Радиоимпульсный фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 1 4 С 01 К 25/00 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Омский политехнический институ(56) Авторское свидетельство СССРВ 911709, кл. Н 03 К 5/153, 1982,Авторское свидетельство СССР9 1081561, кл, С 01 К 25/00, 1983.(57) Изобретение относится к электризмерительной технике и может бытьиспользовано для измерения сдвигафаз перекрывающихся радиоимпульсныхсигналов с неизвестными частотами. ЯО 1 226330 Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерения фазовогосдвига достигается за счет того, чтообработка производится не по своимсигналам непосредственно, а по огибающим биений суммарного и разностного напряжений. Фазометр содержитсумматор 1,вычитатели 2-1 - 2-3, фазовращатель 3, детектор наложениясигналов 4, делители 5-1 - 5-3, логический элемент ИЛИ-НЕ 6, блок выборки-хранения 7, амплитудные детекторы 8-1 - 8-3, блоки: обнаружениясигналов 9, определения экстремумов10-1 и 10-2, квадраторы 11-1 - 11-4,ключ 12, блоки вычисления арктангенса 13-1 и 13-2. 2 ил,12Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазоизмерительных системахдля измерения сдвига фаз перекрываюшихся радиоимпульсных сигналов с неизвестными частотами.Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерения фазовогосдвига.Укаэанная цель достигается тем,что устройство позволяет существеннорасширить частотный диапазон измеря -емых сигналов за счет того, что обработка производится не по самим сигналам непосредственно, а по огибающимбиений суммарного и разностного напряжений.На фиг. 1 представлена структурнаясхема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие принципдействия.Устройство содержит сумматор 1,вычитатели 2-1 - 2-3, фазовращатель 3,детектор 4 наложения сигналов, делители 5-1 - 5-3, элемент ИЛИ-ЦЕ 6,блок 7 выборки-хранения, амплитудныедетекторы 8-1 - 8-. 3, блок 9 обнаружения сигналов, блоки 10-1 и 10-2 определения экстремумов, квадраторы 11-17 клк 1 ч 1 2, блоки 1 3- 1 и 1 3-2 вычисления арктангенса,Входы вычитателя 2- и сумматора 1соединены попарно н являются входамиустройства. Выход сумматора 1 соединен с входом фазовращателя 3, входыдетектора 4 наложения сигналов подгключены к выходам вычитателя 2-1 ифазоврашателя 3. В первом каналеамплитудный детектор 8-2 соединенпоследовательно с блоком Оопределения экстремумов, квадратором11-1 и вычитателем 2-2, Кроме того,в состав канала входит второй квадратор 11-2, вход которого связан свторым выходом блока 10- определения экстремумов, а выход - с вторымвходом вычитателя 2-2. Аналогичныесвязи существуют во втором каналемежду амплитудным детектором 8-3,блоком 10-2 определения экстремумов,квадраторами 11-3, 11-4 и вычитателем 2-3,Вход первого канала (вход детекто.ра 8-2) связан с входами первого делителя 5-1, детектора 4 наложениясигналов и подключен к выходу фазовращателя 3, Вход второго канала(вход детектора 8-3) объединен с вторым входом первого делителя 5-1 и 26330 2подключен к выходу вычитателя 2-1.Информационный и управляющий входыблока 7 выборки-хранения подключенысоответственно к выходу первого де 5,лителя 5-1 и инверсному выходу элемента ИЛИ-НЕ, а выход соединен с первым входом третьего делителя 5-3 ипервого блока 13-1 вычисления арктан.генса, являющегося первым выходомустройства. Выходы каналов подключены к входам второго делителя 5-2,выход которого связан с вторым входом третьего делителя 5-3, Информационный и управляющий входы ключа 12соединены соответственно с выходамитретьего делителя 5-3 и детектора 4наложения сигналов, а выход подключен к входу второго блока 13-2 вычисления арктангенса, являющегосявторым выходом устройства. Прямойи инверсный входы элемента ИЛИ-НЕ 6соединены соответственно с выходамидетектора 4 наложения сигналов иблока 9 обнаружения сигналов. Входпервого амплитудного детектора 8-1соединен с одним из входов сумматора , а выход с входом блока 9 обнаружения сигналов.Фазометр работает следуюшим обра 30зом,На входы измерительных каналовпоступают два перекрывающихся радиоимпульсных сигнала. Аналитическиевыражения сдвинутых по фазе наложенных радиоимпульсов с прямоугольнойЗ 5 огибающей могут быть записаны в следующем виде:Ц(т.:1 = Ц, Яг.п(ис + Ю, - Ю,)+ч -га) Г (г г) 1(г. Ягде Цщ, я, - амплитуда, частотафи начальная фаза пер.45вого радиоимпульса;- фазовый сдвиг междупервыми радиоимпульсами по каналам;где Цп, юг ,цгг- амплитуда, частотаи начальная фазавторого радиоимпульса;Ыг - фазовый сдвиг междувторыми радиоимпульсами по каналам;- время начала и конца первого радиоимпульса;+ Ч 7)Г7)( Я)Д т где П (Г), П (1) - суммарньп и разнос тный с иг налы с ос тв е тс тв е нн оС выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигаетя фазовращателем 3 на фиксированный угол Т/2 во всей рабочей полосе частот. На выходе фазовращателя 3 (Фиг.2 ) имеем:15= 2 П соп ) сов (и, +ф( ") ( 4).+,)1 (е- ) - 1(е- )3,где- сдвинутый суммарный сигГснал.Сдвинутый суммарный и разностный сигналы поступают на входы делителя 5-1, реализующего функцию деления. Выходной сигнал депителя 5-1 поступает на информационный вход блока 7 выборки-хранения, Детектор 4 наложения сигналов, подключенный к выходам фазовращателя 3 и вычитателя 2-1, формирует импульсы, соответствующие открытым участкам С - , - - 4 и участку наложения сигналов 1: (фиг.2 д).На выходе блока 9 обнаружения сигналов образуется импульс, длительность которого соответствует общей длительности радиоимпульсов (фиг.2 е). Сигналы с выходов детектора 4 наложения сигналов и блока 9 обнаружения сигналов поступают на прямой и инверсный входы логического элемента ИЛИ-НЕ, на инверсном выходе которого формируется напряжение, управляющее работой блока выборки-хранения (фиг.2 ж). При значении управляющего напряжения равном нулю блок выборки хранения (ГВУ)находится в режиме хранения (фиг.2 з). При появлении на управляющем входе напряжения, отличного от нуля, БВХ переходит в режим "Запись" (открьгпе участки и- .4 фиг.2), Значение напряжения, полученное на открытых участках соответствует измеренной разности фаз между первой парой перекрывающихся радиоимпульсных сигналов, Ланное значение хранится в БВХ, а также вычисляется при помощи блока 13-1 вы числения арктангенса и подается на один из выходов устройства (фиг.2;7).С выхода фазоврашателя 3 и вычитателя 2-1 сдвинутый суммарный и разностный сигналы (фиг.2 Ь,г) подаются соот.ветственно на входы первого и второго каналов. Амплитудные детекторы 8-2 и 8-3 первого и второго каналов выделяют огибающие соответственно суммарного и разностного сигналов.На огибающих каждого из сигналов 10- и 10-2 определяют экстремальные значения - максимумы и минимумы.20Квадраторы 11 - 1 и 11-3 возводят в квадрат максимальные значения, 11-2 и 11-4 - минимальные. Квадраты максимального и минимального значений, определенные на огибающей в первом канале, вычитаются на вычитателе 2-2 Подобная операция производится вычитателем 2-3 во втором канале. Так как максимумы и минимумы разнесены по времени (фиг,26,г), а вычитание происходит тогда, когда известны оба экстремальных значения, то блок определения экстремумов запоминает и хранит полученные значения даже после окончания участка наложения (фиг,2 и). Полученные разностные нап ряжения после вычитателей 2-2 и 2-3подаются на делитель 5-2, Выходное напряжение делителя 5-2 поступает на вход третьего делителя 5-3. На другой вход этого делителя подается напряже ние с выхода блока 7 выборки-хранения. Напряжение с выхода делится 5-3 поступает на информационный вход ключа 12, с выхода которого на вход блока 13-2 вычисления арк тангенса. Управление работой ключа 12осуществляет детектор 4 наложения сигналов, причем передний фронт импульса с выхода детектора 4 наложения сигналов устанавливает ключ в закры тое состояние, задний фронт открывает его. Напряжение с выхода блока 13- 2 вычисления арктангенса, соответствующее значению угла сдвига фаз между второй парой сигналов, подается на второй выход устройства. Проведем аналитическое доказательство достижения цели.26330 ЬНл открытых участках С, - с ина выходе первого делителя 5-1ицеем (фиг.2 д,8): 5 12Вапищем вь 1 ражения для напряженийна выходах сумматораи вычитателя2-1: А(с) Жсгъ ( -- ) А (с) д 2 где(с), Т 1 д(с) - суммарный и разностный сигналы соответственно. После сдвига суммарного сигнала на /2 имеем: Бб (с) = 2 р соя(911 г) соя(са,с ++ Цг ) 1(с-с,) - 1(с-с)макс экстремальминные значения на11 сс) где У (С) - сдвинутый суммарный сиг.Еснал.Для упрощения формы записи и наглядности введем обозначения.Обозначим л (с)+В (с) ) - А (с)-В (с) )Делитель 5-2 осуществляет операциюГсфделения выходных напряжений вычитате.1 с) = А (с) + В (с)д клей 2-2 и 2-3. На его выходе имеем:(1 А(с) + В (с)г) - (1 А (с): В (с) )"Аг (с + 2 А(сВ(с) + В с 1 -А с + 2 А(с) В(с) - В И)Аг (с) + 2 А (с) В (с) + Вг (с) - А г (с) + 2 А (с) В (с) - В" (с)4 А (с) В(с) А (с) В(с)Полученное выражение является произведением тангенсов углов сдвига фазмежду соответствующими парами радиоимпульсов д (с) В (с) = сК чяг сК 6 г/г И(С) = 21 щ, соя(4 тп) я 1 п(И, С ++ср,) Г 1(с-сг) - 1(с-сэ)3 .Тогда сдвинутый суммарный и разностный сигналы можно записать в следую - щем виде; Блок 7 выборки-хранения запоминаетнапряжение, соответствующее Ся(4,г ),а блок 13-1 вычисления арктангенса 10 определяет значение Ч , котороеявляется разностью фаз между первойпарой радиоимпульсных сигналов(фиг, 25) .Амплитудные детекторы 8-2 и 8-3 5 выделяют огибающие сдвинутого суммарного и раэностного сигналов, а блоки 0-1 и 10-2 определяют значениямаксимумов и минимумов на этих огибающих (фиг.2 6,г):20А(с) + В(с)1А(с) - В(С) -А (с) + В (с) - макс экстремаль 1511 А (с) - В (с)- мин ные значения наПд (с)На выходе квадраторов 11 в- 11-4имеем напряжения соответствующиеквадратам экстремальных значений,Вычитатели 2-2 и 2-3 определяют разность квадрагов экстремальных значений.1 а вьходе вычитателя 2-2: 35(1 А(с) + В(с) ) - (1 А(с) - В(с) ).Выходное напряжение вычитателя 2-3; В блоке 7 выборки-хранения уже хранит ся значение с Т г , Поэтому для по лучения значения СРТг необходимо 55 разделить полученное выражение назначение срг . Данная операция осуществляется делителем 5-3. Выходное напряжение делителя 5"3, соответст1226330 где П , Б Я =Ю,-д - сс -вующее рсс 1 проходит через ключ 12на вход блока 13-2 вычисления арктангенса. Вычисленное значение фазовогоугла поступает на второй Выход устройства (Фиг,2 к). Следует отметить,что на участке наложенияключ 12, управляемый передним Фронтомимпульса детектора 4 наложения сигналов (Фиг.2 0 ), закрыт. В момент вре -мени й 1 , когда значения экстремумовопределены и запомнены блоками 10-1и 10-2 определения экстремумов, азначени 1 р 11111 подается с выходаблока 7 выборки-хранения, делитель5-3 выполняет операцию деления, ключ12, открываемый задним фронтом импульса детектора 4 наложения сигналовпропускает напряжение, соответствующее д(11,С , на вход вычислителя 13-2арктангенса, соединенный с вторым выходом устройства. ПРедлагаемое устройство обеспечивает расширение частного диапазона измеряемых сигналов, так как па сравнению с известным, предлагаемый Фазаметр осуществляет измерения не по самим сигналам непосредственно, а по огибающим биений суммарного и разностного напряжений.Уравнение для огибающей суммы двух сигналов имеет вид: ЯПСЕ)=+ Г +Б+20 ссс Бс,с СОВ ГСг -ср),амплитуды первого ивторого колебаний соответственно;разностная частота колебаний;Фазовый угол, учитывающий сдвиг .Фаз междуколебаниями. Из уравнения следует, что частотаогибающей равна разностной частоте,поэтому верхняя граничная частота ограничивается лишь максимальным разносом частот. Практически соотношениеамплитуд, начальных Фаз, Фазовых сдвигов, сигналов принципиальных ограничений не имеет и ограничивается только конкретной реализацией. Широкий диапазон несущих частот наложенных радиоимпульсных сигналов позволяет использовать предлагаемый радиоимпульсный фазометр в современных фазоимпульсных измерительных системах. Функциональные возможности 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 устройства позволяют испольэоватьего также для измерения разности Фазненаложеннь 1 х радиоимпульсных сигналов. Формула изобретения Радиоимпульсный фазаметр, содержащий сумматор, вычитатель, Входы которых попарно соединены с входами фазометра, Фазаврашатель, вход которого связан с выходом сумматора, детектор наложения сигналов, входы которого подключены к выходам Фаэовращателя и вычитателя, блок выборки-хранения о т л и ч а ю ш и й с я тем, чта, с целью расширения частотного диапазона, в него введены три делителя, амплитудный детектор, блок обнаружения сигналов, логический элемент ИЛИЕ, имеюссп 111 прямой и сгяверсный входы, ключ, два блока вычисления и два канала, каждый из которых содержит соединенные последовательна амплитудный детектор, блок определения экстремумов, квадратар и вычитатель, кроме того, в состав каждого канала входит второй квадратор, Вход которо го связан с вторым выходом блока определения экстремумов, а выход - с вторым входом вычитателя, вход перво га канала связан с входами первого делителя и детектора наложения сигналов, вход второго канала подключенк Выходу вычитятеля и Втором Входупервого делителя, управлующ 1111 и инФармациоспп;сй Входы блока выборкихранения подключены соответственнок инверсному выходу элемента ИЛИ-НЕи выходу первого делителя, а выходсоединен с первым входом третьего де.лителя и первого блока Вычисленияарктангенса, выходы каналов подключены к входам второго делителя, выход которого связан с вторым входомтретьего делителя, информационный иуправляющий входы ключа соединенысоответственно с выходами третьегоделителя и детектора наложения сигналов, а Выход подключен к входувторого блока вычисления арктангенса, прямой и инверсный входы элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственнос выходами детектора наложения сигналов и блока обнаружения сигналов,вход первого амплитудного детекторасоединен с одним из входов сумматора, а выход - с входом блока обнаружения сигналов.Редактор Р.Пици ррект ксимишинец Заказ 2125/ Подписи омитета СССР