений.

Это достигается введением в устройство двух однополосных модуляторов и делителя частоты, причем один из входов однополосных модуляторов подключепы к выходам гетеродина, а другие - к выходам опорного генератора, а выходы однополосных модуляторов подключены к смесителям, выходы которых через фильтры и усилители подключены к третьему смесителю, выход которого через фильтр подключен к входу усилителя-ограничителя, к выходу которого подключен вход делителя частоты, выход подсоединенного к фазовому детектору, а второй вход фазового детектора подключен к выходу другого усили теля-ограничителя, входом подключенного к

опорному генератору, а выход фазового детектора подсоединен к индикатору.

На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит смесители 1, 2 и 3.

гетеродин 4, однополосные модуляторы 5 и G, опорный генератор 7, фильтры 8, 9 и 10, усилители 11 и 12, усилители-ограничители 13 и 14, делитель частоты 15, фазовый детектор 16. индикатор 17.

На входы смесителей 1 и 2 подаются радиоимпульсные напрялсения Ui Ui(t)cos(i)f-с,:

и )cos&t. Синусоидальные напряжения с выходом гетеродина 4 с частотой coi подаются на два однополюсных модулятора, на которые поступают также синусоидальные напряжения с частотой 52 с выходов опорного генератора. На выходе модулятора 6 выделяется напряжение верхней боковой полосы (a))/, на выходе модулятора 5 выделяется напряжение нижней боковой полосы

4 cos (сй, - Q) t.

Амплитуды напряжений -Us и U приняты равными единице для упрощения последующих тригонометрических преобразований. Таким образом, на смеситель 1 поступают напряжения t/i и f/3, на смеситель 2 - напряжения t/2 и и. Как следует из теории преобразования частоты, на выходах смесителей имеются колебания частот, равных разности и сумме частоты входных напряжений (нричем только эти составляющие, если смесители балансные). Фиьтры 8 и 9 выделяют компоненты напряжений имеющих суммарные частоты. Данные фильтры должны быть полосовыми с полосой от (UMIIH+U)±Q до й)макс +

-f-coi±Q, где Ммин и сомакс - значения минимальной и максимальной несущих частот входных радиоимпульсов.

Выходные напряжения фильтров 8 и 9 усиливаются усилителями 11 и 12 для повышения чувствительности фазометра и обеснечения линейного преобразования в смесителе 3. Выходные напряжения I/s и Ue усилителей 11 и 12 равны

и, Ки, (t) cos (о) + (Oj + И) - If 1;

f/, KU., (t} cos (o) + CO, - 2) t.

Коэффициент Л учитывает потерн преобразования в смесителях 1 и 2 коэффициенты передачи фильтров 8 и 9 и коэффициенты усиления усилителей И и 12. Преднолагается, что К. в обоих каналах фазометра одинаков. Некоторое неравенство коэффициентов /С в каналах фазометра, обусловленное возможной неидентичностью узлов, не отражается на его работе.

Напряжения V и f/e поступают на входы смесителя 3, к выходу которого подключен фильтр 10, настроенный на разностную частоту напряжений (/5 и /7б. Напряжение на выходе фильтра равно

и, - (t) и (t) cos (2Й - ср).

Это нанряжение подается на вход усилителя-ограничителя 13, на выходе которого получается прямоугольное напряжение типа «меандр с постоянной амплитудой. Коэффициент усиления усилителя-ограничителя 13 должен быть выбран так, чтобы ограничение имело место нрн минимальных амплитудах входных напряжений Ui(t) и f/2(0- Выходное нанряжение усилителя-ограничителя 13 подается на вход делителя частоты 15. Информация об нзмеряемом фазовом сдвиге содеожится в радионмнульсном напряжении UT,

частота которого вдвое превышает частоту опорного генератора. Деление напряжения f/7 по частоте на 2 позволяет измерять исследуемый фазовый сдвиг на частоте опорного генератора О. Напряжение первой гармоники несущей частоты на выходе делителя частоты может быть записано в виде

f/s f/{0cos(2/--). ч2 /

Напряжение на выходе опорного генератора Ut UcQsut.

Для измерения исследуемой разности фаз

напряжения t/g и f/g необходимо подать на фазовый детектор, причем для получения наибольшей широкополосностн и быстродействня (что в данном случае очень важно, поскольку предлагаемый фазометр предназначен для

измерения разности фаз между короткими радиоимпульсами) целесообразно использовать кольцевую схему фазового детектора. Одно из входных напряжений фазового детектора 16, снимаемое с выхода делителя частоты 15 уже имеет прямоугольную форму. Другое напряжение, с выхода опорного генератора 7, для преобразования в прямоугольную форму подается на усилитель-ограничитель 14, с выхода которого прямоугольное напряжение поступает на другой вход фазового детектора 16. Среднее значение тока в нагрузке фазового детектора будет равно

/--(),

где К, - коэффициент, учитывающий потери в фазовом детектора и определяемый значениями выходных сопротивлений источников сигналов, сопротивлений диодов и нагрузки фазового детектора;

и - амплитуды прямоугольных напряжений на входах фазового детектора;

г) - фазовый сдвиг между входными напряжениями фазового детектора в нашем случае г) .

Выходное напряжение на нагрузке фазового детектора R будет равно

.0- (- + ).

Таким образом, прн нулевом фазовом сдвиге , при изменении фазового сдвига от -180° до +180° выходное напряжение фазового детектора линейно изменяется от О до 2 KUR.

Выход фазового детектора подключен к индикатору, в качестве которого может быть использован осциллограф, шкала на экране

которого отградуирована в значениях сдвига фаз между входными напряжениями. Нри однократном воздействии радиоимпульсов целесообразно применить осциллограф с послесвечением. При автоматических нзмерениях в качестве индикатора используется

быстродействующий цифровой вольтметр, с выхода которого информация в виде двоично-десятичного кода ностуиает в ЭВМ.

Предмет изобретения

Фазометр, содержащий смесители, гетеродин, опорный генератор, фильтры, усилители, усилители-ограничители, фазовый детектор, индикатор, отличающийся тем, что, с целью измерения разности фаз радиоимпульсных сигналов как нри многократном, так и при однократном воздействии, а также автоматизации измерений, фазометр снабжен двумя однонолосными модуляторами и делителем частоты, причем одни из входов однополосных модуляторов подключены к выходам гетеродина, а другие - к выходам опорного генератора, а выходы однополосных модуляторов подсоединены к смесителям, выходы которых через фильтры и усилители подключены к третьему смесителю, выход которого через .фильтр связан с входом одного усилителя-ограничителя, к выходу которого подключен вход делителя частоты, выходом подсоединенного к одному входу фазового детектора, а второй вход фазового детектора связан с выходом другого усилителя-ограничителя, входом подключенного к опорному генератору, а выход фазового детектора подсоединен к индикатору.

Л7 И /J Н

Is