Устройство для измерения фазового сдвига модулирующего колебания амплитудно-модулированных или фазомодулированных сигналов

)500 5 О ЗОБРЕТЕН ОПИСА ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В 5 охо оника, СССР1977.1 ИЯ ФАЗОВО- ЛЕБАНИЯ элек ель ствоЯ 15/00ИЗМЕРЕЩЕГО КОВАННЫХАЛОВ жет быть испольтельной технике, вляется повьппение расширение динами- Устройство содерГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГННТ СССР 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯГО СДВИГА МОДУЛИРУЮАМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОМОДУЛИРОВАН 11 ЫХ СИГН(57) Изобретение мо зовано в Фазоизмер Целью изобретения чувствительности и ческого диапазона 2жит смесители 1 и 2, усилители 3 и 4 промежуточной частоты, амплитудные ограничители 5 и 6, фазометр 7, полосовые Фильтры 8 и 9, модулятор О, генератор 11 модуляционной частотыблок 12 фАПЧ и генератор 13 опорной частоты, Цель достигается за счет того, что информация о разности Фаз модулирующего колебания входного сиг нала и сигнала генератора 1 1 модуляционной частоты преобразуется в сдвиг Фаз между монохроматическими колебаниями промежуточной частоты Р, причем погрешности каналов преобразования вычитаются в Фазометре 7, а использование полосовых фильтров 8 и 9 для разделения спектральных составляющих сигнала модулятора 10 повышает чувствительность устройства.3 ил.Изобретение относится к фазоизмерительной технике, может быть применено для измерения фазы модулирующего колебания амплитудно-модулиро 5ванных или фазомодулированных сигналов измерителей группового временизапаздывания с высокой сосредоточенностью энергии по спектруа такжев других радиотехнических измеритель- Оных устройствах, использующих подобные сигналы,Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение динамического диапазона. 5На фиг.1 приведена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг.2 -спектры сигналов (а - спектр входного сигнала устройства; б - спектр выходного сигнала модулятора; в, гспектры выходных сигналов смесителей)на фиг.3 - схема блока фазовой автоподстройки частоты.Устройство для измерения фазовогосдвига содержит смесители 1 и 2, входы которых соединены с входом усуойства, а выходы - с входами соответствующих усилителей 3 и 4 промежуточнойчастоты (УПЧ), выходы последних соединены с входами амплитудных ограничителей 5 и 6 соответственно. Выходыамплитудных ограничителей 5 и 6 соединены с первым и вторым входами фаэометра 7, Кроме того, устройство содержит два полосовых фильтра 8 и 9,выходы которых соединены с вторымивходами смесителей 2 и 1 соответственно, а входы - с выходом модулятора 10, первый вход которого соединенс выходом генератора 11 модуляционной частоты, а второй вход - с выходом блока 1 2 фазовой автоподстройкичастоты, первый вход блока 12 фазовойавтоподстройки частоты соединен с выходом генератора 13 опорной частоты,а второй вход - с входом устройства.Блок 12 фазовой автоподстройкичастоты (ФАПЧ) содержит последовательно соединенные полосовой фильтр 14,смеситель 15, фазовый детектор 16,фильтр 17 низкой частоты и управляемый генератор 18, выход которого соединен с вторым входом смесителя 15.Устройство работает следуюшим образом.Входной сигнал (фиг.2 а) с амплитудной (или фаэовой) модуляцией гармоническим сигналом частоты Р и фазы у,поступает одновременно на .первые входы смесителей 1 и 2 и первыйвход блока 12 ФАПЧ, Блок 12 ФАПЧ формирует входной сигнал модулятора 10,частота которого равна 1. -У, фаза -где Гь - несущая частота входного сигнала, Г - частота сигнала генератора 13 опорной частоты, поступающего на второй вход блока 12 ФАПЧ, частота Р численно равна величине промежуточной частоты устройства,Блок 12 ФАПЧ обеспечивает автоподстройку частоты входного сигнала модулятора 10. Это позволяет стабилизировать промежуточную частоту устройства и, следовательно, сузить полосупропускания усилителей промежуточнойчастоты и увеличить отношение сигнал//шум на входах фаэометра, т.еповысить чувствительность устройства. Кроме того, блок 12 ФАПЧ необходим дляполучения соотношения. сигнал/шум,большего 10, во входном сигнале модулятора 1 О и далее в гетеродинных сигналах смесителей 1 и 2, так как позволяет сформировать шумовую полосусигнала, значительно меньшую диапазона неопределенности его частоты. Применьших соотношениях сигнал/шум в гетеродинных сигналах смесителей 1 и 2наступает значительное уменьшение отношения сигнал/шум и в выходных сигналах смесителей 1 и 2, что приводитк увеличению шумовой погрешности из"иерителя фазы, т,е. к потере чувствительности устройства,Блок ФАПЧ работает следующим образом.Входной сигнал, модулированныйпо амплитуде (или Фазе), поступаетна полосовой фильтр 14, который выде"ляет несущую частоту сигнала, исфдалее - на первый вход смесителя 15.На второй гетеродинный вход смесителя 15 поступает еигнал с управляемого генератора 18, После преобразования на выходе смесителя 15 выделяется сигнал раэностной частоты и подается на первый вход фазового детектора 16. На второй вход фазового детектора 16 поступает сигнал генератора13 опорной частоты с частотой Р. Сигнал постоянного тока с выхода фазового детектора 16 поступает послефильтрации побочных колебаний фильтром 17 низкой частоты на управляющийвход управляемого генератора 18, Последний подстраивается по частоте такчто частоты сигналов, поступающих1541528 5на фазовый детектор 16, равны, Это возможно в случае, если частота сигнала управляемого генератора 18 равна т". -Г, Выходной сигнал генератора 18, частота которого "отслеживает" изменение несущей частоты входного сигнала, поступает на вход блока 12 ФАПЧ.С выхода блока 12 ФАПЧ сигнал с частотой-Г и Фазой цпоступает на первый вход модулятора 1 О, где модулируется сигналом генератора 11 модуляционной частоты с частотой, равной 1 и фазой, который постумаппает на второй вход модулятора О, Иодулятор 1 О может быть выполнен по схеме бапансного модулятора, но возможна также его реализация по схемам амплитудного или Фазового модулятора при незначительном повьппении требований к избирательности полосовых Фильт ров 8 и 9.Спектр выходного сигнала модулятора 1 О с Фазами отдельныхспектральных составляющих приведен на фиг,2 б, Полосовые фильтры 8 и 9 выделяют из выходного сигнапа модулятора 10 отдельные спектральные составляющие с частотами, равными . -у-Р и г -Р . + " соответстнеино. Поэтому на второй вход смесителя 1 поступает гармонический сигнал с частотой, равнойе, у + " и Фазой Р,+М,+4 з, а на второй вход смесителя 2 - гармонический сигнал с частотой, равнойу + Р, и Фазой ЧоГ Чмв+ Ч 8,- Фазовые сдниги, приоб ретаемые сигналами в полосовых Фильтрах 8 и 9 соответственно (амплитудно- частотные характеристики полосовых фильтров 8,9 изображены на Фиг,2 б),После преобразования входного сигнала смесителями 1 и 2 на выходе последних появляются сигналы, содержащие спектральные составляющие с промежуточной частотой Р, Низкочастотная область спектров выходных сигналов смесителей 1 и 2 изображена на фиг,2 в и г соответственно, где указаны фазы отдельных спектральных составляющих выходных сигналов, а пунктиром в амплитудно-частотные характеристики усилителей 3 и 4 промежуточной частоты,Спектральные составляющие с частотой Р выделяются У 11 Ч 3 и 4 из выходных сигналев смесителей 1 и 2 и после нормиронки по уровню амплитудными ог 6раничителями 5 и 6 поступают на перный и второй входы Фаэометра 7.Фаза выходного сигнала амплитудного ограничителя 5 ранна ( ср + ,) 5Й +ч, +Ч ) + Чз+ Ч де 9 з уфазоные сдвиги, приобретаемые сигналомв УПЧ 3 и амплитудном ограничителе 5. Фаза выходного сигнала амплитудного ограничителя 6 равна ( у - Ю,) - ( Ч -+ ) у, где , р -Фазовые сдвиги, приобретаемые сигналомв УПЧ 4 и амплитудном ограничителе 6.Следовательно, выходной сигнал Фазо- -15 метра , равный разности Фаз сигна"лов, поступающих на первый и второйего входы, равен Ч= 2(Ч эмап) + ( Ч Ч ) +20 + (у у ) + (р),фазовые сдвиги полосовых фильтров8 и 9, УПЧ 3 и 4, амплитудных ограничителей 5 и 6 входят в выражение для 25 выходного сигнала Фаэометра 7 в видепопарных разностей. Но так как указанные пары элементов построены по иден,тичным схемам, то фаэовые сдвиги вних практически попарно равны, а их З 0 разности практически равны нулю, т,е,д= 2( ф 4 Чмок)Следовательно, выходной сигнал фазометра 7 однозначно соответствует разности между фазой д огибающей 35модулирующего колебания входного сигнала,и фазой у сигнала генератора 11 модуляционной частоты.В известном устройстве на промежу точной частоте используется амплитудная модуляция для передачи информации о фазе огибающей модулирующего сигнала, Поэтому для расширения динамичес" кого диапазона известного устройства 4 В возможно применение только автомати"ческой регулировки усиления (АРУ в УПЧ, Но при большом динамическом диапазоне входного сигнала системы АРУ вносят значительные Фазовые сдвиги огибающей входного сигнала, которые в известном устройстве прямо входят в выходной сигнал Фаэбметра и увеличивают погрешность измерения сдвига фаз.В предлагаемом устройстве полез. ная информация заключена в разности фаз сигналов промежуточной частоты, Поэтому для расширения динамического диапазона входного сигнала приме 1541528иены амплитудные ограничители 5 и 6, которые конструктивно проще АРУ при тех же требованиях к амплитудно-фазовым погрешностям. Кроме того, амплит тудно-фазовые погрешности ограничителей 5 и 6 вычитаются в выходном сигнале фазометра 7, А так как схемы ограничителей 5 и 6 идентичны и работают они в одинаковых условиях при неизменной частоте сигнала, то разность их фазовых сдвигов меньше заданной погрешности измерения в значительно большем динамическом диапазоне входного сигнала, чем в известном устройстве.Как показали результаты испытаний предлагаемого устройства и сопоставление полученных результатов с .результатами испытаний известного, динамический диапазон предлагаемого устройства расширился на 15 дБ при тех же погрешностях измерения фазового сдвига, что и в известном,Формула изобретенияУстройство для измерения фазового сдвига модулирующего колебания амплитудно-модулированных или фазомодулированных сигналов, содержащее фазометр, генератор модуляционнойчастоты, последов ательно соединенныепервый смеситель и усилитель проме- жуточной частоты, последовательносоединенные генератор опорной частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, второй вход которого соединенс входом первого смесителя и входомустройства, и модулятор, второй входкоторого соединен с выходом генератора модуляционной частоты, а такжевторой смеситель, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышениячувствительности и расширениядинамического диапазона, в него введены первый и второй полосовые фильтрыпервый амплитудный ограничитель, атакже последовательно соединенныевторой усилитель промежуточной частоты и второй амплитудный ограничительвыход которого соединен с первым входом фазометра, второй вход которогосоединен с выходом первого амплитудного ограничителя, входы полосовых 25 фильтров соединены с выходом модулятора, а выходы - с вторыми входамисоответствующих смесителей, вход первого амплитудного ограничителя соеди -нен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, вход второго смесителя соединен с входом первогосмесителя, а выход - с входом второгоусилителя промежуточной частоты.1541528 Составитель М. Катановедактор И, Шулла Техред М.Дидык; Шекмар о т ул. Гагарина, 1 изводственно-издательский комбинат "Патент" гор ЗаказВНИИПИ 77 Тираж 547осударственного комитета по113035, Москва, Ж-.З Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д, 4/5