Устройство для измерения разности фаз

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК И 9) (И) А Ь(50 Й 0 АНИЕ ИЭ ет НИЯ рственный тво ССС979. ЗМЕРЕНИЯ783706,тем, что,измеренияеления.устройство СУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ 61) 783706(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИРАЗНОСТИ ФАЗ по авт.св. Ро т л и ч а ю щ е е с яцелью првышения точностипутем однозначногоопредвеличины раэйости фаэ, ввведены блок сравнения ампл третий запоминающий блок, фазовращатель и третий ключ, выход которого подключен к входу первого ключаи выходу фаэовращателя, присоединенного входом к.первой входной шинеи входу третьего ключа, управляющий вход которого подсоединен кдополнительному выходу блока управления, к четвертому входу которогоприсоединен управляющий вход третьего запоминающего блока, гри этоминформационный вход его соединенс третьим выходом коммутатора и первым входом блока сравнения амплитуд,второй вход которого присоединен квыходу третьего запоминающего блока,а выход - к дополнительной выходнойшине,50 Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в различных фазоизмерительныхсистемах СВЧ диапазона.По основному авт.св. Р 78370 б:известно устройство для измерения раэ.ности фаз, содержащее сумматор, выход которого соединен с входом детектора, подключенного к второму входу кОммутатора, к первому входу которого присоединен первый выход блокауправления, второй и третий выходыкоторого подключены соответственно куправляющим входам первого и второгоключей, присоединенных выходами квходам сумматора, а четвертый выход 15блока управления подключен к управляющим входам запоминающих блоков,информационные входы которых сое,цинены с первым и вторым выходами.коммутатора, третий выход которого 0соединен с одним входом вычитающегоблока, соединенного другими выходамивыходами запоминающих блоков и вхо,цами трехполюсного функциональногопреобразователя, выход .которого подключен к одному входу измерителя отно.лений, другой вход которого присое,цинен к выходу вычитающего. блока 1 .Работа известного устройства основана на принципе периодическойпоочередной подаче на детектор входных сигналов и их суммы, запоминания детектированных сигналов и их обработки, в результате которой на выхо,це устройства формируется сигналО ,ц= о соь ц,35 где 0 Эцх - сигнал на выходной шинеустройства,постоянный коэффициент,измеряемая разность фаз 40между входными сигналами.Достоинством известного устройства является независимость выходного сигнала от амплитуды и частоты входных сигналов, однако искомая 45 разность фаз Ц определяется численно по величине выходного сигнала неоднозначно= ф ОГССОб . (1ВьрЭто является недостатком устройства, так как достоверность измерения фазового сдвига в диапазоне 0-360 снижается, становится неоднозначной.Цель изобретения заключается в повышении точности измерения путем однозначного определения величины разности фаз.Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения раз ности фаз дополнительно введены блок сравнения амплитуд, третий запомиьйющий блок, фазовращатель и третий ключ, выход которого подключен к входу первого ключа и выходу фазо вращателя, вход которого присоедийенк первой входной шине и входу третьего ключа, управляющий вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления, к четвертомувходу которого присоединен управляющий вход третьего запоминающегоблокаинформационный вход которогоподключен к третьему выходу коммутатора и первому входу блока сравнения амплитуд, второй вход которого присоединен к выходу третьегозапоминающего .блока, а выход подключен к дополнительной выходной шине.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для измерения разности фаз.Схема содержит сумматор 1, детектор 2, коммутатор 3, блок 4 управления, первый. ключ 5, второй ключ б,первый запоминающий блок 7, второйзапоминающий блок 8, вычитающийблок 9, трехполюсный функциональныйпреобразователь 10, измеритель 11отношений, третий ключ 12, фазовращатель 13, первую входную шину 14,третий запоминающий блок 15, блок 16сравнения амплитуд, дополнительнуювыходную шину 17, вторую. входную шину 18,Сумматор 1 соединен с входом детектора 2, выход которого подключенк второму входу коммутатора 3, к первому входу которого присоединенпецвый выход блока 4 управления,,второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго ключей5 и 6, выходы которых присоединенык входам сумматора 1, а четвертыйвыход блока 4 управления подключенк управляющим входам запоминающихблоков 7 и 8, информационные входыкоторых соединены с первым и вторымвыходами коммутатора 3, третий выход которого соединен с одним входом вычитающего блока 9, другиевходы которого соединены с выходами запоминающих блоков 7 и 8 и входами функционального преобразователя 10, выход которого подключенк одному входу измерителя 11 отношейний, другой вход которого присоединен к выходу вычитающего блока 9,а выход третьего ключа 12 подключенк входу первого ключа 5 и выходу фазовращателя 13, вход которого присоединен к первой входной шине 14и входу третьего ключа 12, управляющий вход которого подключен к дополнительному выходу блока 4 управления, к четвертому входу которого присоединен управляющий вход третьегозапоминающего блока 15, информацйонный вход которого подключен ктретьему выходу коммутатора 3 и первому входу блока 16 сравнения амплитуд, второй вход которого присоеди 1075183где 0 - амплитуда третьего слагае-.мого сигнала на выходекоммутатора 3амплитуды сигналов на выходе коммутатора 3 послепервого и второго циклов,зафиксированные в запоминающих блоках 7 и 8,искомая разность фаз между входными сигналами, 10 ЬЦ - фазовый сдвиг, вносимыйфазовращателем 13,некоторая постоянная изме.рения.Сигнал, равный векторной суммевходных напряжений, поступает черезкоммутатор 3 на информационный входтретьего запоминающего блока 15 и тамфиксируется.В последнем четвертом цикле измерения устройство работает аналогичнотретьему циклу известного устройства.При этом открыты все три ключа 5,6и 12 и на выходе детектора 2 формируется сигнал, равный векторной суммевходных сигналов без дополнительного фазового сдвига, так как фазовращатель 13 закорочен нен к выходу третьего запоминающего, блока 15, выход блока 16 сравнения амплитуд подключен к дополнительной выходной шине 17, а вход .второго ключа б присоединен ко второй входной шине 18.Работа устройства основана на последовательной подаче на детектор 2 входных сигналов, их суммы, а также их суммы при доПолнительном малом фазовом сдвиге одного из входных сигналов. Величина искомой разности Фаз однозначно определяется по сигналам на выходе измерителя 11 отношений и дополнительной выходной шине 17.Измерения производятся в четыре цикла, которые задаются блоком 4.В первом цикле открыты третий и первый ключи 12 и 5 и первый входной сигнал с первой входной шиной 14 . через ключи.12 и 5 поступает через сумматор 1 на вход детектора 2, с выхода которого сигнал, пропорциональныи квадрату амплитуды первого входного сигнала, поступает через коммутатор 3 на информационный вход первого запоминающего блока 7 и там фиксируется.Во втором цикле открыт только второй ключ б и на детектор 2 с шины 18 через ключ б и сумматор 1 поступает второй входной сигнал, который после детектирования оказывается пропорциональным квадрату амплитуды второго входного сигнала. Этот сигнал через коммутатор 3 поступает 35 на информационный вход запоминающего блока 8 и там фиксируется.Указанные два цикла полностью ана логичны первым двум циклам работы известного устройства, .4 ООсновное отличие заключается в третьем цикле работы. В этом цикле первый и второй ключи 5 и б открыты, а третий ключ 12 закрыт. При этом первый входной сигнал с шины 14 45 проходит через фазовращатель. 13, от крытый ключ 5 и поступает на один вход сумматора 1, на другой вход которого поступает второй входной сигнал с шины 18. Сигнал с выхода сумматора 1 поступает на детектор 2 а на третьем выходе коммутатора 3 формируется сигнал, содержащий три слагаемых и равный векторной сумме входных сигналов с шин 14 и 18, с учетом дополнительного фазового сдвига первого сигнала,вносимого включенным фаэовращателем 13. Два слагаемйх равнй соответственно. значениям сигналов 0 и 0 , зафиксированных в запоминающих блоках 7 60 и 8 во время двух предьщущих циклов; а амплитуда третьего слагаемого равна0 = ЯЬ Й, О Сов(У Ьц), (й с 2 ъ.й, О сову, (43где о. - амплитуда третьего слагаемого сигнала на выходекоммутатора 3 во время четвертого цикла измерения.Сумматорный сигнал, полученный во время четвертого цикла измерения с третьего выхода коммутатора 3 по ступает на один вход вычитающего блока 9, на два других входа которого поступают сигналы с запоминающих блоков 7 и 8, при этом в блоке 9 проиеходит вычитаниепервых двух слагаемых суммарного сигнала и на его выходе формируется сигнал, пропорциональный только соз Одновременно преобразователь 10 осуществляет перемножение амплитуды входных сигналов (результаты изм - рения первого и второго циклов) и извлечение квадратного корня из произведения. Этот сигнал постунает на один вход измерителя 11 отношений, на другой вход которого поступает сигнал с выхода вычитающего блока 9, при этом на выходе измерителя 11 отношений появляется окончательный выходной сигнал 0 , О СОб Я, не позволяющий однозначно определить искомый Фазовый сдвиг (Одновременно с этим во время четвертого цикла суммарный сигнал, равный векторной сумме входных сигналов беэ дополнительного Фазового сдвига с третьего выхода коммутатора 3 поступает на второй вход бло" ка 16, на первый вход которого с вы1075183 10 С 05(Ч+Ц - С 05 Ц у О7СО 5(,ЦЯ-С 05 Ц сО,или 20й) Составитель Л.СтаростинаТехред Т,Маточка корректор О. Билак Редактор С.Патрушева Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 492/38 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 хода блока 15 поступает суммарный сигнал, равный векторной сумме входных сигналов с дополнительным Фаэовым сдвигбм и зафиксированный во- время третьего цикла, Оба эти сигнала содержат два соответственно равных слагаемых, пропорциональных квадратам амплитуд входных сигналов, а отличаются только третьими слагаемцми, поэтому разность между ними равна2 ЬСО 5(,Ц ЬСР)-СОЪ(Д 4 О 0. 15) В блоке 16 осуществляется сравнение амплитуд этих суммарных сиг- )5 налов, т.е. фактически определяется следующее В результате сравнения на выходе блока 16 появляется сигнал, который указывает какое из соотношений (б ) или (7)выполняется. Этот сигнал поступает на дополнительную выходную шину 17.Необходимо отметить, что величина вносимого фазовращателем 13 фазо-вого сдвига ЬЦ является малой величиной и соответствует порогу чувствительности блока 16 сравнения амплитуд на граничной частоте, За счет введения фаэовращателем 13 малого фазового сдвига ьЗ 5 и первого входного сигнала обеспечи,вается некоторое приращение самой Функции, причем знак приращения ( выражение (6) и 7 определяется блоком 16. 40Искомая величина разности фаэ оцнозначно определяется по известному знаку этого приращения больше или меньше нуля) и известной величины модуля разности фаэ, который определяется также, как и в известном устройстве, При этом учитывается, что четная функция со 5 убывает и возрастает при значении аргумента 0- 2 и- 2 соответственно.Так если(. с - (8) где ц - искомая разность Фаз,определяемая какВЬкЧ= тагСсо 5и на выходе блока 16 появляетсясигнал, указывающий, что выполняется соотношение (7), т.е.функция убывает, то 0 с ср с н д(угол лежит в 1 квадранте.,Если же на выходе блока 16 сравнения амплитуд появляется сигнал,указывающий, что выполняется соотношение (б), т.е. Функция возрас"тает, то -/,2 с С) с(угол лежитв 1 Ч квадранте )Аналогичным образом, если модульразности фаз лежит в пределах- сф) сЬ (9)то при выполнении соотношения 7)) с ч с 9 ( угол лежит, во 11квадранте), а при выполнении соотг 3,л,сношения (б)с - ьуголлежит в 111 квадранте). Таким образом, по сигналу на выходе блока 16, указывающему знак приращения и известному значению модуля разности Фаэ определяется квадрант, в котором лежит искомый угол,Предлагаемое изобретение обеспечивает работоспособность в широкой подносе частот и широком динамическом диапазоне входных сигналов,Сравнение технических характеристик предлагаемого устройства сизвестным устройством показывает,что техническое преимущество заявляемого устройства заключается вобеспечении однозначного определения измеряемой разности фаз в диапазоне 0-360 ф, В известном устройстве измеренная разность Фаэ определяется неоднозначно, знак плюс илиминус измеряемого Фазового сдвигаостается неопределенным. Этот недостаток известного устройства,снижающий достоверность всего измерения, в заявляемом устройствеустраняется,