Способ преобразования и измерения фазового сдвига в широком диапазоне частот и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 4 С 01 К 25 00 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ стандартизаОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ШИРОКОМДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к технике электрорадиоизмереций и служит для расширения диапазона частот иповышения точности измерения фазовых сдвигов. фазовый сдвиг междувходными напряжениями (ВН) преобразуют в фазовый сдвиг между цапряжепнями низкой частоты, Одно из цихполучают путем перемножения ВН измерительного и опорного каналов пробразования частоты и выделения изрезультата перемножения максимальной из низких частот. При этом ВНрасщепляют ца две квадратурные составляющие, каждую из которых балансцо модулируют (БМ) соответствующими низкочастотными напряжениями,также находящимися в квадратуре. Рэультаты БМ суммируют, вновь расщепляют на две квадратурные составляющие, каждую иэ которых снова БМсоответствующими низкочастотныминапряжениями, также находящимися в1381405 квадратуре, результаты Б сцовасуммируют, и эту Операцию в обоихкацалах преобраэовацил частоты повторяют це менее двух раэ. Устройст"Во, реализующее способ, состоит цзэ.рцтсльцогои опорного 2 кацало 3 преобразования частоть, включающих Фаэорасщепите:и 31 (1)Зп(т) и 30(1)ЗО(п) балансные .0,уЛЛ 0 р 4 П е 4 П(2 В) И 40(1) е вИобретение оИОГтся к техтике Э ,: К 1 1,;ИО 3 .ЕВ та С ЛОСТИтЛПКЕ Э.Сот.3 ття "3 СДВГВ Фаэ 1 ИтОКОМ;та:3 ОИЕ ЧаС 1 от, И МОЖЕТ быть испольэовацо црц создании Фазо И:1.трцст;ИЫХ ",Срттцс"т ЛОВ:тщсццО 1 э" е ктит т 0 с иел 1 из Обретения - р 1 стпрецие ДцатаэОа аСОТПОЛЫЩЕЦИЕ ТОЧНО СТИ ПЭМЕРЕт Л . ЭОВ Х СптЦГОВ ПУТЕМ У; ;твшсПЛ 3 Р ЭОСтц ЦЭ-Эа ЦСДОС ВТОт 30 О Ода 3 с СГца 51 а т 3 ЭЕр а 1 ьцо каца 1 с,.усос способа преобразованияИ ЭЕ Р Е т т т Л С Л ВГ,т. та Э Д 3 3Х Ст 5 Г О ЦДЛЛЬвХ ЦаРЛЖЕЦИП В тЦРОК 1 ДиалаЭОЦЕ ЧаСТОТ СОСТОт 53 10"1"ТО Фаэо 3 ЬЛ СДВ. Еттт;У СОДЦПР 5 ЖЕЦИ 5 и преотраэуя Г 3 1)аэт Вл сдеИГ межППЛЖ:цчт тЭ 5,0ЧасОЩ3 ОДНО 3 КОт ОтХ О тУЧ г"ТУютМ ПЕЕ МЦО Ж:. т 5 ккт 3 Ик цацр:".си и;3 МЕрцт Иного т 01 орпогтт каца Ов преобттс 1 ЭОВаИ 5 сС 1 , ВЬЕ, ЕЦЯ 1 ЭСЭУЬ тс а Ц 1 т. 3 ПОЖЕЦ 5 таКСМЛ 1 Ь Етой тз т 3 К тт Ч ПС ТОТ р РЧЛ . В ХОкс авэ е пя В и:3 тор т етт Оопорно киалак преобраэоиацгл частоты раст", и лют ца две квадратурцые соста тяющис, кажлую цэ которых баЛа:СЦО МО;ЛУ,тцГЮТ СООСТСтВУЮЩИМИ пэко"асотци напряжениями, так же цаходлтикцся В квадратуре, результаты балацсцой модуляции суммируют, снова рясцепляют ца две квадРаТУт .Е СО С Та 3 ЛЛЮЩЦЕ 5 КажДУЮ Иэ КО тоых сцова ба.ттзцсцо модулируют СООТтЗЕТСТ 5 Утэт;И.П ЦИЗКОЧаСтОтцЫМИ На" прл;ецц 1 и, также находящимися в к 3 а д 3т"ур е, р е э ",ь т а 1 в 6 а л а н с ц О Й 4 о(2 п), сумматоры 5 п(1)5 п(п)и 5 о(1)5 о(тп) напряжения, Крометого, устройство содержит формирователь 6 квадратурных и опорного на"пряжений, фазометр 7 и перемножитель с Фильтром. При реализации технического решения уменьшаются погрешности иэ-эа недостаточного подавления сигналов в зеркальном канале, 2 с.п. Ф-лы, 1 ил. модуляции снова суммируют, и зтиОперации в обоих каналах преобразования частоты повторяют це менеедвух раэ.Па чертеже представлена структур"цал схема Фаэоиэмерительцого устройства, осуществляющего способ,Устройство содержит измеритель 10 ный канал 1 преобразования частоты,опорный канал 2 преобразования частоты, широкодиапаэонцые Фазорасщепцтели Зп(1)-Зп(ш), Зо(1)-Зо(п),балацсцые модуляторы 4 п(1)-4 п(2 щ),5 А 0(1)-4 о(2 п), сумматоры 5 п(1) -5 п(тп),5 о(1) -5 о(п) напряжений, Формирователь б квадратурцых и опорного напряжений, Фазометр 7, перемцожитель 8 с фильтром.20 Устройство работает следующимобразом,Исследуемые напряжения т и3,(с) одинаковой частоты и , значеце которой может задаваться в широ 25 ком диапазоне частот, а угол сдвигафаз между которыми с 3 подлежит измеренио, например,П = соэ( иС +Ч) ь(г.) = совы,30в широкодиапаэонных Фазорасщепителях Зц(1) и Зо(1) измерительного и опорного каналов преобразования частоты (ПЧ) преобразуются в две пары квадратурцых составляющих35 П(С) = сов(ыС +Ю,)1 П = В"Ь М 1 П (С) = соаиС40 . ( г.) в 1 пас(или 7 ),111 о 30ЕраАЗ 2Дацць 1 ц способ преобразования Фазового сдвига позволяет существенно повысить точность средств измерений угла сднига фаэ прц работе в широком диапазоне частот. Формула изобретения 1, Способ преобразования и изме рецця Фазового сдвига в широком диапазоне частот, в саотнетств 1 гц с кото. рым фазон 1 п 1 сдвиг между входными напряжениями преобразу 1 от н фазовый сдвиг между опорным напряжением низкой фиксцроваццай частоты и выходным измерительным напряжением этой же частоты, полученным в результате перемножения двух цапряжеццй, сформированных в каналах преобразования частоты иэ вход 17 ых напряжений, причем полученцый Фазовый сдвиг измеряют, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельо расширения диапазона частот и повышения точности измерения входные напряжения в измерительном и опорном каналах преобра" завания частоты расщепляют на две 50 квадратурцые составляющие, каждую Диапазон частот, в котором можЕт 4 ункциацировать данное устройство,5 определяется в основном рабочим диапазоном частот используемых в нем Фазовращателей. Поскольку перекрытие диапазона частот современных Фазовращателей, т.е. отношение верхнего значения рабочей частоты к нижнему значению, может дос гигать сотен и даже десятков тысяч, та очевидно, что данный способ позволяет во много раэ расширить диапазон частот.Следует отметить, что если использовать в данном устройстве простейшие Фазорасщепителц, а число преобразований частоты в каждом канале ПЧ20 выбрать равным 3, та в дцапазоце частот от 1 О Гц до 10 кГц (перекрытие по частоте равно 1000 раз) пагре 1 пность измерения, обусловленная фазовай погрешностью преобразования, це превысит из которых балансцо модулируют низкочастотными напряжениями, такженаходящимися в квадратуре, результаты балансцой модуляции суммируют,снова рас 1 цепляют на две кнадратурныесоставляющие, каждую из которых снова балансно модулируют низкочастотными напряжениями, находящимися вквадратуре, результаты балансной мо"дуляции снана суммируют, зти операции в измерительном канале преобразования частоты выполняют п 1 раэ(1 п = 2,3,4 .), а н опорном " ираэ (и = 2,3,4, в частном случаещ=п), причем квадратурный сдвиг Фазнизкочастотных модулирующих напряжений осуществляют таким образом, чтобы смещение частоты в измерительноми опарцам каналах преобразования частоты происходило ва взаимна противополжцых направлениях, а значениенизкой фиксированной частоты, накоторой производят измерегц 1 е фазового сдвига, выбирают равным частотемаксимальцац частотной составляющейц 1 ркце 11 боковой полосы частот, получе 1 ц 1 й в результате перемножения выходкых цапряжеций измерительного иопорного каца.1 в преобразования частать 1,2. Устрайст 1 зо для преабразанация и измерения фазвага сдвига в широком диапазоне частот, содержащее перемцажитель с фильтрам, саединецць 111 с иэмерительць 1 м нхдам фаэметра, и два балацсцых модулятора по адцому в измерительцом и опорном каналах преоразнация частоты, а т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью распкцреция диапазона частот и повышения тчцастц измереция, цо снабжено формирователем п 1 п пар низкочастотных квадратурць 1 х ц адцго опор" ного напрякеций, в измерительном и ларцам каналах преобразователя часготы, сатветстнецца гп и п широкодиапазаццыми кнадратурцыми фазорасщепителямц, гп и и сумматорами напряжений и 2 пи 2 пбалацсцыми 11 дулятарами (п 2, и2), причем входные зажимь 1 устройства соединецы соответственно как в измерительном, так и н опорном каналах преобразования частоты с входом первого шцракадиапазацнага Фазорасщепителя, первый ц второй выходы которых подключены к высокочастотному входу первого и второго балансных1381405 Составитель Ю, МакаревичРедактор М. Циткина Техред М.Дидык Корректор О. Кундрик Заказ 181/40 Тираж 772 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфнческое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4 модуляторов, выходы которых соответ"ственно подключены к двум входампервого сумматора напряжений, выходкоторого соединен с входом второгоширокодиапазонного фазовращателя,первый и второй выходы которого под"ключены к высокочастотному входутретьего и четвертого балансныхмодуляторов, выходы которых соот"ветственно подключены к двум входамвторого сумматора напряжений, причемвыходы последнего ш-го в измеритель" ном и п"го сумматоров напряжений вопорном канале соединены с первым ивторым входами перемножителя с фильтром, опорный вход фаэометра подключен к опорному выходу формирователянизкочастотных квадратурных и опор"ного напряжений, а+и пар квадратур"ных выходов которого соединены снизкочастотными входами соответствующих 2 ш и 2 п балансных модуляторовизмерительного и опорного каналовпреобразования частоты.