Устройство для измерения разности фаз разноимпульсов Советский патент 1979 года по МПК H03K5/00 G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз радиосигналов в фазовых системах . Известен фазомер, содержащий ряд запоминающих устройств, на вход которых через ключи, управляемые сдвиговым регистром, поступают входные .сигналы. Сдвиговый регистр управляет ся импульсами со специального генера тора. Частота следования импульсов с генератора значительно больше частоты заполнения радиоимпульсов, что позволяет сделать требуемое количество выборок за период заполнения и записать эти выборки в запоминающих ус.тройствах. К генератору импуль сов через делитель частоты подключен другой сдвиговый регистр, который управляет работой ключей, стоящих на выходе запоминающих устройств В результате считывания с запоминающих устройств выборок входных сигналов и их фильтргщии создаются напряжения низкой частоты с разностью фаз равной разности фаз высокочастотного заполнения радиоимпульсов. Эти напря жения подаются на низкочастотный фазометр, который и регистрирует результат измерения. Недостатками этого метода являются низкое быстродействие схемы, что обусловлено переносом фазовых соотношений на низкую частоту, и большая сложность исполнения схем и узлов фазометра. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения разности фаз радиоимпульсов, содержащее два последовательно соединенных фазовых детектора и парафазных усилителя, входы фазовых детекторов соединены через фазосдвигающие цепи. Недостатками этого устройства- являются низкое быстродействие процесса измерения, что обусловлено пере- носом фазовых соотношений на низкую частоту, и возникновение ошибок, определяемых дополнительной обработкой сигналов с выходов фазовых детекторов и неидентичностью характеристик парафазных усилителей. Кроме того, это устройство может работать лишь при малой частоте следования радиоимпульсов на входе, так как минимальное время между двумя последующими радиоимпульсами определяется в основном временем измерения разности фаз напряжений с выходов резонансных усилителей. В связи с тем,- что частота этих напряжений мала, время измерения велико, необходимо ограничивать возможную частоту следования радиоимпульсов сверху.

Цель изобретения - повышение бысродействия измерения фаз между высокочастотным заполнением коротких радиоимпульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство для измерения разности фаз радиоимпульсов, содержащее два последовательно соединенных фазовых детектор и парафазных усилителя, причем вход фазовых детекторов соединены через фазрсдвигающие цепи,введены N каналов, каждый из которых состоит из резистивкого сумматора и элемента сравнения, при этом входы сумматоров подключены к выходам парафазных усилителей, а их выходы соединены с входами элементов сравнения соответственно.

С выходов элементов сравнения снимается значение кода, соответствующее измеряемой разности фаз. В связи с тем, что обработка выходных сигналов фазовых детекторов производится параллельно во всех каналах без преобразования на низкую частоту, быстродействие устройства велико и определяется в основном лишь применяемой элементной базой.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Устройство содержит фазовые детекторы 1 и 2, фазосдвигаюшие цепи 3 и 4, парафазные усилители 5 и б, элементы сравнения 7, 8 и 9, резис тивные сумматоры состоящие из резисторов R и R. Количество каналов N, состоящих из резистивных сумматоров и элементов сравнения, определяется требуемой разрешающей способностью и равно 180° ,

N

тг

где У- дискрет измерения..

Фазовые детекторы 1 и 2, между парами входов которых включены 45-ы фазосдвигающие цепи 3 и 4, через парафазные усилители 5 и 6 соединены с соответствующими входами резистивных сумматоров , выходы которых, в свою очередь, подключены к в хсдам элементов сравнения 7, 8 и 9.

Устройство работает следующим образом.

Каждый из входных радиосигналов, разность фаз « которых необходимо иямеоить, подают на один из фазовых

детектооов непосредственно, а на другой Фазовый детектор чеоез - фазодвигающую цепь (3 либо 4). В этом случае на выходах фазовых детекторов 1 и 2 получают видеосигнапы, амплитуда которых пропорциональна собери sin р, Парафазные усилитепи обеспечивают создание сигналов вида и isinf, поступающих затем на соответствующие входы резистивных сумматоров. Весовые коэффициенты резистивных сумматоров определяются требуемым дискретом измерения и номером канала.Выходные напряжения сумматоров подаются на входи элементов сравнения, в качестве элементов сравнения могут быть использованы дифференциальные усилители с достаточным коэффициентом усиления. Практически эти пороговые устройства, выполняющие операцию сравнения. Порог срабатывания устанавливается в самих элементах сравнения.

Работа каналов поясняется приведенными на фиг. 2 эпюрами напряжения на выходах парафаэных усилителей, резистивных сумматоров и элементов сравнения.

Пусть максимальное значение напряжения на выходах элементов сравнения имеет значение i« кода, а минимальное напряжение - значение О кода. Значение напряжения на выходе элемента сравнения какого-либо канала определяется в каждом конкретном случае величиной сигнала, снимаемого с выхода соответствующего резистивного сумматора. Этот сигнал равен

V -и ()- СФ)-и.(ч )р u,(y)R..C«f)Ri - p,

.если подать на сумматор сигналы и и Uj, (f) - cosf, то

Y .. sin Ч -PIсо f

K +Ra

т.е., зная величину порога срабатывания элемента сравнения путем выбора сопротивления резисторов R и Rj,, можно добиться переброса элемента сравнения из состояния О в состояние кода при определенном, наперед заданном, значении разности фаз f (,i входных сигналов. Обратный переброс схемы (из состояния i в состояние О кода) может произойти, как это видно из эпюр на фиг. 2, только при изменении входной разности фаз на 180 , т.е. при % + 18(f . Выбирая величины сопротивлений резистивных сумматоров, можно заставить срабатывать элементы сравнения в каждом канале при наперед заданных значениях разности фаз, определяемлх дискретом измерения и номером канала. В нашем примере элемент сравнения в i-oM канале должен срабатывать, т.е. 5 перебрасываться из состояния О в состояние кода, при значении измеряемой разности фаз Ч/ л гдеТ дискрет измерения ,2,...,N - номер канала. Добавка -f- в этом выражении опре 1|делена тем, что в примере реализаци устройства точка начала отсчета (нуль) расположена в середине дискрета. Значение кода на выходе элемента сравнения i-oro канала существует при fi6V(fi -I80). в процессе измерения на выходах всех элементов сравнения создается кодовая комбинация, однозначно связанная с измеряемой разностью фаз. На приведенных эпюрах дискрет измерени выбран равным 22,5° , а порог срабаты вания элементов сравнения равен нулю В этом случае первый канал срабатывает при «fall, 25 , а второй - при f 33,75 и т.д. Как и в любых дискретных системах, фазовая характерис тика предлагаемого устройства имеет ступенчатый вид, т.е. изменению вход ной разности фаз f в пределах дискрета соответствует только одно конкретное значение измеренной разности фаз fujM. В нашем примере нулевому дискрету соответствует область вход ной разности фаз от -11,25 до +11,25, т.е. точка О находится в середине дискрета. Если это нежелательно, то нулевую точку достаточно просто вывести на край дискрета. Первому дискрету, T.e.) 22,5°, соответствует область входной разности фаз ср от 11,25 до 33,75 и т.д Для того чтобы напряжение с выхода сумматора переходило через О, являющийся порогом срабатывания элементов сравнения, необходимо подавать на сумматоры напряжения, противоположные по знаку. Для соблюдения указанного условия, как это видно из эпюр на резистивные сумматоры с 1 по jканалов, подаются, например, sinvpH cosvp, а на сумматоры с (у-+ 1) по N каналов, срабатывающих в диапазоне входной разности фаз J от f- до , п даются сигналы -cos- и - sinj. При этом положительному значению напряже НИН на выходе сумматора соответствуе значение кода на выходе элемен та сравнения, а отрицательному - зна чение О кода на выходе элемента сравнения. Возможны и другие комбинации сигналовр подаваемых на резистивные сумматоры каналов. В каждом конкретном случае.весовые коэффициенты (т.е.значения сопротивления резисторов R, Rj) резистивных сумматоров в канале определяются из выражения RaUi().UaC) UTTOP R, + R4 где пор величина порога срабатывания элемента сравнения, (предпочтительно выбирать равной среднему назначению напряжения с выхода парафа зных усилителей); fi - разность фаз входных сигналов, при которой должен произойти переброс элемента сравнения в i-OM канале из состояния О в состояние 1 кода; Ul(V«), Ue(p) - напряжения, подаваемые на резистивный сумматор i-oro канала. На эпюрах, приведенных на фиг. 2, рассматриваются все возможные варианты состояний указанных схем для различных значений измеряемой разности фаз и в пределах О-ЗбО. В процессе измерения ф принимает одно конкретное значение, лежащее в указанных пределах. В этом случае величина выходного напряжения элемента сравнения в каждом канале определяется сигналом, снимаемым с выхода резистивного cyMviaTopa этого канала, т.е. определяется данным значением j. Таким образом, на выходах всех элементов сравнения создается комбинация единичного кода, соответствующая измеряемой разности фаз. Этот код может обрабатываться непосредственно ЭВМ, работающей по заданному алгоритму, либо с помощью преобЕ азС)вателя может быть переведен в обычный двоичный или десятичный код. Ниже в качестве примера приведены кодовые комбинации на выходе устройства для различных значений входной разности фаз. В предложенном примере реализации устройства дискрет измерения 22,5, тогда количество чаналов N Г Можно составить следующую таблицу кода.

Таблица