Радиоимпульсный фазометр

(и) 567)4 Союз СоватскикСоциалистическиРеспублик ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУб 1) Дополнительное к авт. свид-ву22) Заявлено 16.12.75 (21) 2199072/21 л "1 Р 25,0 с присоединением заявкиосур,врстеенны кокитеСовета Инннстров СССРОо долам ноооРетенйи откРитнй летепь28 53) УДК 621.317,37(72) Авторыизобп стен ия(71) Заявитель Н. С. Жилин и В, А. Майстренкоомский институт автоматизированных систем упи радиоэлектроники ения МПУЛЬСНЫ 14 ФАЗОМЕТ(54) РА обретение отн разности фаз использовано системах в ка пия быт ых ка. 23) ПриоритетОпубликовано 30.07.77. Б Чата опубликования опи сится к технике измерерадиосигналов и может в радиотехнических фазоестве индикаторного блоИзвестны фазометры, содеркашне в каждом из каналов последовательно соединенные входное устройство и смеситель, выход которого связан с фазоиндикатором, причем гетеродинные входы смесителей подключены к подстраиваемому генератору, общему для обоих каналов.Недостаток этих фазометров - низкая точность измерения разности фаз между высокочастотными заполнениями радиоимпульсных сигналов большой скважности и моноимпульсных радиосигналов малой длительности.Цель изобретения - повышение точности измерения фазовых сдвигов между высокочастотными заполнениями радиоимпульсных сигналов большой скважности и моноимпульсных радиосигналов малой длительности, а также повышение быстродействия фазометра.Это достигается тем, что фазометр, содержащий два входных блока, два смесителя, два измерительных канала, соединенных своими первыми входами со смесителями, а выходами - с фазоиндикатором, снабжен двумя линиями задержки, амплитудным детектором, усилителем-ограничителем и опорным генератором, причем выход п рвого и второго входных блоков присоединены соответственно через первую и вторую линии задер;кки к первым входам первого и второго смесителей, 5 выход первого входного блока через последовательно включенные амплитудный детектор и усилитель-ограничитель присоединен к вторым входам каналов, выход опорного генератора подключен к третьим входам каждого из 0 двух каналов, выход каждого из каналов присоединен соответственно к тетеродинному входу первого и второго смесителей; каждый из измерительных каналов содержит первый и второй фазовые детекторы, фазовращатель, 5 пороговое устройство, подстрапвасмый генератор, управляющий элемент, ключ управления, запоминающее устройство, формирователь управляющего напряжения и сумматор, причем пеовые входы первого и второго фазо вых детекторов соединен, а выход первогофазового детектора через клоч управления и запоминающее устройство подключен к первому входу сумматора, второй гход которого через последовательно включенные формиро ватель управляющего напряжения и пороговое устройство присоединен к выходу второго фазового детектора, второц вход которого подсоединен к выходу фазовращатсля, выход сумматора через управляющий элемент под 0 ключен к входу подстраивагмого генератора.5 10 15 20 25 ЗЭ 35 40 45 50 55 65 65 На чертеже приведена блок-схема предлагаемого радиоимпульсного фазометра.Фазометр содержит входные блоки 1 и 2, линии 3 и 4 задержки, смесители 5 и 6, фазо,вый детектор 7 первого канала, фазовый детектор 8 второго канала, ключи 9 и 10 управления, запоминающие устройства 11 и 12, сумматоры 13 и 14, управляющие элементы 15 и 16, подстраиваемые генераторы 17 и 18, фазовый детектор 19, пороговое устройство 20, формирователь 21 управляющего напряжения, фазовый детектор 22, пороговое устройство 23, формирователь 24 управляющего напряжения, опорный генератор 25, фазовращатели 26 и 27, амплитудный детектор 28, усилитель-ограничитель 29, фазоиндикатор 30.Фазометр выполнен по симметричной двухканальной схеме. Смеситель, фазовый детектор, ключ управления, запоминающее устройство, сумматор и подстраиваемый генератор с управляющим элементом образуют в каждом из каналов следящую фазовую систему (СФС), Петля СФС замыкается ключом на время действия входното радиоимпульса, а в момент его отсутствия она размыкается, и запоминающее устройство сохраняет неизменным напряжение на управляющем элементе, а следовательно, частоту и фазу подстраиваемото генератора. Управление работой ключа управления осуществляется передним и задним фронтами видеоимпульса, сформированного из входного радиоимпульса одного из каналов цепью, состоящей из входного устрой-, ства, амплитудного детектора и усилителя- ограничителя.Радио импульсы, между высокочастотными запоминаниями которых необходимо измерить фазовый сдвиг, через входные блоки 1 и 2, линии 3 и 4 задержки поступают на вход смесителей 5 и 6. На гетеродинный вход смесителя каждого из каналов подаются сигналы с соответствующих подстраиваемых генераторов 17 и 18, а с выходов смесителей сигналы промежуточной частоты следуют на входы фазовых детекторов 7, 19 в первом канале и детекторов 8, 22 во втором канале, На вторые входы фазовых детекторов 7 и 8 поступает сигнал опорного генератора 25 непосредственно, а на фазовые детекторы 19 и 22 через фазовращатель, осуществляющий сдвиг фазы опорного генератора на л/2,Устройство коррекции первоначальной расстройки частоты подстраиваемых генераторов позволяет подстройкой получить промежуточную частоту на выходе смесителя 5 (6), близкую к частоте опорного генератора 25, а следовательно, обеспечить работоспособность СФС.Выходные сигналы детекторов 7 и 8 поступают через ключи 9 и 10 на запоминающие устройства 11 и 12, которые могут представлять обычную емкость. Напряжение с выхода запоминающих устройств 11 и 12 поступает на сумматоры 13 и 14 напряжений, на второй вход каждого из которых поступает сигнал с выхода соответствующего формирователя 21, 24 управляющего напряжения, Уровень напряжения каждого сумматора определяет величину емкости варакапов, используемых в качестве управляющих элементов 15 и 16, а следовательно, частоту и фазу сигнала подстраиваемых генераторов 17 и 18. Сигнал с выхода каждого подстраиваемого генератора 17 и 18 поступает на гетеродинный вход соответствующего смесителя 5 и 6, и при замкнутом ключе 9 и 10 в каждом из каналов образуется СФС, которая отрабатывает начальную расстройку частот й на входе детекторов 7 и 8 в режиме захвата при косинусоидальной характеристике фазового детектора по формулер = агссоз 2/йу,где Ун: пр - /огЙ, - полоса удержания системы;ру - установившееся значение систематической фазовой погрешности.Фазовая погрешность сру может быть устранена устройством коррекции начальной настройки частоты в процессе измерений.Разность фаз входных сигналов блоков 1 и 2 и сигнала генераторов 17 и 18 при Ь,=О отрабатывается в первом приближении по за- кону Ьр(г) = , ехр - Р(р) й,фгде ро - начальная разность фаз входного сигнала и подстраиваемого генератора;Р(сро) - производная характеристика фазового детектора в рабочей точке сро,Лр= - - И - значение разности фаз в2 установившемся состоянии.Основным требованием к СФС в предлагаемом фазометре является следующее требование к быстродействию уст ,игде т - длительность входных радиоимпульсов;гу, - время, в течение которого переходный процесс в системе практически заканчивается, Например, р/: усуО 02 РадВ результате отработки СФС разности фаз входного радиоимпульса и подстраиваемого генератора 17 и 18 на выходе фаза непрерывных гармонических колебаний с некоторой погрешностью Лср равна фазе входного радио- импульса соответствующего канала.Погрешность Ьср складывается из погрешности Лср(1)/=т, и фазовой погрешности, вносимой входным устройством и смесителем, причем последние составляющие при соответствующемподборе элементов в каналах на выходе фазометра компенсируются.По окончании радиоимпульса ключи управления разрывают цепи СФС, а запоминающие устройства сохраняют тот уровень напряжения, который был на них к моменту окончания радиоимпульса, и, следовательно, частота и фаза подстраиваемых генераторов 17 и 18 остаются неизменными в течении времени Т, равного периоду следования радиоимпульсов,5 10 15 20 25 ЗЭ 35 40 45 50 55 60 65 5Разность фаз непрерывных гармонических колебаний на выходе подстраиваемых генераторов может быть измерена с высокой точностью серийно выпускаемыми приборами.В случае, если начальная фаза радиосигнала не меняется от импульса к импульсу, то усреднение может производиться за длительныи период времени, определяемый требуемой точностью измерений, в противном случае разность фаз непрерывных колебаний с выхода генераторов 17 и 18 должна быть измерена за время Т, которое при больших скважностях радиоимпульсных сигналов значительно больше длительности радиоимпульса т,.В предлагаемом фазометре измерение разности фаз, сигналов с выходов подстраиваемых генераторов 17 и 18 осуществляется в блоке, состоящем из последовательно соединенных формирователя измерительного импульса и индикаторного устройства. Линии 3 и 4 задержки введены для того, чтобы скомпенсировать задержку видеоимпульса в цепи, состоящей из амплитудного детектора 28 и усилителя-ограничителя 29, так как в случае несовпадения времени прихода и окончания радиоимпульса с моментами открывания и закрывания ключей 9 и 10 могут возникнуть значительные погрешности измерения за счет изменения уровня напряжения на запоминаю,щих устройствах 11 и 12.Кроме тото, дополнительная цепь предлагаемого радиоимпульсного фазометра, состоящая из фазового детектора 19 (22), порогового устройства 20 (23) и формирователя 21 (24) управляющего напряжения, связывает выход смесителя 5 (6) с вторым входом сумматора 13 (14). Второй вход фазового детектора 19 (22) через фазовращатель 26 (72) связан с выходом опорного генератора 25. Эта цепь предназначена для вывода СФС из мертвой зоны, т, е. с участка характеристики фазового детектора 7 (8), соответствующего точке неустойчивого равновесия. На сумматор 13 (14) во время радиоимпульса поступает напряжение с выхода формирователя 21 (24) управляющего напряжения, не равного нулю лишь тогда, когда разность фаз на входе фазового детектора 7 (8) соответствует точке неустойчивого равновесия, так как в этом случае напряжение на выходе фазового детектора 7 (8) близко к нулю, а напряжение на выходе фазового детектора 19 ( 22) близко к максимуму. Выбором уровня порогового напряжения можно обеспечить запуск формирователя 21 (24) управляющего напряжения лишь на время, когда СФС находится вблизи точки неустойчивого равновесия. Уровень сигнала с выхода формирователя управляющего напряжения таков, что позволяет осуществить скачок фазы сигнала подстраиваемого генератора 17 (18) такой величины, что СФС выйдет из мертвой зоны. При этом сигнал с выхода фазового детектора 19 (22) станет меньше порогового значения, так как СФС будет стремиться в точку устойчивого равновесия,и при этом сигнал с выхода фазового детектора 19 (22) будет всегда ниже порогового уровня, При всех других значениях фазовых расстроек на управляющий элемент 15 (16) поступает сигнал с выхода фазового детектора 7 (8). Для идеализированной системы ФАПЧ при 0=0 и косинусоидальной характеристике фазового детектора время переходного процесса определяется по формуле= -- А,й,О, 00436где А=1 п1 д(45 +у 2)Таким образом, введенная цепь позволяет добиться значительного повышения быстродействия, если ее постоянная времени значительно меньше времени СФС.Предлагаемая СФС существенно отличается от известных схем импульсно-фазовой автоподстройки частоты как связями, так и составом элементов,Предлагаемый фазометр способен р а ботать при малом числе периодов высокой частоты за длительность радиоимпульса т. Кроме того, предлагаемый фазометр позволяет измерять разность фаз двух радиоимпульсов с длительностями на порядок и более меньшими, чем минимальная длительность сигналов у прототипа.Экспериментально исследованный макет фазомегра на частоте, несущей 150 МГц, обеспечил длительность 0,2 мксек при скважностях 100 - 1000 с точностью не хуже 0,8, а переброс системы из зоны 5 относительно точки неустойчивого равновесия уменьшает время переходного процесса в 4 - 5 раз. Формула изобретения1. Радиоимпульсный фазометр, содержащий два входных блока, два смесителя, два измерительных канала, соединенных своими первыми входами со смесителями, а выходами - с фазоиндикатором, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, он снабжен двумя линиями задержки, амплитудным детектором, усилителем-ограничителем и опорным генератором, причем выход первого и второго входных блоков присоединены соответственно через первую и вторую линии задержки к первым входам первого и второго смесителей, выход первого входного блока через последовательно включенные амплитудный детектор и усилитель-ограничитель присоединен к вторым входам каналов, выход опорного генератора подключен к третьим входам каждого из двух каналов, выход каждого из каналов присоединен соответственно к гетеродинною входу первого и второго смесителей.2. Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый из измерительных каналов содержит первый и второй фазовые детекторы, фазовращатель, пороговое устройство, подстраи567149 Составитель П. Лягнидактор Е. Караулова Техред М. Семенов Корректор Е. Хмеле Заказ 1843/20ЦНИ Изд.606И Государственного комите по делам изобретении 113035, Москва, Ж.35, Ра 1 Тирак 109Совета Миниоткрытийская наб., д, 4 одписно ов ССС Типография, пр. Сапуно ваемый генератор, управляющий элемент, ключ управления, запоминающее устройство, формирователь управляющего напряжения и сумматор, причем первые входы первого и второго фазовых детекторов соединены, а выход первого фазового детектора через ключ управления и запоминающее устройство подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через последовательно включенные формирователь управляющего напряжения и пороговое устройство присоединен к выходу второго фазового детектора, второй 5 вход которого подсоединен к выходу фазовращателя, выход сумматора через управляющий элемент подключен к входу подстраиваемого генератора,