Цифровой фазометр

(19) Ш) 01 К 25/08 ВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ГОСУД ПО ДЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ У 8(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может вано в сверхчастотных м радиоприемных устройств фазометр содержит синус но-Фазовый детектор 1,быть использо ногоканальных ах. Цифровой ный амплитудкосинусные ам(56) Патент США 9кл. 364-460, 1974Авторское свидВ 1019356, кл. С плитудно-фазовые детекторы 2,3, коммутаторы 10, 11, компараторы 7,8,усилители 4,5, усилитель-сумматор 6,инвертор 9, блок 12 сравнения, аналого-цифровой преобразователь 13 и запоминающий блок 14. Синусный и косинусный амплитудно-Фазовые детекторы1-3 выполнены в едином корпусе (резонаторе) по схеме балансного смесителя на высокодобротных полосковыхнаправленных ответвителях с доработкой, которая обеспечивает замкнутуюцепь для постоянных составляющих диодных токов, зависящих от разностиисследуемых сигналов. Цифровой Фаэометр имеет повыщенную точность измерения сдвига Фаз. 3 ил.Изобретение относится к техникеизмерения параметров сигналов, в частности разности фаз двух сигналов,и может быть использовано в сверхчас 5тотных многоканальных радиоприемныхустройствах.Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз за счетустранения погрешностей измерения, 10связанных с колебаниями амплитудывходных сигналов.На фиг.1 изображена структурнаясхема цифрового фазометра; на фиг.2электрическая схема амплитудно-фаэовых детекторов; на фиг.3 - эпюры сигналов, поясняющие работу цифровогофаэометра.Цифровой фазометр (фиг.1) содержит синусный амплитудно-фазовый детектор (АФД) 1, первый 2 и второй 3косинусные амплитудно-фазовые детек. торы, первый 4 и второй 5 усилители,усилитель-сумматор 6, первый 7 и второй 8 компараторы, инвертор 9, первый 1 О и второй 11 коммутаторы, блок12 сравнения, аналого-цифровой преобразователь 13 (АЦП) и запоминающийблок 14. Синусный 1, первый косинусный 2 и второй косинусный 3 АФД своими первыми и вторыми входами соеди-.нены соответственно с первым и вторымвходами цифрового фазометра. Выходсинусного АФД 1 соединен с входомпервого усилителя 4, выход которогосоединен с первыми входами первого10, второго 11 коммутаторов и компаратора 7, выход которого связан свторым входом блока 12 сравнения, спервым входом запоминающего блока 14 40и через инвертор 9 с управляющим входом первого коммутатора 10, выход которого соединен с первым входои второго компаратора 8. Выход первого ко"синусного АФД 2 соединен с первымвходом усилителя-сумматора 6 и с входом второго усилителя 5, выход которого соединен с вторыми входами первого компаратора 7, первого 10 и второго 11 коммутаторов, выход которогосоединен с первым входом АЦП 13, Выход второго косинусного АФД 2 соединен с вторым входом усилителя-сумма" тора 6, первый выход которого соединен с вторым входом АЦП 13, а второй выход - с вторым входом второго ком 55 - паратора 8, выход которого соединен с третьим входом запоминающего блока 14 и с первым входом блока 12 сравнения, выход которого связан с управляющим входом второго коммутатора 11 и с вторым входом запоминающего блока 14, многоканальный вход которого связан с многоканальным выходом АЦП 13, а многоканальный выход - с многоканальным выходом цифрового фазометра.АФД 1 - 3 (фиг.2) выполнены в едином корпусе (резонаторе) по схеме балансного смесителя на высокодобротных полосковых направленных ответвителях с доработкой, которая обеспечивает замкнутую цепь для постоянных составляющих диодных токов, зависящих от разности 4 с 1 исследуемых сигналов.В АФД предлагается к средним точкам шлейфов (согласно фиг.2) подсоединить индуктивности 1., и 1,.Цифровой фазометр работает следующим образом.Для АФД 1 - 3 подбирают детекторы СВЧ-диоды с приблизительно одинаковыми вольт-амперными характеристиками и, подавая на входы фазометра контрольные сигналы, выравнивают между собой значения максимумов напряжений на выходах согласующих усилителей 4 и 5 и усилителя-сумматора с помощью встроенных в них подстроечных элементов. При работе фазометра разности фаз СВЧ-сигналов на его первом и втором входах без предварительного усиления и ограничения преобразуются высокодобротными АФД 1 - 3 в напряжения по следующим зависимостям;Бз;= Б,( + я 3 п 4);Пасов П О( соя) 1 (2) Ус я = УГ + соя(бар+180), (3)где 11,;, БсоП сов напряжения на выходах соответственносинусного, первогои второго косинусныхАФДБо - максимальное значе-.ние выходного напряжения АФД при д= О,С выходов синусного АФД 1 и первого косинусного АФД 2 напряжения поступают соответственно на входы согласующих усилителей 4 и 5. С выходасогласующего усилителя 4, коэффициентусиления которого К напряжение 11,первые входы компаратора 7, коммутаторов 1 О и 11, С выхода согласующего усилителя 5, коэффициент усилениякоторого К , напряжение 1 = КУ1 СОЗ 5(см.фиг, За) поступает на вторые входыкомпаратора 7, коммутаторов 10 и 11.Компаратор 7 в результате напряженийБ, и Б Формирует бинарный (логический) сигнал (Фиг.Зб), который поступает на второй вход блока 12 сравнения, на первый вход блока 14,а также через инвертор 9 на управляющих вход первого коммутатора 10, который в зависимости отуровня сигнала на своем управляющемвходе подключает меньшее из напряжений Б Б к первому входу второгокомпаратора 8 (диаграмма выходногонапряжения первого коммутатора 1 Оизображена на Фиг,Зв сплошной линией),Напряжения с выходов первого 2 ивторого 3 косинусных АФД суммируютсяи усиливаются в сумматоре-усилителеб в соответствии с выра -киемБ - = К Б (1 + сов 4) + П++ сов(Лу+ 180 )3 р (4)30К с - коэффициент усиления;Б - напряжение на выходе сумматора-усилителя 6 (фиг.Зе).С первого выхода суматтора-усилителя 6 напряжение ц. в качестве опор ного поступает на второй вход АЦП 13 а с второго выхода сумматора-усилителя 6 напряженке 11 = 0,150 (диаграмма изображена на Фиг.З в пунктир-, ной линией) - на второй вход второго компаратора 8, который в результате сравнения напряжений на своих входах формирует второй бинарный (логический) сигнал (фиг.Зг), С выхода второго компаратора 8 второй бинарный сиг нал поступает на первый вход блока 2 сравнения. В зависимости от сочетания высоких и низких (нулевых) уровней двух бинарных сигналов на своих входах блок 12 сравнения на сьоем выходе формирует управляющий логический сигнал (фиг.Зд), который поступает на управляющий вход второго коммутатора 1 к второй вход блока 14. В зависимости от уровня логического сигнала на своем управляющем входе второй коммутатор 11 подключает одно кз напряжений П, Ц на своих первом и втором входах к первому входу АЦП 13 в качестве сигнального.Диаграмма напряжения на выходевторого коммутатора 11 изображена нафиг.Зж. Как видно из диаграммы, напряжение, предназначенное для преобразования в цифровой код, представляет собой синусно-косинусную функцию измеряемой разности фаз приблизительно линейную на кратно чередующихся участках в 90.АЦП 13 преобразует в цифровой коданалоговое напряженке на своем первомвходе относительно опорного напряжения П на своем втором входе. Изформулы (1) - (4), а также из равенства коэффициентов усиления К К,и К между собой следует, что в каждый текущий момент времени работы фазометра величина П определяет значениямаксимумов П,и Б. Йапряжение Б, достигает своего максимума при ау = 90а ц - при л= О (фиг. За) . Таким образом, при использовании напряженияУ в качестве опорного в АЦП 13 становится возможным одновременное нормирование и преобразование в цифровойкод напряжения на выходе второго коммутатора 1, зависящего как от амплитуд, так и от разности фаз сигналов на .входах фазометра. При нормированииисключается нежелательное влияние амплитудных флуктаций исследуемых сигналов на измерение Л ц,Цифровой код, зависящий от д, смногоканального выхода АЦП 13 поступает на многоканальный вход запоминающего блока 14, который решаетфункцию агсзп щ кли агссоз л ц в зависимости от сочетания логическихсигналов на своих первом и втором входах. Эпюра напряжения на первом входе АЦП 13 (фиг.Зж) показывает, что одному значению этого напряжения соответствует четыре значения разностей фазц . Устранение данной неоднозначности производктся путем анализа в блоке 14 пос;упающих бинарных (логических) сигналов. На Фиг.Зз изображены зависимости среднеквадратических ошибок измерения разности фаз, полученных при аналитическом рассмотрении прототипа (злюра 1) и при экспериментальном исследовании предлагаемого цифрового фазометра (эпюра 2). Как видно из фиг.Зз, предлагаемое схемное решениена частотах вьппе 2,3 ГГц дает выигрышв точности более чем в два раза. Формула изобретенияЦифровой фаэометр, содержащий си 5 нусный и первый косинусный амплитудно-Фаэовые детекторы, первый усилитель, первый коммутатор, последовательно соединенные первый компаратор, 10 инвертор и второй коммутатор, а также аналого-цифровой преобразователь, информационные выходы которого через запоминающий блок соединены с выходами фазометра, о т л и ч а ю щ и й с я 15 тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй косинусный амплитудно-фазовый детектор, второй усилитель, усилитель-сумматор, второй компаратор и блок сравнения, при этом 2 О первые и вторые входы всех амплитудно-фазовых детекторов соответственно объединены и являются первым и вторым входами Фазометра выход синусного амплитудно-фазового детектора через последовательно включенные, первый усилитель и первый коммутатор соедииены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с первым выходом усилителя-сумматора, выход первого косинусного амплитудно-фазового детектора непосредственно соединен с первым входом усилителя-сумматора, а через второй усилитель - с вторыми входами первого компаратора и первого и второго коммутаторов, выход последнего через последовательно включенные второй компаратор и блок сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатора и первым входом запоминающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а третий вход запоминающего блока объединен с вторым входом блока сравнения и входом инвертора, выход второго косинусного амплитудно-фазового детектора соединен с вторым входом усилителя-сумматора, второй выход которого соединен с вторым входом второго компаратора, первые входы первого ивторого коммутаторов объединеныс выходом первого усилителя,1377766 ос тавитель ед И.Дидык и ектор В, Гирн каз 86741 Тир ое ород,приятие роектиа едактор Е. Копч НИИПИ Госупо делам13035, Мос Производственно-полиграфиче Подписи СС,СРйаб д,4 венного комит етений и откр Ж"35, Раушска