Высокочастотный фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

(54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФАЗОМЕТР

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых характеристик сигналов и устройств.

Известны устройства для измерения разности фаз высокочастотных сигналов, принцип действия которых основан на преобразовании частоты сигналов в промежуточную частоту с помощью общего импульсного гетеродинного напряжения, с последующим усипением и стабилизацией уровней сигналов промежуточной частоты и индикацией измеренной разности фаз П ,

Наиболее близким по технической сущности к предпагаемому является высокочастотный фазометр, в котором дпя увеличения развязки между измepитeльflыми каналами гетеродинное напряжение на смесители-квантователи подают с задержкой, т.е. через линии задержки 2.;

Недостатками известного фазометра являются большие погрешности измерений, узкий рабочий диапазон частот, отсутствие возможности миниатюризации, сложность схемной реализации, обусловленные неидентичностыо, относительной узкополостью, температурной нестабильностью линий задержки и наличием в них отра хений.

Цель изобретения - повьшение точности измерений и расширение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в высокочастотном фазометре, содержащем гетеродин, индикатор и преобразователь частоты, входа которых являются входами фазометра, а выходы соединены с соответствукицими входами двух усилителей, между выходами усилителей и входом индикатора введен умножитель разности фаз, а преобразователь частоты выполнен из двух смесителей, причем диоды одного смесителя по полярности вклю39чены встречно соответствующим диодам второго смесителя, а вторые входы смесителей объединены и подсоединены к выходу гетеродина. На фиг, 1 представлены временные диаграммы гетеродинного чапряяения, формируемого в виде последоват-ельности чередукнцихся разнополярных импульсов, на фиг, 2 - структурная схема фазометра, на фиг, 3 - принципиальная схема преобразователя часто ты по высокой частоте,. Фазометр, содержит преобразователь I частоты гетеродина 2, усилители 3. и 4 с автоматической регулировкой усилителя, умножитель 5 разности фаз и индикатор 6, Преобразователь 1 частоты содержит два балансных смесителя-квантователя. Первый смеситель-квантователь ABC выполнен на диодах 7-10, имеет сигнальный вход 16, сигнальный выход 1 и симметричньй гетеродинный вход 19-20, Второй балансный смеситель- квантователь ШОР выполнен на диода , имеет сигнальный вход 15, сигнальньй выход 17 и тот же симметричный гетеродинный вход 19-20, Цепи по постоянному току смещения на схеме условно не показаны. Диоды одного смесителя квантователя (диоды 7, 8, .9, 10) включены встречно соответствующим диодам (диоды 11, 12, 1 14) второго смесителя-квантователя, а вторые входы смесителей-квантова.т лей объединены. Исследуемые сигналы (u) и U V2Cos{U)U4,| подаются на входы устройства, т,е, на сигнальш.1е входь преобразователя 1 частрты, К гетеродинному входу ПЧ подводят напряжение гетеродина 2, представлякщее собой, как показано на фиг. 1, последовательность череду ющихся разнополярных импульсов. Напряжение гетеродина 2 может быть представлено как сумма двух периодических последовательностей положительной и отрицательной полярности, имеющих одинаковый период повторения и различное временное запаздывание t..и 1л (в пределах периода Т) относительно начала координат, т,е. .U , () ир, а |Si(KQ)|cos((a) ra4|j WM 5it-e,(3) где I S-, (КД )| и lS,j(K)l - амплитудные спектры видеоимпульсных последовательностей, К - номера гармоник спектров,5 - круговая частота повторения последовательностей, 0-t Kflt-« 5,(Ка), 0i2. Kgt,(Kn)-Jr - фазовые спектры (ФС) видеоимпульсных последовательностей, в которых и линейные части, 4xj(KC) и (i() - нелинейные части ФС, а 3 учитывает отрицательную полярность. Преобразовательные элементы смеситепей-квантователей включены встречно, чтобы один из них преобразовал частоту при воздействии на него импульсов только положительной последовательности (2), а другой - при воздействии импульсов только отрицатепьной последовательности (3}, Благодаря поочередной работе отдельных смесителей развязка преобразователя увеличивается на величину развязки закрытого квантователя (порядка Д по сравнению с устройством с однополярной гетеродинной последовательностью импульсов, что позволяет иметь только один гетеродинный канал. Напряжение промежуточной частоты на выходах соответствующих СК можно представить выражением H,,|S,(K.(,); (4) пс ) V% Д где d. - постоянный коэффициент передачи СК, i - индекс, указывающий номер гармоники. Амштитудал сигналов (4) и (З) пропорциональны амплитудам входных сигналов, а разность фаз (6) состоит из следующих слагаемых: а) измеряемой разности фаз входных сигналов .. I б)фазового сдвига Tli -i - Я, Ai() обусловленного линейными частями ФС и зависящего от номера выбранной гармоники ФС, взаимного временного запаздывания между последовательностями (2) и (З) и разнополярности видеоимпульсов в)фазового сдвига ч ((кя),(в) обусловленного нелинейшями частями ФС и зависящего, от номера гармоники и неидентичности формы видеоимпульсов (2) и (З). Величина (зХ является нулевой линией и учитывается или измеряется при калибровке. Фазовый сдвиг () зависит от вели чины d- и номера гармоники. Одним из наиболее легко реализуемых режимов формирования гетеродинного напряжения является такой, при котором каждый импульс одной полярности генерируют равноудаленным от соседних импульсов другой полярности. Для этого режима ,5. Из гармонического сигнала частоты з1 с помсядью усилителя-ограничителя формируют напряжение в виде меандра, которое диф ференцируют с помощью дифференцируЮ1цей цепи. В результате получают гетероДинное напряжение в виде последовательности равноотстоящих друг от друга разнополярнь х импульсов. Для такой последовательности гетеродинного напряжения выражение (} преобразуется к виДу r(K-fl)J (9 При нечетшлх К выражение (9) крат но 2, а при четных К - кратно J . Поэтому в процессе при изменении К будет иметь место неопределенность показаний устройства, равное JT .- Для ее исключения необходимо, чтобы всегда была кратна 2Л. Это условие выполняется умножением разности фаз сигналов после усилителей 3, 4 в четное число раз ,4,6,..., т,е, Г(К+1))Гп 23Гт; ,3,4,5 (io) Процесс подстройки гетеродинного напряжения можно автоматизировать,. для чего необходимо на управляющий вход гетеродина подать напряжение np межуточнс частоты. Коэффициент умножения разности фаз выбирают в зависимости от требований обеспечения заданной чувствительности фазометра (малое п, например , при измерении больтпей разности фаз и больвое п, например , 36, и др. при измерении малой разности фаз). Умноженная в п раз разность фаз (б) с учетом (io) примет вид jbsn / aJfm+nч. (-«н) Поскольку 2Jfn не влияет на измерение разности фаз, а пЧ учитывается при калибровке, то измерение п р однозначно, определяет . Предлагаемьп фазометр обеспечив&ет существенный .экономический эффект, который обусловлен увеличением возможности -миниатюризации, а также расширением частотного диапазона и повышением точнЪсти измерений. Формула изобретения Высокочастотный фазометр, содержащий гетеродасн, индикатор и преобразователь частоты, входы которого являются входами фазометра, а выхода соединены с соответствующими входами двух- усилителей, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повыиения точности измерений, между выходами усилителей и входом индикатора введен умножитель разности фаз, а преобразователь частоты выполнен из двух смесителей, причем диоды одного смесителя по полярности включены встречно соответствующим диодам второго смесителя, а вторые входы смесителя объединены и подсоединеш) к выходу гетеродина. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. М., Энергия, 1969, с. 336-338. 2.Авторское свидетельство СССР № 415605, кл. G 01 R 25/00, 1974.

м.

-

Ф1/г.1