Цифровой фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/08 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти применение в радиоприемных устройствах радиолокации и радионавигации.

Известен цифровой фазометр, используемый в радиоизмерительной технике П).

Недостатком этого фазометра является то, что при измерении фазы на высоких частотах невозможно измерить временные сдвиги фазы меньшие,чем период частоты следования счетных импульсов. Повышение частоты следования импульсов, а также уменьшение . их длительнос и, влечет за собой необходимость применения высокочастотных счетчиков импульсов - сложных, дорогих и малонадежных приборов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цировой радиоимпульсный фазометр с постоянным измерительHI.IM временем, содержащий первый и второй детекторы

нулевых значений сигналов, измерительный триггер, блок совпадений, времязадающий блок совпадений, генератор счетных импульсов и два амп литудных детектора. Фазовые импульсы, сформированные с помощью детекторов нулевых значений сигналов и измерительного триггера, так что длительность импульсов.пропорциональна разности фаз, в блоке совпадений заtoполняются счетными импульсами и на интервал времени подаются на счетчик импульсов через времязадающий блок совпадений, с помощью которого определяется фазовый сдвиг сигнаISлов 23.

Недостатком устройства является невозможность измерения разности фаз при фазовом импульсе меньшим (по дли тельности) периода час 1оты следоваXния счетных импульсов, поступающих с генератора. При измерении фазовых сдвигов на частотах, например 10 МГц, с точностью 1 частота счетных им- . пульсов должна быть в 360 раз выше, т.е. 3600 МГц. Реализация счетчиков импульсов на такие частоты весьма сложна и требует больших затрат. Цель изобретения - расширение диапазона рабочих часто-т и повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в цифровой фазометр, содержащий первый и второй усилители-ограничители, последовательно соединенные че рез первый и второй детекторы с первым и вторым входами триггера фазы соответстБенно, и счетчик импульсов,, введены линия задержки, устройства уменьшения и yвeл гчeния длительности импульса, формирователь селектор, усилитель, первый и второй коммутаторы, дополнительный счетчик импульсов, триггер периода,арифметический и управляю1ций блоки, причем выходы триггеров фазы и периода соединены с первым входом селектора и с последовательно соединенными между собой в кольцо устройством уменьшения длительности импульса, линией задержки усилителем и устройством увеличения длительности импульса, кроме того, выход усилителя через формирователь подключен ко второму входу селектора и ко входу второго коммутатора, выходы которого подсоединены ко входам счетчиков импульсов , а выходы счетчиков подключены к соответствующим входам арифметического блока, при этом вход периода подсоединен к первому входу триггера ф зы, а выходы первого коммутатора под ключены Kd входам первого и второго усилителей-ограничителей, причем си хронизирующие входы триггеров, управляющие входы коммутаторов и ариф метического блока подключены к соот ветствующим выходам управляющего бл ка, вход которого подключен к выход селектора. На чертеже представлена блок-схе цифрового фазометра. Цифровой фазометр содержит первы коммутатор 1, усилители-ограничител 2 и 3, первый и второй детекторы 4 и 5, триггер 6 фазы, устройство 7 уменьшения длительности импульса, линию 8 задержки, усилитель 9, устройство 10 увеличения длительности импульса, формирователь 11, селектор 12, второй коммутатор 3, первы и второй счетчики 14 и 15 импульсо триггер 16 периода, арифметический 74 блок 17 и блок 8 управления. В качестве формирователя 11 может быть использован фантастрон, с выхода которого поступают импульсы одинаковой длительности, не зависящей от длительности запускающего фантастрон импульса. Устройства 7 и 10 уменьшения и увеличения длительности импульса могут быть выполнены, например, в виде транзисторных каскадов, находящихся в исходном состоянии для уменьшения длительности импульса в режиме насыщения, а для увеличения длительности и -1пульса - в режиме отсечки. Эффект уменьшения длительности достигается благодаря тому, что транзистор находящийся в режиме глубокого насьвдения, после прихода запирающего импульса запирается с запаздыванием на время Т.р , которое необходимо на рассасывание неосновных носителей в базе транзистора. Следовательно, передний фронт-импульса на выходе устройства 7 уменьшения длительности появляется с запаздыванием на время То . Если тран, зистор находится в исходном состоянии в режиме отсечки, то входной отпирающий импульс переводит транзистор в режим насьш ения и транзистор запирается после окончания иг-шульса только через время . , необходимое для рассасывания основных носителей. Таким образом, длительность импульса увеличивается на Ypn. Фазометр работает следующим образом. С выходов коммутатора 1 входные сигналы подаются на усилители-ограничители 2 и 3. Усиленные и ограниченные сигналы поступают на детекторы 4 и 5, которые выбирают импульсы, соответствующие моментам перехода входных сигналов через нулевые значения. При этом формируются импульсы, соответствующие только тем нулевым значениям, при которых входное напряжение переходит от положительного полупериода к отрицательному, т.е. через промежутки времени, соответствующие периоду входного напряжения. Эти импульсы поступают на входы измерительных триггеров 6 и 16 фазы и периода. После прихода на синхронизирующий вход триггера 6 синхронизирующего импульса на его выходе появляется импульс, длительность которого равна фазовому сдвигу между входными сигналами. Этот импульс поступает одновремен но на вход устройства 7 уменьшения длительности импульсов и на первый вход селектора 12, на выходе которог появляется импульс, поступающий на вход управляющего блока 18, а послед ний вырабатывает сигнал, запрещающий работу измерительных триггеров. На выходе устроства 7 уменьшения длительности импульса появляется импуль длительность которого меньше на ир Этот укороченный импульс поступает на вход линии 8 задержки, в которой он задерживается на время Tj, больше или равное длительности периода исследуемого сигнала. Затем импульс че рез усилитель 9, который компенсирует потери по амплитуде в линии задержки, поступает на вход устройства 10 увеличения длительности импуль са, где импульс увеличивается по дли тельности на величину Up При ip- на выходе устройства 10 увеличения длительности импульса, импульс уменьшается на величину равную fllir Тр ripri и поступает на вход устрой ства 7 уменьшения длительности импульса. Затем цикл работы повторяетс В следующем цикле длительность им пульса еще раз укорачивается, при этом он меньше на 2 ДТ. После п циклов длительность измеряемого импуль са (iy, ) меньше величины Рр. Лри этом с выхода устройства 7 уменьшения длительности импульса импульс не сможет появиться, В каждом цикле импульс с выхода усилителя 9 поступает на вход формирователя 11, который вырабатывает счетный импульс длительность которого меньше или равна времени задержки в линии 8 задержки. Счетные импульсы поступают на вто рой вход селектора 12 длительности, который запрещает срабатывание триггеров 6 и 16. Одновременно счетные им пульсы поступают на вход второго коммутатора 13, с одного из выходов которого они поступают на счетный вход первого счетчика 14, подсчитывающего количество циклов прохождения импульса, несущего информацию о фазе по кольцу устройств 7-10. Если по истечении времени равного и на втором входе селектора 12 длительности импульс не появляется, а на выходе селектора 12 длительности появляется им пульс, который поступает на вход управлякнцего блока 18, который вырабатывает импульс синхронизации, посту76пающий на синхрснизирунмций вход триггера 16 периода, и управляющий импульс - на второй коммутатор 13. Последний подключает вход второго счетчика 15 к выходу формирователя 1.1. При поступлении импульса на синхронизирующий вход триггера 16 периода последний вырабатывает импульс, длительность которого равна периоду исслед-уемрго сигнала. Этот импульс поступает на вход устройства 7 уменьшения длительности импульса и начинаются циклы измерения длительности импульса периода п Оии отличаются от процесса измерения длительности импульса фазы тем, что счетные импульсы, соответствующие количеству циклов измерения, фиксируются сче1чиком 15. В момент окончания измерения длительности 1- на выходе селектора 12 длительности появляется второй импульс, который поступает на вход блока 18 управления, вырабатывающего сигнал управления на вход арифметического блока 17, и синхронизирующий импульс, поступающий на синхронизирующий вход триггера 6 фазы. Если сдвиг фазы между опорным и измеряемыми сигналами меньше, полупериода опорного сигнала, управляющий блок вырабатывает импульс, который поступает на управляющий вход первого коммутатора I, который меняет входы сигналов на измерительных триггерах. При этом происходит измерение сдвига фаз равного . После измерения периода. опорного сигнала и сдвига фаз арифметическое устройство 17 производит операцию 1/ , где пит - число циклов при. измерении длительности ;. импульсов триггеров фазы и периода соответственно. При этом арифметический блок опрееляет отсчет угла сдвига фазы в граусах. Так как измерение длительности мпульса сдвига фазы и длительности периода сигналов производится одной и той же цепью, т.е. с одинаковой погрешностью, величина ее полностью исключается при выполнении арифметической операции. Благодаря формированию счетных импульсов длительностью 0,5 1 1 МКС, счетчики выполнены низкочастотными до 10 МГц нг широко применяемых микросхемах серии 155. Величина уменьшения длительности ut регулируется в широких пределах от десятков микросекунд до долей наносекунды на широко применяемых транзисторах типа МП 1 ОБ и 2П902А. При этом длительность импульса формирователя 11 устанавливается равной 1 МКС при л Т 0,5 не. Таким образом, получена возможность измерять сдвиг фазы радиоимпульсов с частотой заполнения 50 МГц с точностью до 1 С применейием широ ко применяемых дешевых радиоэошментов. Формула изобретения Цифровой фазометр, содержащий пер вый и второй усилители-ограничители последовательно соединенные через пе вый и второй детекторы с первым и вторым входами триггера фазы соответственно, и счетчик импульсов, отличаю, щийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот и повышения точности измерения, в фазометр введены линия задерж ки, устройства уменьшения и увеличения длительности импульса, формирователь, селектор, усилитель, первый и второй коммутаторы, дополнительный счетчик импульсов, триггер периода, арифметический и управляющий блоки. причем выходы триггеров фазы и периода соединены с первь1м входом селектора и с последовательно соединенными между собой в кольцо устройством уменьшения..длительности импуль са, линией задержки, усилителем и устройством увеличения длительности импульса, кроме.того, выход усилителя через формирователь подключен ко второму входу селектора и ко входу второго коммутатора, выходы которого подключены ко входам счетчиков импульсов, а выходы счётчиков подсоеди иены к соответствующим входам арифметического блока, при этом вход триггера периода подсоединен к первому входу триггера фазы,, а вцходы первого коммутатора подключены ко входам первого и второго усилителей-ог раничителвЙ5 причем синхроиизкр-уюшдге входы триггеров, управляющие вхсдь KONMyTaTopOB и арифметического блока подключены к соответствующш- выходам управляющего блока, вход которого подключен к выходу селектора Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 465598, кл, G 01 R 25/00, 1975, 2.Авторское свидетельство СССР I, 585456., кл, G 01 R 25/00, 1977,