Способ измерения разности фаз двух когерентных сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 125755 1 Е 25/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН И" г 1).,аФ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ВТ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССР В 1002980, клС 01 К 25/00, 1983.Авторское свидетельство СССР ,У 1004911, кл. С 01 К 25/00, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ ДВУХ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано при создании фотометров когерентных сигналов с расширенным динамическим диапазоном измерения амплитуд и разности фаз измеряемого сигнала. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых углов, повьппение точности измерения в полосе частот. Устройство, реализующее способ содержит фазовый модулятор, гене. ратор 2 пилообразного напряжения,раэвязывающий блок 3, сумматор 4,амплитудный детектор 5, фазостабильный усилитель 6, фазовращатель 7 на7/2, установочный фазовращатель 9,ограничитель 9, полосовой фильтр 10,нуль-орган 11 и индикатор 12 разности фаз. Модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорнымсигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающего сигналапеременную составляющую. При этомизмеряемый сигнал подвергают линейной фаэовой модуляции с индексом модуляции 2 п. Сдвигают начальную фазу переменной составляющей огибающего суммарного сигнала на 7 /2и выделяют переменную составляющую,частота которой в и раэ ниже частоты огибающей суммарного сигнала. Порасположению моментов перехода черезнуль переменной составляющей относительно фронта фаэомодулирующего напряжения определяют разность фаз когерентных сигналов. 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании фазометров когерентных сигналов с расширеннымдинамическим диапазоном изменения 5амплитуд и разности фаэ измеряемогосигнала, а также при создании измерителей группового времени запаздывания.Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых углов, повьппениеточности измерения в полосе частот.На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства, реализующего предлагаемый способ на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства по предлагаемому способу для случая, когдасдвиг фаз между входными сигналамиравен 90 и п=1, на фиг.3 - временные диаграммы, когда сдвиг фаз также равен 90, но п = 2.оУстройство содержит фазовый манипулятор (например, ЛЕВ) 1, генератор 2 пилообразного напряжения (ГПН),развязывающий блок 3, сумматор 4, амплитудный детектор 5, фазостабильныйусилитель 6, фазовращатель 7 на и /2,установочный фаэовращатель 8, ограничитель 9, полосовой фильтр 10,нуль-орган 11, индикатор 12 разности 30фаэ.Измеряемый сигнал поступает на фазовый модулятор 1, второй вход которого соединен с генератором 2 пилооб, разного напряжения, а выход соединенс входом сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом развязывающего блока 3, на вход которого поступает опорный сигнал.Выход сумматора 4 через последовательно соединенные амплитудный детектор 5, фазостабильный усилитель6, фазовращатель 7 на ь /2, установочный фазовращатель 8, ограничитель9, полосовой фильтр 10, нуль-орган11 соединен с входом индикатора 12разности фаэ, второй вход которогосоединен с выходом генератора пилообразного напряжения.Способ измерения разности фаз двух 0когерентных сигналов заключается втом, что модулированный по фазе измеряемый сигнал складывают с опорнымсигналом, детектируют суммарный сигнал и выделяют из огибающего сигнала 55переменную составляющую, при этомизмеряемый сигнал подвергают линейной фаэовой модуляции с индексом модуляции 27 п, сдвигают начальную фазупеременной составляющей огибающейсуммарного сигнала на ъ /2, выделяютпеременную составляющую, частота которой в и раз ниже частоты огибающейсуммарного сигнала, по расположениюмоментов перехода через нуль которойотносительно фронта фазомодулирующегонапряжения определяют разность фазкогерентных сигналов.Для изменения фазового сдвига когерентных сигналов Ч, и Ч измеряемыйсигнал пропускают через фазовый модулятор 1, который в процессе измеренияуправляется напряжением от генератора 2 пилообразного напряжения с периодом Т.Сигнал при этом модулируется пофазе по линейному закону. Амплитудамодулирующего напряжения устанавливается такой, чтобы поворот фазы в моцуляторе 1 за период Т был равным2 п, В этом случае входной сигнал Чс частотой М, получит прирост частоъты на величину + а , где й" ч - , п- 1,2,3Знак й зависит от направ.ления пилообразного напряжения. Всумматоре 4 входные высокочастотныесигналы интерферируют и на выходеполучают суммарный сигнал с модулированной амплитудой. После детектирования суммы входных сигналов де"тектором 5 на его выходе выделяетсяогибающая с частотой,Г, Начальнаяфаза огибающей строго зависит от соотношения между начальными фазамивходных сигналов. Например, есливходные сигналы Ч 1 и Ч будут синфазны, то огибающая всегда будет начинаться в точке максимума, есливходные сигналы в противофазе, тоогибающая всегда начнется в точкеминимума,1Экстремальные точки синусоидаль-,ного сигнала неудобны для фиксацииих временных моментов, поэтому усиленный сигнал промежуточной частотыв усилителе 6 сдвигается по фазе на/2, В этом случае при синфаэныхвходных сигналах начальная фазапромежуточной частоты всегда будет.соответствовать моменту нулевых переходов. Эти точки удобно взять зануль отсчета. Для калибровки электрической длины каналов служит регулируемый фазовращатель 8. При подведении на оба входа одновременно од1257557 10 ного из сигналов Ч, либо Ч Фазовращателем 8 устанавливается нулевоепоказание фазового индикатора 12.Для выделения переменной составляющей, частота которой в 2 п раз нижечастоты огибающей суммарного сигнала, в тракте имеется ограничитель 9,подвергающий сигнал двустороннемуограничению, и полосовой фильтр 10,настроенный на требуемую частотусинусоидального сигнала, начальнаяфаза которого при этом соответствует начальной фазе промежуточнойчастоты Я . Нуль орган 11 вьделяетмоменты перехода вьделенного сигнала 15через нулевые точки.Временное положение заднего фронта пилообразного модулирующего сигнала и сигнала из нуль-органа 11 жестко привязано к разности фаэ входных 20когерентных сигналов Ч и Ч, Например, когда входные сигналы находятся в фазе, то фронт пилообразного напряжения и момент перехода гармоники через нуль совпадают во вреОмени, когда сдвиг фаз равен 360 , то1 фронт пилообразного напряжения имомент перехода гармоники через нульразнесены на время, равное времениодного периода промежуточной частоты.30Между двумя поочередными переходамигармоники через нуль вкладывается ипериодов промежуточной частоты, следовательно, индикатор 12 разности Фазможет измерять разность фаз, соотоветствующую п 360.На временных диаграммах работыустройства, реализующего способ измерения сдвига фаз (Фиг. 2 и 3) изображены: а - линейно нарастающий фаэомодулирующий сигнал, б - огибающаясуммарного сигнала на выходе детектора в - огибающая, фаза которой до 3ополнительно сдвинута на 90; г - минус 2 п гармоника, д - моменты нулевык 45переходов сигнала гармоники, е - относительное временное положенце фронта пилообразного напряжения и моментанулевого перехода сигнала гармоники.Интервал с с =Б Ь соответствует сдвигу фаз между входными сигналами на 90 . Как видно из диаграмм,оможет изменяться в границах междудвумя нулевыми переходами гармоники,осоответствующих 360 (фиг. 2 б,г). Нафиг. 3 (б. г) эти границы расширены доо360 и, т.е. до 760 С для п=2,4Укаэанный интервал может быть измерен с высокой точностью любым циф-ровым измерителем интервалов, показания которого выражены в угловых единицах и который может быть использован в качестве индикатора 12 разностА фаэ. Способ измерения сдвига фаз когерентных сигналов простыми средствами . позволяет сохранить преимущества гетеродинных фазометров, отказаться от: стабильного гетеродина и расширитьо диапазон измеряеих углов до и 360 ., При этом повышается точность измерения и стабильность во времени за счет того, что нет необходимости в резонансном усилителе для вьделения промежуточной частоты, а также за счет того, что фазосдвигающие узлы работают на одной стабильной,промежуточной частоте и их параметры не зависят от входной частоты. По сравнению с известными предлагаемый способ позволяет также повысить точность измерений эа счет замены амплитудных измерений временными, позволяющими также вести автоматическую цифровую обработку и запись результатов измерения. Формула изобре тения Способ измерения разности фаэ двух когерентных сигналов, заключающийся в том, что модулированный по Фазе измеряемый сигнал складывают с опорным сигналом, детектируют суммарный сигнал и вьщеляют из огибающей суммарного сигнала переменную составляющую, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых разностей фаэ, повышения точности измерений фазового сдвига в широкой полосе частот, измеряемый сигнал подвергают линейной Фазовой модуляции с индексом модуляции оп, сдвигают начаЛьную фа-., зу переменной составляющей огибающей суммарного сигнала на Ф /2, выделяют переменную составляющую, частота которой в 2 п раз ниже частоты огибающей суммарного сигнала, расположение моментов перехода через нуль которой относительно фронта фаэомодулирующего напряжения характеризует разность фаз двух когерентных сигналов.а зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 913/43 ВНИИ и 113035, Тираж Государстве елам изобре сква, Ж, 728 Подписноного комитета СССРений и открытийРаушская наб д. 4/5