Устройство для воспроизведения фазовых сдвигов Советский патент 1979 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к фазоизмери™ тепьной технике и может быть использовано при создании поверочной фазоизме- рительной аппаратуры. Известен фазовый калибратор радиочас тот, содержащий два аттенюатора, управляемое высокочастотное фазосдвигаюшее устройство, включающее управляемый фазовращатель 180 сдвига, управляемый фазовращатель 9О , синхронизированный генератор, выполняющий функции плавного фазовращателя, два реле, управляющие управляемыми фазовращателями 180и 90° сдвигов, схему управления, связанную с синхронизированным генератором через механический управляющий элемент, два преобразователя частоты, гетеродин и схе му стабилизации промежуточной частоты, две схемы бесфазовой автоматической ре гулировки усиления, два смесителя, диск ретное фазозадающее устройство, измерительную схему сравнения и задающий генератор l. Т)днако наличие фазо-амплитудной погрещности не позволяет задавать фазовые сдвиги с высокой точностью в широком динамическом диа тазоне амплитуд выходных сигналов калибратора. Причиной этого является собственная фазо-амплитудная погрещность преобразователей частоты и схем бесфазовой автоматической регулировки усиления. Известна также установка для поверки высокочастотных фазометров, содержащая управляемый высокочастотный двухканал1 ный фазозадающий узел (УВДФУ), содержащий генератор образцовой частоты,блок опорных частот, три электронных коммутатора, два высокочастотных круговых фазовращателя, два блока синтеза частот, два широкополосных усилителя 2j.УВДФУ позволяет получать на выходных зажимах установки два напряжения с регулируемыми фазовыми сдвигами О- плюс 360 в диапазоне частот 10 кГц- 100 МГц, амплитуды которых регулируются аттенюаторами. 36 Установка снабжена низкочастотным фазозадающим устройством, содержащим два идентичных канала, вкпючагоших пос- ледоватепьно соединенные круговой фазовращатель, формирователь импульсов, денитель частоты и формирователь коротких импульсов. Фазовые спвиги между сигналами на выходах низкочастотного фазозадающего устройства (НФУ) заданы с высокой точностью (0,О1). Для повышения точности задаваемых фазовых рассогласований, снижения уровня фазо-амплитудной погрешности и устранения погрешности от подключения несогласованной нагрузки установка снабже на двумя идентичными кольцевыми автом тическими системами, состоящими из пос ледовательно включенных емкостного деподключенного к выхо лителя напряжения ному зажиму установки, смесителя, усилитепя-ограничителя следящего типа, импульсно-фазового детектора, узла автоматики, увязанного с одним из выходов, НФУ, реверсивного двигателя, соединенного с УВДФУ. Для формирования гетеродинного напряжения используется дополнительный блок синтеза частот, вход которого соединен с УВДФУ, а выход через широкополосный усилитель связан с гетеродинными входами смесителей (в дальнейшем этот блок синтеза частот и широкополосный усилитель называют перестраиваемый гетеродин). Недостатком установки является значительная фазо-амплитудная погрешность (более I), вносимая емкостным делителем напряжения, снижающая точность вос произведения фазовых сдвигов в широком динамическом диапазоне амп/Й1туд выходных сигналов установки. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения фазовых сдвигов в широком динамическом диапазоне амплитуд выходных сигналов. Для этого предлагаемое устройство для воспроизведения фазовых сдвигов, со держашее управляемый высокочастотный двухканальный фазОзадаюший узел, выход которого соединены с выходными зажима ми через аттенюаторы, перестраиваемый гетеродин, связанный с управляемым высокочастотным двухканальным фазозадающим узлом, низкочастотный фазозадаюший блок, два основных канала из последовательно соединенных смесителей, входы ко торых соединены с вых дными зажимами, усилителей-ограничителей и фазовых дете 9 торов, вторые входы которых подключены к выходам низкочастотного фазозадаюiiiero блока, вход указанного блока соединен с управляемым высокочастотным двухканальнымфазозадающим узлом, выход перестраиваемого гетеродина подключен к гетеродинным входам смесителей, снабжено двумя вычитаюшими блоками, выходы которых подключены к управляющим входам управляемого высокочастотного двухканального фазозадающего узла, дополнительным перестраиваемым гетеродином, двумя дополнительными каналами из последовательно соединенных смесителей, входы которых пошшючены к выходным зажимам усилителей-ограничителей из фазовых детекторов, вторые входы которых соединены с дополнительными выходами низкочастотного фазозадающего блока, а выходы - с первыми входами вычитающих блоков, вторые входы которых соединены с выходами фазовых детекторов основных каналов, выход дополнительного перестраиваемого гетеродина соединен с гетеродинными входами смесителей дополнительных каналов, причем дополнительный перестраиваемый гетеродин соединен с управляемым высокочастотным двухканальным фазозадающим узлом. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства для воспроизведения фазовых сдвигов в широком диапазоне амплитуд. Устройство содержит управляемый высокочастотный двухканальный фазозадающий узел 1, выходы которого соединены с выходными зажимами 2 и 3 через аттенюаторы 4 и 5, перестраиваемый гетеродин 6, низкочастотный фазозадаюший блок 7, два основных канала из последовательно соединенных смесителей 8 и 9. , усилителей-ограничителей 10 и 11. и фазовых детекторов 12 и 13, вычитающие блоки 14 и 15, дополнительный перестраиваемый гетеродин 16, два дополнительных канала из последовательно соединенных смесителей 17 и 18, входы которых подключены к выходным зажимам 2 и 3 соответственно, усилителей-ограничителей 19 и 20, фазовых детекторов 21 и 22. Устройство работает следующим образом. Узел 1 вырабатывает два сигнала, частоты которых равны и могут устанавливаться с заданной точностью, а фазовые сдвиги регулируются напряжениями, поступающими на управляющие входы узла 1, Сигнал с узла 1 поступает на блок 7 который вырабатывает четыре низкочастотных напряжения, фазы которых равны ф, + Фо и - Ф И зада ны с высокой точностью. Выходные сигналы узла 1 поступают через аттенюаторы 4 и 5 на выходные зажимы 2 и 3. Эти сигналы имеют вид: ,С09(ы14ф, ЧФ2)/ Ul Um2C06,(ajt 4 ф ) , ие амплитуды выходных сигна- лов устройства, изменяющи ся в широких пределах; - разность фаз между выходными сигналами узла 1; i и(,- азо-ампп:ктуаные погрешно ти аттенюаторов 4 и 5. Выходные сигналы устройства поступают на входы смесителей 8, 9, 17 и 18. На гетеродинные входы смесителей 8 и 9 поступает выходное напряжение п рестраиваемого гетеродина 6, равное Ur,--UmP,cos(, а нагетеродинные входы смесителей 17 и 18 - выходное напряжение дополните ного перестраиваемого гетеродина 16, равное VUn,,(a;- ftHl , где 51 - частота, сигналов на выходах смесителей 8, 9 17 и 18. Смесители, усилители-ограничители и фазовые детекторы основного и дополнительного каналов, подключенных к одноименным выходным зажимам 2 или 3, считаются идентичными. На выходах смесителей 8 и 9 после фильтрации продукта преобразования частот (jj н со + S получают сигналы, рав ные U iUm cosCSt-if -с а - ъ) 4 Угл2°05(5г1-ср +Ф) гдеСй,иф1- фазо-амплитудные погрешности смесителей 8 и 9 соответственно. С помощью усилителей-ограничителей 10 и 11 изменения амплитуд сигналов на выходах смесителей 8 и 9 устраняют ся, но при этом вносится фазо-амплитуд ная погрешность. На выходах усилителей ограничителей 10 и 11 имеют U5 UrnC05(ftt-Ч Г 3 4) i (ftt 4i+43 c 4.b где cpj фазо-амплитудные погрешности усилителей-ограничителей 10 и 11. Напряжения на выходах фазовых детекторов 12 и 13, пропрршюнальные разности фаз между сигналами на выходе усилителя-ограничителя 10 и первом выходе блока 7, усилителя-ограничителя 11 и втором выходе блока 7, равны ,4ф2-Фз-Ф4) ; (Ф24ф; ф -С |) , где К коэффициенты передачи фазовых детекторов 12 и 13. На выходах смесителей 17 и 18 после фильтрации продукта преобразования частот х) и (w - 52.) получают сигналы, равные (2t44)4M)24 Фз); ,2CQS(). Сигналы на выходах усилителей-ограничителей 19 и 20 равны Ц U CosCSJt 4 Cf + 1 + ц)) u r-UrT,a3s№t - Ч 4 ф 4 Lfi) . Напряжения на выходах фазовых детекторов 21 и 22, пропорциональные разости фаз между сигналами на выходе силителя-ограничителя 19 и первом доолнительном выходе блока 7, усилителяграничителя 20 и втором дополнительом выходе блока 7, равны 7 г- b-VJ/ )Напряжения на выходах вычитаюших блоков 14 и 15 равн,1 (гФ,); (2Ф24-2ф;), Выходные напряжения блоков 14 и 15 изменяют фазы Е ысокочастотных сигналов на выходах узла 1, пока управляющие напряжения Ug и не будут равны нулюи9 К,(2Ф/2ч,)-0; () 0. Разность фаз высокочастотных сигналов на выходных зажимах 2 и 3, равная ЦЗ, 4 . . , Таким образом, разность фаз выходных высокочастотных сигналов устройст- ва равна разности фаз между низкочастог ными сигналами на шлходах блока 7, независимо от фазо-амплнтудной погрешности аттенюаторов, смесителей и усилителей-ограничителей. Предлагаемое устройство позволяет по высить точность воспроизведения фазовых сдвигов в широком динамическом диапазоне амплитуд выходных сигналов. Обеспечивая идентичность смесителей, усилителей-ограничителей и фазовых детекторо соответствующих основных и доПолннтельных каналов, можно получить значение фа зо-амплитудной погрешности 0, менее в динамическом диапазоне выходных сигналов 60 дВ во всем диапазоне рабочих частот устройства. Формула изобретения Устройство для воспроизведения фазовых сдвигов, содержащее управляемый высокочастотный двухканальный фазозадаюпщй узел, выходы которого соединены с выходными зажимами через аттенюаторы, перестраиваемый гетеродин, связанный с управляемым высокочастотным двух канальным фазозадаюшим узлом, низкочастотный фазозадаюший блок, два основных канала из последовательно соединенных смесителей, входы которых соединены с выходными зажимами, усилиifeлей-ограничителей и фазовых детекторов, вторые входы которых подключены к выходам Низкочастотного фазозадающего блока, вход указанного блока соединен с уг равляемым высокочастотным двухканальным фазооадающим узлом, выход перестраиваемого гетеродина подключен к гетеродинным входам смесителей, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения точности воспроизведения фазовых сдвигов в широком динамическом диапазоне амплитуд выходных сигналов, оно снабжено двумя вычитающими блоками, выходы которых подключены к управляющим входам управляемого высокочастотного двухканального фазозадающего узла, дополнительным перестраиваемым гетеродином, двумя дополнительными каналами из последовательно соединеннБтх смесителей, входы которых подключены к выходным зажимам, усилителей-ограничителей и фазовых детекторов, вторые входы которых соединены с дополнительными выходами низкочастотного фазозадающего блока, а выходы - с первыми входами вычитающих блоков, вторые входы которых соединены с выходами фазовых детекторов основных каналов, выход дополнительного перестраиваемого гетеродина соединен с гетеродинными входами смесителей дополнительных каналов, причем дополнительный перестраиваемый гетеродин соединен с управляемым высокочастотным двухканальным фазозадающим узлом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1.Сб. Доклады Всесоюзной научнотехнической конференции по радиотехническим измерениям, Новосибирск, 1970, ст. Е. К. Батуревич и др. Фазовые калибраторы радиочастот, 2.Авторское свидетельство СССР N9 427643, СП 25/04 1974.