Цифровой фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/04 

(54) ЦИФРОВОЙ

Устройству свойственна низкая точность измерения разности фаз, обусловленная различной электрической длиной каналов (первый канал длиннее второг на электрическую длину электронного фазовращателя), нелинейностью частотно-фазовой характеристики электронного фазовращателя и нестабильностью часто ты генератора в цепи выделения разностной частоты, счет которой выполняет частотомер, а также недостаточные пределы измеряемой разности фаз.

Цель изобретения - расширение пределов измерения разности фаз и повышение точности измерения.

Это достигается за счет того, что в устройстве, содержащем в двух каналах последовательно соединенньге смесители и усилители-ограничители, общий для дв каналов гетеродин с системой автоподстройки частоты, третий смеситель, выход которого подключен к входу цифрового частотомера, электронный фазовращатель, первый Вход которого подключен к Выходу усилителя-ограничителя первого канала, второй вход соединен с первым Входом третьего смесителя, своим Выходом связанного с входом цифрового частотомера, а выход электронного фа- зоврашателя подключен к первому входу системы автоподстройки фазы, пер

Вый выход которой связан с третьим Входом электронного фазовращателя, дополнительно введен второй электронный фазовращатель, первый вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя второго канала и Входу системы автоподстройки частоты, второй вход содинен с вторым Входом третьего смесителя, третий вход - с вторым выходом системы автоподстройки фазы, -а выход второго электронного фазовращателя подключен к Второму входу системы аВто- подстройки фазы, третий и четвертый Входы которой связаны с Выходами системы автоподстройки частоты.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого цифрового фазо- метра.

Он состоит из смесителей 1 и 2, усилителей-ограничителей 3 и 4, общего гетеродина 5 с системой автоподстройки частоты 6, включающей управ.ляеь-пый переключатель 7 промежуточной частоты, ф1тьтры (колебательные контуры) 8 и 9, симметрично рассмотренные относительно промежуточной частоП.1, сумматор 3.0, амплитудный детектор 11, низкочастотный усилитель 12 переменного напряжения, фазовый детектор (низкочастотный синхронный детектор). 13, интегрирующий фильтр 14 и генера-

тор опорных напряжений 15, электронных фазовращателей 16 и 17, состоящих из смесителей 18, 19, О, 21, линий задержки 22, 23 управляемого гетеродина 24 в первом канале и управляемого гетеродина 25 во втором канале;

системы автоподстройки фазы 26, включающей управляемый переютючатель 27 промежуточной частоты, фазосдвигаю- щие цепи 28 и 29, осуществляющие

сдвиг фазы на прокюжуточной частоте соответственно на Tt и If/2, сумматор ЗО, амплитудный детектор 31, низкочастотный усилитель 32 переменного напряжения (сигнала ощибки), фазовый детектор

(низкочастотный си 1хронный детектор) 33 и интегрирующие фильтры 34 и 35, смесителя 36 и цифрового частотомера 37.

Работает устрюйство следующим образом.

В исходном состо5иии генератор опорных напряжений 15 выдает, например, прямоугольное напряжение (меандр)

частоты 4 кГц на управляемые переключатели 7 и 27, а также на низкочастотные фазовые детекторы 13 и 33 систем автоматическойподстройки частоты 6 и фазы 26. Управляемые гетеро-

дины 24 и 25 электронных фазовращателей настроены на одну и ту же частоту, поэтому колебания разностной частоты на Выходе смесителя 36, а следовательно на Входе цифрового частотомера 37, работающего в непрерывном режиме, например, с временем счета 1 М сек, отсутствуют. Подключив на Входы цифрового фазометра источники

, Высокочастотных колебаний, разность фаз между которыми необходимо измерять, подстраивают общий гетеродин 5 до появления на выходах усилителейограничителей 3,4 сигналов. Часть сигO нала с усилителя-ограничителя 4 поступает на переключатель 7, с выходов которого через симметрично расстрюепные относительно промежуточной частоты фш1ьтры 8 и 9 прямоугопьиые ралиоJ импупъсы поочередно поступают на сумматор 10. С в,Ixoдa последнего непрерывное мод 7 ироваиное по амплитуде колебгание (чпстота и форма мол.упяпии совпадают no частоте и форме с напряжением генератора 15, глубина модупяции определяет величину расстройки по частоте, а синфазностъ или противо- фааность огибаюшей по отношению к напряжению генератора 15, как частотной расстройки) детектируется. Выделенная огибаюшая усиливается и поступает на НЧ фазовый детектор 13, постоянная составляющая с выхода которого через интегрирующий фильтр 14 Поступает на подстраиваемый общий гетеродин 5, обеспечивая тем самым стабилизацию промежуточной частоты. Сигналы промежуточной частоты с Выходов усилителей-ограничителей через Электронно-управляемые фазовращатели 1 и 17 поступают соответственно на вход управляемого напряжением ГОН а переклю чателя 27 и фазосдвигающую цепь 29. Прямоугольные радиои1 тульсы промежуточной частоты с выходов переключателя 27 поочередно в фазе или противофазе (обеспечивается фазосдвигаюшей цепью 2 по отношению к входному сигналу поступают на вход сумматора 30, на третий Вход которого с Выхода фазосдвигающей цепи 29 (обеспечивает сдвиг фазы наЩ поступает непрерывное колебание промежуточной частоты второго канала. С Выхода сумматора ЗО непрерывное амп- литудно модулированное колебание проме жуточной частоты (частота и форки модуляции совпадают по частоте и форме с напряжением генератора 15, глубина модуляции определяет величину расстройки по фазе, а синфазность или противофазность огибающей по отношению к напр жению генератора - знак фазовой расстр ки) детектируется. Выделенная огибаюша усиливается и поступает на НЧ фазовый детектор 33 аналогично тому, как это осуществляется в системе автоподстрой- ки частоты. Противофазные напряжения (разнополярные напряжения) с противоПОЛОЖ1Ш1Х плеч НЧ фазового детектора 33 через идентичные интегрирующие фильтры 34 и 35 поступают на соответствующие Входы управляемых гетеродинов 24 и 25 электронных фазовращателей 16, 17 и компенсируют рапность фаз сигналов про межуточной частоты на их входах. В результате смешения смешенных по частоте колеС апин управ.пяемых гетеродинов 1в и 17 ыделяется разностная частота, прсюрпиональная комиеисироваипой, а с;лодо1К1телыю, измеряемой разности фаз, и измеряется цифровым частотомером 37. Изменение разности фаз на Входах фазометра автоматически отслеживается системой автоподстройки фазы 2G и двумя электронно yпpaBляe Ь ffl фазовращателями 16, 17,. а соответствующие ей цифровые отсчеть ииднцнруются индикатором цифрового частотомера 37, По предлагаемой схеме цифрового фазометра был изготовлен лабораторный к-1акет,испытания которого подтвердили его работоспособность и перед прототипом. Так была получена чувствительность (по измеряемой разности фаз), составляющая доли градуса (это получено без принятия мер/снижающих коэффициент шума в системах автоподстройки частоты и фазы), .рределы измерения разности фаз -41О° при нелинейности характеристики разность фаз на входе фазометра - разносттэ фаз, индицируемая цифровым частотомером порядка 5 - 7° (эта нелинейность обусловлена низкими частотными свойствами линии зацержки, применяемой в электронных фазовращателях 16 и 17, коэффициент стабилизации частоты системой автоподстройки частоты 1000. Следует заметить, что отключение входа управляемого гетеродина одного из электронных фазовращателей от системы автоподстройки фазы, что соответствует прототипу при измерении чувствительности, пределов измерения разности фаз и нелинейностихарактеристтси, вызьгвает снижение чувстВ 1тельности примерно вдвое, сужение пределов измерения разности фаз до - 240°-(- 190°) и повышение нелинейности до 18-20 Следует отметить, что по схеме предложенного ци Грового фазометра могут быть построены приборы не только для измерения разности фаз между непрерывными Высокочастотными кoлeбaния ПI, но и между Высокочастотными импульсными колебаниями (между радиоимпуль сами), для чего в устройство должны быть введены синхронизатор и упралпяемые пиковые детекторы, которые необходимо включить между детектором и усилителем в каждой из систем автх иодстройки частоть и фазы. Формула изобретения Цифровой фазометр, годержпши м , каналах последовате/гыю гоеаииешию