Фазометр с частотным выходом

(19) 01) 4(51) С 01 К 25/00 ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР н втоювм саиатвъстви(71) Харьковский ордена Ленина авиа"ционный институт им. Н.Е.Жуковского(56) 1, Авторское свидетельствопо заявке В 2847983/18-21,кл. С 01 К 25/00, 05.06.80.2. Авторское свидетельство по заявке Ф 3293088/ 18-2 1,кл.С 01 К 25/00,23.02.82.(54)(57) ФАЗОМЕТР С ЧАСТОТНЬК ВЫХОДОМ, содержащий два однополосных мо-дулятора в каналах опорного и информационного сигналов, последовательносоединенный опорный генератор, первый фазовый детектор, блок управления частотой и управляемый по частоте генератор, выход которого подклю-.чен к вторым входам однополосныхмодуляторов, линию задержки, а такжедве управляемые линии задержки с блоком управления, частотомер, резонансный усилитель и подавитель амплитудной модуляции, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности измерений дополнительноустановлены четыре балансных модулятора, два фильтра нижних частот и последовательно соединенные ограничитель амплитуды, второй фазовый детектор, второй блок управления частотой и второй управляемый по частоте генератор, выход которого подключен к вторым входам второго и первого балансных модуляторов, первые входы которых подключены соответственно к выходу второго однополосного модулятора и к выходу линии задержки, вход которой соединен с выходом пер- вого сднополосного модулятора, при этом выходы первого и второго балансных модуляторов соединены через первый и второй фильтры нижних частот с входами соответственно первой и второй управляемых линий задержки, выходы которых, в свою очередь,подключены соответственно к первым вхо- Е дам третьего и четвертого балансных модуляторов, причем выход третьего балансного модулятора подсоединен к второму входу четвертого балансно- д го модулятора, выход которого соеди - нен с вторым входом третьего баланс- ного модулятора и вторым входом первого фазового детек ора через последовательно включенные резонансный усилитель и подавитель амплитуд - ной модуляции,а второй вход второго фазового детектора соединен с выходом опорного генератора, вход ограничителя амплитуды соединен с выходом одного из фильтров нижних частот, частотомер подключен к выходу одного из однополосных модуляторов, 1137408Изобретение относится к измерительной технике, связанной с измерением разности фаэ двух электрических колебаний, и может быть использовано в процессе разработки фазометрических устройств, предназначенных для различных радиотехнических систем.Известен фазометр, в котором используются автогенераторные преобра Озования фаза-частота, содержащийсогласующие блоки в каналах опорного и информационного входных сигналов, Фазовый детектор, опорный генератор,.перестраиваемый по частоте 15генератор с блоком управления, линиюзадержки, четыре однополосных модулятора, подавитель амплитудной модуляции, резонансный усилитель 11,Однако Фазометр обладает низкойточностью измерения при изменениичастоты входных опорного и информационного сигналов, а также разностиих текущих Фаз в пределах от О до360 25Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяэлектронный фазометр с частотнымвЪвсодом, содержащий два согласующихблока в каналах опорного и информа- ЗОционного входных сигналов, восемьоднополосных модуляторов, гетеродин, две управляемые линии задержкис блоком управления, подавительамплитудной модуляции, резонансныйусилитель, амплитудный детектор,электронный ключ, последовательносоединенные опорный генератор, Фазовый детектор, блок управления частотой перестраиваемого генератора,выход которого подключен к вторымвходам однополосных модуляторов, линию задержки, генератор линейногоизменяющегося напряжения и частотомер 2,45Недостатки этого фазометра про-.являются в низкой точности измерений иэ-за нелинейности характерис"тики преобразования фаза-частота,обусловленной изменением паразитныхфазовых наводок, возникающих в коль,це самовозбуждения при изменениичастоты подстраиваемого генераторавследствие неидеальности Фазочастотных характеристик четырех однополосных яодуляторов.Цель изобретения - повьппение точности измерений разности фаз двух колебаний,Поставленная цель достигается тем,. что в Фазометре с частотным выходом содержащем два однополосных модулятора в каналах опорного и информационного сигналов, последовательно соединенный опорный генератор, Фазовый детектор, блок управления частотой и управляемый по частоте генератор, выход которого подключен к вторым входам однополосных модуляторов, линию задержки, а также две управляемые линии задержки с блоками управления, частотомер, резонансный усилитель и подавитель амплитудной модуляции, дополнительно установлены четыре балансных .модулятора, два фильтра нижних частот и последовательно соединенные ограничитель амплитуды, второй Фазовый детектор, второй блок управления частотой и второй управляе мый по частоте генератор, выход которого подключен к вторым входам второго и первого балансных модуляторов, первые входы которых подключеНы соответственно к выходу второго однополосного модулятора и к выходу линии задержки, вход которой соеди нен с выходом первого однополосного модулятора, при этом. выходы первого и второго балансных модуляторов соединены через первый и второй фильтры нижних частот с входами соответ- ственно первой и второф управляемых линий задержки, выходы которых,в свою очередь, подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого балансных модуляторов, причем выход третьего балансного модулятора подсоединен к второму входу четвертого балансного модулятора, выход которого соединен с вторым входом третьего балансного модулятора и вторым входом первого фазового детектора через последовательно включенные резонансный усилитель и подавитель амплитудной модуляции, а второй вход второго фазового детектора соединен с выходом опорного генератора, вход ограничителя амплитуды соединен с выходом одного из фильтров нижних частот, частотомер подключен к выходу одного из однополосных модуляторов.На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит однополосные модуляторы 1 и 2, управляемые по час137408 а ж5 10 В устройстве частота Яг опорного генератора 15 выбрана равной частоте настройки резонансного усилителя 20.Входами фазометра являются первые входы первого 1 и второго 2 однополосных модуляторов, причем первый однополосный модулятор последовательно через линию 5 задержки подключен к первому входу первого балансного модулятора 6, выход которого соответственно через фильтр 10 нижних частот и управляемую линию 18 задержки подключен к первому входу второго баланеного модулятора 8, а второй однополосный модулятор 2 через последовательно включенные третий балансный модулятор 7, второй фильтр 11 нижних частот, вторую управляемую линию 19 задержки подключен к первому входу четвертого балансного 30 модулятора 9, второй вход которого соединен с выходом второго балансного модулятора 8, а выход четвертого балансного модулятора 9 через резонансный усилитель 20 с последо- Э 5 вательно включенныи подавителем 2 1 амплитудной модуляции подсоединен к второму входу второго балансного модулятора 8 и первому входу первого фазового детектора 14. Влок 22 40 управления подключен раздельно к первой 18 и второй 19 управляемой линии задержки. Опорный генератор 15 раздельно подключен к вторым входам первого 14 и второго 13 фазового 45 детектора.Причем к первому входу второго фазового детектора 13 последовательно подключен через ограничитель 12 амплитуды выход второго фильтра 11 50 низкой частоты. Выход второго фазового детектора 13 последовательно через второй блок 16 управления частотой подключен к входу второго управляемого генератора 4, выходы ко торого раздельно подключены к вторым входам первого 6 и третьего 7 баланс-. ных модуляторов. Выход первого 14 з 1 тоте генераторы 3 и 4, линию 5 задер ки, балансные модуляторы 6-9, фильтры 10 и 11 нижних частот, ограничитель 12 амплитуды, фазовые детекторы 13 и 14, опорный генератор 15, блоки 16 и 17 управления частотой, управляемые линии 18 и 19 задержки, резонансный усилитель 20 подавитель 21 амплитудной модуляции, блок 22 управления, частотомер 23. фазового детектора последовательночерез первый блок 17 управлениячастотой подключен к вхочу первогоуправляемого генератора 3, выходы которого раздельно подключены к вторымвходам первого и второго однополосныхмодуляторов, т.е. 1 и 2 соответственно. Выходами фазометра могут бытьвыход второго управляемого генератора 4, либо выход второго однополосного модулятора 2.Устройство работает следующим образом.На первые входы первого и второгооднополосных модуляторови 2 поступают опорный и информационный сигналы с текущими фазами Я Яи И 1 ф соответственно. При прохождении входных цепей модуляторовсо стороны первых входов оба капебания приобретают дополнительный паразитный фазовый сдвиг Иэ и И "эльгул лГДЕ Э И Э 22 - эквивалентныевремена задержки цепей первых входовмодуляторов.На вторые входы этих модуляторовпоступает колебание с выхода первогоуправляемого по частоте генератора 3с текущей фазой И гЧгВо входных цепях однополосныхмодуляторов это колебание ;олучаетдополнительный фазовый набегИ2для опорного канала (в первом модуляторе 1) и я с для информационногоканала (во втором модуляторе 2), гдегЪ лЭ 2 И Э 22 - ЭКВИВаЛеятНЫЕ ВрЕМЕНазадержки цепей вторых входов однополосных модуляторов.В результате преобразования на выходе указанных модуляторов получаютколебание суммарной или разностнойчастоты с текущими фазамиЬ 1 гМЧг,ф 1 "зф"1 г "иг Ч1 И ф гИ 1 Чг ИЛ 2 фг И 2 921л лИ (Ц-ЦН-Яг.МгЧ" М "гг 2соответственно для опорного и информационного сигналов, где у (и Яг) и г (4Иг 1 - дополнительные фазовые набеги за счет неидеальностивыходных частотно.-зависимых цепейсоответственно однополосных модулято ров 1 и 2С вг .ода первого модулятора 1 колебание постугает на линию 5 задержки и получает в ней фазовый набегИ Ь 1 г 1, где"1 д - время за 1137408паздывания сигнала в этой линии задержки. Далее оба сигнала подаются на первые входы первого и третьего балансных модуляторов 6 и 7 и получают дополнительные фазовые набеги 5 в их входных цепях, соответственноСд+ 1110 ейи .фгальм . где о и- эквивалентйые времена задержки цепей первых входов балансных модуляторов. На вторые вхо ды этих модуляторов подается колебание с выхода второго управляемого по частоте генератора 4 с текущей фазой Яг 1 сг . В каждом из них получают дополнительные фазовые набе л л ги овственн ь 1 г 214 и И, 24 где ь 14 иьз 24 - эквивалентные времена задержки цепей вторых входов модуляторов 6 и 7. В результате преобразования на выходе первого баланс-рО ного модулятора 6 получают балансномодулированное колебание верхняя борковая частота которого подается после прохождения им первого фильтра 10 нижних частот, поэтому на его выходе 25 имеет место колебание нижней боковой частоты с текущей Фазойл л Ффг-ЖгЛЩЯг 1 чИ Цц 212 ц// л лгЬ ьг 1 12 ИЪ 1 Чг 2 Ьг 2 "Э 4 (УфИгщоГ 4 1+ Я 2гдеЮ Ф М г - Иг 2 ) - фазовый набегв Фильтре 10нижних частот35ь э- эквивалентноевремя задержкивыходных цепейпервого балансного иодулятора 4.Аналогично на.выходе второго Фильт. ра 11 нижних частот имеет место колебание с текущей фазой л л1"г- ггпу+ггпу Ф ф 42+ фг "92 Чгф+(ы" фгф 1 ч 2 ъ гг 2 фг 2924 Ьф 1 ф ьгг 21"лз 2 122Де 22 (1 ф дг - гй) - фазовый набег50во второмфильтре 11лнижних частотфФзу в ,эквивалентноевремя задержки выходных цепей модулято"ра 7.г 1 1 г 2 ог После этого оба колебания проходят через управляемые линии 18 и 19 задержки, в результате чего получают Фазовые приращения соответственнол .лцдг г 21 "Ч "от" М г 31л(Я фг 1 Ьгг ) " 32 ог" 52 г 32 )л л фгд , - величина времени запаз"дывания сигнала в управляемых линиях задержкипервой и второй соответственно.Дальше сигналы поступают на первые входы балансных модуляторов 8 и 9, которые вместе с резонансным усилителем 20 и подавителем 21 амплитудной модуляции, замыкающими цепь самовоэбуждения, образуют автогенератор с внешним возбуждением и двойным преобразованием частоты.В замкнутом кольцевом соединении состоящем из второго и четвертого балансного модуляторов, резонансного усилителя и подавителя амплитудной модуляции при выполнении условий самовозбуждения имеет место авто- колебание, частота которого определяется условием баланса фаз( = 2 чп, г 1 = О, 1, 2(2)- суммарный фазовый сдвигсигнала в блоках второгои четвертого балансногомодулятора, резонансногоусилителя и подавителя ЛМ. где Колебание с выхода фильтра 11нижних частот через ограничитель 12подается на первый вход фазовогодетектора 13, на второй вход которо-.го подается сигнал с частотой Ь)ог:с опорного генератора 15,Устройство работает таким образом, что поддерживается равенствочастот колебаний, подаваемых навходы фазового детектора 13, а принарушении этого условия на еговыходе появляется управляющее напряжение, которое посредством блока 16управления частотой изменяет частотууправляемого генератора 4 так, чтовосстанавливается прежнее равенство.,Таким образом, час гота на выходефильтра 11 нижних частот равна частоте опорного генератора 15 на протяжении всего времени измерения9 1137 выходу однополосного модулятора 2.В этом случае, измеряя частотомером 23 частоту ы у колебанийна выходе этого однополосного модулятора, можно определить значение измеряемой разности фаз.Перед выполнением измерения проводят коррекцию фазовых набегов в.кольцевом соединении, состоящем из балансных модуляторов 8 и 9, усили О теля 20 и подавителя 21 АИ, Для этого на оба входа опорного и информационного каналов фазометра (входы одно-. полосных модуляторов) подают синфазные колебания и с помощью блока 22 управления изменяют время запаздывания сигналов в управляемых линиях задержки, добиваясь равенства частоты генератора 4 номинальному значению Я 2 ц , при котором выполняется условиеЙ-Чз 1 ос ч. 2 дО Ч=Й-ЧЙЦгт" п )из которого следует М-й,-,1Г 2- и фъо 35 При изменении измеряемой разности Фаз ( ц -изменяется общий фазовый набег в кольце самовозбуждения и первоначальное условие (2) для частоты 6 нарушается. Это приводит к изменению частоты автоколебаний Ыоза счет чего поддерживается условие баланса фаз, но уже на другой частоте. С выхода нодавителя 2 1 амплитуд ной модуляции колебание этой частоты поступает на второй вход первого фазового детектора 14, на первый вход которого подается сигнал с опорного генератора 15. 50Вследствие нарушения условия (3)Фна выходе указанного Фазового детек" тора появляется управляющее напряжение 1 которое посредством блока 17 управления частотой изменяет частоту Я 55 первого управляемого генератора 3 таким образом, что появляется дополнительный фазовый набег С 4ь п В этом случае частота И 2 колебаний генератора 4 в стационарном режи ме при подаче на входы фазометра сигналов, между которыми существует измеряемый фазовый сдвиг (-ц ),определяется на основании зависимости (7) следующим выражением 30 408 10за счет изменения частоты Ы , который компенсирует внесенную разность фаз в кольцевом соединении и устанавливается первоначальная частота авто- колебаний ИоОдновременно с этим на вход фазового детектора 13 с выхода фильтра 11 поступает через ограничитель 12 амплитуды колебание с частотой, отличающейся от частоты опорногогенератора 15. На выходе этого Фазового детектора появляется управляющее напряжение, которое с помощью блока 17 управления частотой изменяет частоту я, второго управляемого генератора 4 до тех пор, пока снова не выполняется условие (б).Новое значение частоты Я 2 генератора 4 будет соответствовать измененному значению измеряемого фазового сдвига. По величине изменения частоты И 2 генератора 4, фиксируемой частотомером 23, судят о величине изменения измеряемого фазового сдвига.Показания частотомера, как следует из соотношения (10), линейно связаны со значением измеряемого Фазового сдвига и могут быть проградуированы в единицах измерения фазового сдвига.При подключении частотомера 23 к выходу однополосного .модулятора 2 по изменению частоты колебаний на выходе этого однополосйого модулятора, регистрируемой частотомером, су-. дят об изменении измеряемой разностиФаз.При изменении частоты У входных сигналов на некоторое значение ЬИна выходе однополосного модулятора 1появляется колебание, сдвинутое по фазе по отношению к колебанию на выходе однополосного модулятора 2 на величину дЫ ь. Этот фазовый сдвиг путем преобразований сигнала в балансных модуляторах 6 и 7, 8 и 9 вносится в цепь обратной связи кольца самовозбуждения.Вследствие этого частота автоколебаний Я отклоняется от своего ноОминального значения Ио и на выходе фазового детектора 13 появляется постоянное напряжение, под воздействием которого блок 1 б управления частотой изменяет частоту генератора 3. Частота его изменяется до тек пор, пока частота автокол. баний на ныходе12 408 оставитель В.Шуби ехред А.Кикемезеи Редактор И.Касарда орректор О,Лугов Заказ 10516/33 748енного комитет ний и открытий -35, Раушская ТиражВНИИПИ Государстпо делам изобрет113035, Москва,писное аб., д. 4 илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна 11 1137 подавителя 2 1 амплитудной модуляции не становится равной номинальному значению Я. При этом частота генератора 3 получает приращение Ю , величина которого равна по абсолютному значению и противоположна по знаку приращению частоты. входного сигнала. Вследствие этого частота колебаний на выходе однополосного модулятора 2, равная и и,1, остается неизменной и не зависит от изменения частоты входного сигнала. Поэтому изменение частоты входного сигнала не влияет на показания частотомера, подключенного к выходу однополосного модулятора 2. Частота генератора 4 также не зависит от изменения частоты входных сигналов всилу того, что сумма частот остаетсянеизменной при изменениях, частотывходных сигналов. Измерение частотыколебаний на выходе этого генераторатакже не вносит погрешность в определение измеряемой разности фаз приизменении частоты входных сигналов.Все это приводит к повышению точности измерения,