Радиоимпульсный фазометр Советский патент 1977 года по МПК G01R25/00 

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого радиоимпульсного фазометра.

Фазометр содержит входные блоки 1 и 2, линии 3 и 4 задержки, смесители 5 и 6, фазовый детектор 7 первого канала, фазовый детектор 8 второго канала, ключи 9 и 10 управления, запоминающие устройства 11 и 12, сумматоры 13 и 14, управляющие элементы 15 и 16, подстраиваемые генераторы 17 и 18, фазовый детектор 19, пороговое устройство 20, формирователь 21 управляющего .напряжения, фазовый детектор 22, пороговое устройство 23, формирователь 24 управляющего напряжения, опорный генератор 25, фазовращатели 26 и 27, амплитудный детектор 28, усилитель-ограничитель 29, фазоиндикатор 30.

Фазометр выполнен по симметричной двухканальной схеме. Смеситель, фазовый детектор, ключ управления, запоминающее устройство, сумматор и подстраиваемый генератор с управляющим элементом образуют в каждом из каналов следящую фазовую систему (СФС). Петля СФС замыкается ключом на время действия входного радиоимпульса, а в момент его отсутствия о«а размыкается, и запоминающее устройство сохраняет неизмен.ным напряжение на управляющем элементе, а следовательно, частоту и фазу иодстраиваемого генератора. Управление работой ключа управления осуществляется передним и задним фронтами видеоимпульса, сформированного из входного радиоимпульса одного из каналов цепью, состоящей нз входного устрой-, ства, амплитудного детектора и усилителяограничителя.

Радиоимпульсы, между высокочастотными запоминаииями которых необходимо измерить фазовый сдвиг, через входные блоки 1 и 2, линии 3 и 4 задержки поступают на вход смесителей 5 и 6. На гетеродинный вход смесителя каждого из каналов подаются сигналы с соответствующих подстраиваемых генераторов 17 и 18, а с выходов смесителей сигналы промежуточной частоты следуют на входы фазовых детекторов 7, 19 в первом канале и детекторов 8, 22 во втором канале. На вторые входы фазовых детекторов 7 и 8 поступает сигнал опорного генератора 25 непосредственно, а яа фазовые детекторы 19 и 22 через фазовращатель, осуществляющий сдвиг фазы опорного генератора на я/2.

Устройство коррекции первоначальной расстройки частоты подстраиваемых генераторов позволяет подстройкой получить промежуточную частоту на выходе смесителя 5 (6), близкую к частоте опорного генератора 25, а следовательно, обеспечить работоспособность СФС.

Выходные сигналы детекторов 7 и 8 поступают через ключи 9 и 10 на запоминающие устройства 11 и 12, которые могут представлять обычную емкость. Напряжение с выхода запоминающих устройств 11 и 12 поступает на сумматоры 13 и 14 напряжений, на второй вход каждого .из которых поступает сигнал с

выхода соответствующего формирователя 21, 24 управляющего напряжения. Уровень напряжения каждого сумматора определяет величину емкости варакапов, используемых -в качестве управляющих элементов 15 и 16, а следовательно, частоту и фазу сигнала подстраиваемых генераторов 17 и 18. Сигнал с выхода каждого подстраиваемого генератора 17 и 18 поступает на гетеродинный вход соответствующего смесителя 5 и 6, и при замкнутом ключе 9 и 10 в каждом из каналов образуется СФС, которая отрабатывает начальную расстройку Частот Q,, па входе детекторов 7 и 8 в режиме захвата при косинусоидальной характеристике фазового детектора по формуле Ру arc cos Qn/Qy,

где QH fnp-/or; Qy - полоса удержания системы;

фу - установивщееся значение систематической фазовой погрещности.

Фазовая погрещность фу может быть устранена устройством коррекции «ачальной пастройки частоты в процессе измерений.

Разность фаз входных сигналов блоков 1 и 2 и сигнала геиераторов 17 и 18 ири отрабатывается в первом приближении по закону

(i) cp exp|-F(,

где фо - начальная разность фаз входного сигнала и подстраиваемого генератора;

(фо2)-производная характеристика фазового детектора в рабочей точке фо2;

cpej - -значение разности фаз в

уста«овивщемся состоянии.

Основным требованием к СФС в предлагаемом фазометре является следующее требование к быстродействию

где Тц - длительность входных радиоимпульсов;

iycT - время, в течение которого переходный процесс в системе практически заканчивается. Например, (t)li у 0,02 рад.

В результате отработки СФС разности фаз входного радиоимпульса и подстраиваемого генератора 17 и 18 на выходе фаза непрерывных гармонических колебаний с некоторой погрещностью Аф равна фазе входного радиоимпульса соответствующего канала.

Погрещность Дф складывается из погрещности Дф() и фазовой погрещности, вносимой входным устройством и смесителем, причем последние составляющие при соответствующем подборе элементов в каналах на выходе фазометра компенсируются.

По окончании радиоимпульса ключи управления разрывают цепи СФС, а запоминающие устройства сохраняют тот уровень напряжения, который был на них к моменту окончания радиоимпульса, и, следовательно, частота и фаза подстраиваемых генераторов 17 и 18 остаются неизменными в течении времени Т, равпого периоду следования радиоимпульсов.

Разность фаз непрерывных гармонических колебаиий на выходе подстраиваеамых генераторов может быть измерена с высокой точностью серийно выпускаемыми приборами.

В случае, если начальная фаза радиосигнала не меняется от импульса к импульсу, то усреднение может производиться за длительный период времени, определяемый требуемой точностью измерений, в противном случае разность фаз непрерывных колебаний с выхода генераторов 17 и 18 должна быть измерена за время Т, которое при больших скважностях радиоимпульсных сигналов значительно больше длительности радиоимпульса Ти.

В предлагаемом фазометре измерение разности фаз, сигналов с выходов подстраиваемых генераторов 17 и 18 осуществляется в блоке, состоянием из последовательно соединенных формирователя измерительного импульса и индикаторного устройства. Линии 3 и 4 задержки введены для того, чтобы скомпенсировать задержку видеоимпульса в цепи, состоящей из амплитудного детектора 28 и усилителя-ограничителя 29, так как в случае несовпадения времени прихода и окончания радиоимпульса с моментами открывания и закрывания ключей 9 и 10 могут возникнуть значительные погрешности измерения за счет изменения уровня напряжения на запоминающих устройствах ,11 и 12.

Кроме того, дополнительная цепь предлагаемого радиоимпульсного фазометра, состоящая из фазового детектора 19 (22), порогового устройства 20 (23) и формирователя 21 (24) управляющего напряжения, связывает выход смесителя 5 (6) с вторым входом сумматора 13(14). Второй вход фазового детектора 19 (22) через фазовращатель 26 (72) связан с выходом опорного генератора 25. Эта цепь предназначена для вывода СФС из «мертвой зоны, т. е. с участка характеристики фазового детектора 7(8), соответствующего точке неустойчивого равновесия. На сумматор 13 (14) во время радиоимпульса поступает напряжение с выхода формирователя 21 (24) управляющего напряжения, не равного нулю лищь тогда, когда разность фаз на входе фазового детектора 7 (8) соответствует точке неустойчивого равновесия, так как в этом случае напряжение на выходе фазового детектора 7 (8) близко к нулю, а напряжение на выходе фазового детектора 19(22) близко к максимуму. Выбором уровня порогового напряжения можно обеспечить запуск формирователя 21 (24) управляющего напряжения лишь на время, когда СФС находитсявблизи точки неустойчивого равновесия. Уровень сигнала с выхода формирователя управляющего напряжения таков, ч:то позволяет осуществить скачок фазы сигнала подстраиваемого генератора 17 (18) такой величины, что СФС выйдет из «мертвой зоны. При этом сигнал с выхода фазового детектора 19(22) станет меньше порогового значения, так как СФС будет стремиться в точку устойчивого равновесия.

и при этом сигнал с выхода фазового детектора 19 (22) будет всегда ниже порогового уровня. При всех других значениях фазовых расстроек на управляющий элемент 15 (16) поступает сигнал с выхода фазового детектора 7(8). Для идеализированной системы ФАПЧ при и «осинусоидальной характеристике фазового детектора время переходного процесса определяется по формуле

f - А п -;г- пQ,

±0,00436

где Л„ :1пtg(45°+9o/2)

Таким образом, введенная цепь позволяет добиться значительного повышения быстродействия, если ее постоянная времени значительно меньше времени СФС.

Предлагаемая СФС существенно отличается от известных схем импульсно-фазовой автоподстройки частоты как связями, так и составом элементов.

Предлагаемый фазометр способен работать при малом числе периодов высокой частоты

за длительность радиоимпульса Ти. Кроме того, предлагаемый фазометр позволяет измерять разность фаз двух радиоимпульсов с длительностями на порядок и более меньшими, чем минимальная длительность сигналов у

прототипа.

Экспериментально исследованный макет фазометра на частоте, несущей 150 МГц, обеспечил длительность 0,2 мксек при скважностях 100-1000 с точностью не хуже ±0,8°, а

переброс системы из зоны ±5° относительно точки неустойчивого равновесия уменьшает время переходного процесса в 4-5 раз.

Формула изобретения

1.Радио-импульсный фазометр, содержащий два входных блока, два смесителя, два измерительных канала, соединенных своими первыми входами со смесителями, а выходами -

с фазоиндикатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, он снабжен двумя линиями задержки, амплитудным детектором, усилителем-ограничителем и опорным генератором,

причем выход первого и второго входных блоков присоединепы соответствеино через первую и вторую линии задержки « первым входалМ первого и второго смесителей, выход первого входного блока через последовательно

включенные амплитудный детектор и усилитель-ограничитель присоединен к вторым входам каналов, выход опорного генератора подключен к третьим входам каждого из двух каналов, выход каждого из каналов присоедипен соответственно к гетеродинному входу первого и второго смесителей.

2.Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что каждый из измерительных каналов содержит первый и второй фазовые детекторы, фазовращатель, пороговое устройство, подстраиваемый генератор, управляющий элемент, ключ управления, запоминающее устройство, формирователь управляющего напряжения и сумматор, причем первые входы первого и второго фазовых детекторов соединены, а выход первого фазового детектора через ключ управления и запоминающее устройство подключен к первол1у входу сумматора, второй

вход которого через последовательно включенные формирователь управляющего напряжения и пороговое устройство присоединен к выходу второго фазового детектора, второй вход которого подсоединен к выходу фазовращателя, выход сумматора через управляющий элемент подключен к входу подстраиваемого генератора.