Фазометр

З СОВЕТСКИХ ТИЧЕСНИХ А 2 19) 0) у а) 4 С 01 К 25 02 зсесц,.,Ц В;" ВВрц; . ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСН СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Омский политехнический институт (72) С.П.Седельников, И.Д.Золотарев, С.И.Журавлев.и В.А.Киржбаум (53) 621,317.77(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 561148, кл. С 01 К 2502, 1974. (54) ФАЗОМЕТР(57) Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов радиоимпульсных сигналов и является дополнительным к авт.свид. У 561148. Цель изобретения - повышение точности измерений. Фазометр содержит смесители 1, 2, фильтры 3, 4 суммарньи частот, смеситель 5, фильтр 6 разностной частоты, фазовыи детектор 7, индика-.тор 8, смеситель 9, Фильтр 10 разностной частоты, генераторы 11, 12,амплитудный ограничитель 13, сумматор14, фазовращатель 15, блок 16 управления фазовращателем, содержащий фазовый детектор 17, вычитатель 18,фазовый детектор 19, пороговый элемент 20, ключ 21, генератор 22, запоминающий элемент 23, ключ 24, селектор 25, Точность измерения повышается за счет компенсации погрешностей,вызванных наличием комбинационныхпродуктов преобразования частоты путем введения амплитудного ограничи-.теля 13, сумматора 14, фазовращателя15, ключа 21, селектора 25 и блока16 управления Фаэовращателем. 2 э.п.ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к радиоизме.рительной технике и может быть использовано для измерения фазовыхсдвигов радиоимпульсных сигналов,Пель изобретения - повышение точности измерений путем компенсациипогрешности, вызванной наличием комбинационных продуктов преобразованиячастоты,На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - структурная схема селектора; на Фиг,3 -временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.1Фазометр содержит смесители 1 и 2, фильтры 3 и 4 суммарных частот, второй преобразователь 5 частоты, первый фильтр 6 разностной частоты, первый фазовый детектор 7, индикатор 8, третий смеситель 9, второй фильтр 10 разностной частоты, два генератора 11. и 12, амплитудный ограничитель 13, сумматор 14, фаэовращатель 15, блок 16 управления Фазовращателем, в состав которого входят третий Фазовый детектор 17, вычитатель 18, четвертый фазовый детектор 19, пороговый элемент 20, ключ 21, третий генератор 22, запоминающий элемент 23, второй ключ 24 и селектор 25. При этом первый вход фазометра через последовательно соединенные смеситель 1, фильтр 3 суммарных частот, второй преобразователь 5 частоты, первый фильтр 6 разностной частоты, амплитудный ограничитель 13, сумматор 14, третий Фазовый детектор 17, вычитатель 18 и пороговый элемент 20 подключен к первому входу селектора 25. Второй вход Фазометра через последовательно включенные смеситель 2 и фильтр 4 суммарных частот соединен со вторым входом второго преобразователя 5 частоты. Выходы генератсра 11 соединены со вторыми входами смесителей 1 и 9 соответственно. Выходы генератора 12 соединены с первым входом смесителя 9 и вторым входом смесителя 2 соответственно, а выход смесителя 9 через второй Фильтр 10 подключен к первым входам фазовращателя 15, первого Фазового детектора 7 и третьего фазового детектора 17, Первый вход селектора 25 соединен с управляющим входом ключа 24, выход которого через последовательно соединенные второй вход первого фазового детектора 7 и второй вход селектора 25 соединен с входом индикатора 8, Третий генератор 22 через последовательно соединенные первый ключ 21, запоминающий элемент 23 и Фазовраща 5 тель 15 подключен к .вторым входамвторого ключа 24 и сумматора 14. Первый вход четвертого фазового детектора 19 соединен с выходом амплитудного ограничителя 13, второй вход -с выходом второго Фильтра 10, а выход с вторым входом вычитателя 18.Второй вход первого ключа 21 соединен с выходом порогового элемента 20,Селектор 25 (фиг.2) содержит вре менной селектор. 26 и амплитудныйселектор 27, вход которого соединенс выходом первого Фазового детектора7, а выходы соответственно с входамиблоков 28-32 выборки и хранения, 2 О управляющие входы каждого из которыхподключены к соответствующим входамвременного селектора 26, вход которого соединен с вторым выходом. блока16 управления фазовращателем, выходыблоков 28-32 выборки и хранения подключены к соответствующим входамвычислителя 33, выходы которого соединены с входами индикатора 8,Вичислитель 33 состоит из трех ЗОоперационных усилителей 34-36, первый 34 и второй 36 из которых имеют.инвертирующий и неинвертирующийвходы и коэффициент передачи, равныйдвум, а третий 35 - один неинвертиЗ 5 рующий и два инвертирующих входа икоэффициент передачи, равный трем.Первый и пятый входы вычислителя 33подключены непосредственно к входаминдикатора 8, первый инвертирующий 4 О вход третьего 35 и инвертирующийвход первого 34 операционных усилителей соединены с первым вхддом вычислителя 33, неинвертирующие входыэтих усилителей являются соответстен но третьим и вторым входами, а иквыходы - третьим и вторым выходамивычислителя 33, Второй инвертирующийвход третьего 35 и инвертирующийвход второго 36 усилителей связаныс выходом первого 34 операционногоусилителя. Неинвертирующий вход ивыход второго 36 операционного усилителя являются соответственно четвертым входом и четвертым выходом 55 вычислителя 33. Сигналы, поступающиена инвертирующие входы первого 34 ивторого 36 усилителя, ослабляются вдва раза, а сигналы, поступающие наинвертирующие входы третьего 35 операционного усилителя, - в три разаСмесители 1 и 2 предназначены для смешивания сигналов генераторов 11 и 12 и входных сигналов У и Б.фильтры 3 и 4 служат для вьделения промежуточных частот на суммарной частоте. В смесителях 5 и 9 смешиваются сигналы измерительных каналов Пз и 04 и генераторов 11 и 12 соответственно. фильтры 6 и 10 выделяют иэ продуктов смешения разностные частоты, причем полосы их прозрачности согласованы с эффективным спектром сигналов, а центральные частоты равны разностной частоте сигналов генераторов 11 и 12: 62 =а -и . АмГ 1 Гг плитудный ограничитель 13 служит для нормировки сигналов по уровню, сумматор 14 - для суммирования выходных сигналов ограничителя 13 и фазовращателя 15; С помощью блока 16 управления фазовращателем формируются сигналы управления фазовращателем 15, а также ключом 24 и селектором 25. Фазовый детектор 7 служит для измерения фазового сдвига, вносимого фаэовращателем 15, а индикатор 8 - для отображения результатов измерений. В блоке 16 управления Фазовращателем фаэовые детекторы 17 и 19 служат для определения фазовых сдвигов сигналов до и после сумматора 14. Вычитателем 18 из выходного напряжения фазового детектора 17 вычитается выходное напряжение фазового детектора 19. С помощью порогового 20 элемента вырабатываются импульсы, управляющие ключами 21 и 24 и селектором 25, в моменты равенства нулю выходного напряжения вычитателя 18. Генератор 22 пилообразного напряжения вырабатывает сигнал для пере,стройки фазовращателя 15. Запоминающим элементом 23 Фиксируется уровень напряжения при размыкании ключа 21. В селекторе 25 временным селектором 26 осуществляется временная селекция каждых первых, вторых, третьих, четвертых и пятых импульсов с порогового элемента 20 для управления первым 28, вторым 29, третьим 30, четвертым 31 и пятым 32 блоками выборки и хранения. Амплитудным селектором 27 выходные импульсы фазового 7 детектора селектируются по амплитуде и распределяются по пяти выходам, Вычисли тель 33 с помощью операционных усилителей 34-36 формирует напряжения,соответствующие фаэовым сдвигам каждого из входных измеряемых сигналов.Устройство работает следующимобразомПусть на входы устройства поступают по три последовательно включающихся радиоимпульсных сигнала (фиг.3)10, е 1 ЬА Ю; (Р,11,сц 1 1 о, Ц)15где Б (С) Ц (С)а;, ц . - амплитуды, частотыи начальные Фазысигналов;20 (. - фазовые сдвиги сигналов в каналах.После перемножения этих сигналовв смесителях 1 и 2 с напряжениямиопорных генераторов 11 и 12251(иди 4 р 1ц г 1 ),ц 1 ггф Чг 211 ггпуФильтрами суммарных частот 3 и 4 измерительных каналов вь 2 деляются напряженияц, ы,1 Ч.;+Ч ц;1 35- 1(гг ф 1 р 01 гг 211Эти напряжения поступают на входысмесителя 5 и из продуктов перемножения фильтром 6 выделяются напряжения разностных частотц 11 р Ч Ч,1,66- г1 ДЮрфй 21 фЧрфЮ фиг1=1 р г 1 г 1 РрРг 1 чгг 211111 Р 2150 разности частот и начальных фаз генераторов 11 и 12 и разности фазовыхсдвигов сигналов в каналах;р,д , ц - расстройки частотныхсоставляющих сигналов 55 разности их начальныхфаз и фазовых сдвигов;П 1 Й), П Й)- амплитуды частотныхсоставляющих.10 5 12Первая сумма представляет собой полезный сигнал на фиксированной частоте а , а вторая - интермодуляционные продукты преобразования частоты, возникающие при идеальном перемножении и попадающие из-за малости й в полосу пропускания фильтра б. Причем амплитуды П 6;У И) вследствие частотной зависимости коэффициента передачи фильтра 6.В смесителе 9 перемножаются сигналы генераторов 11 и 12, а фильтром 10 выделяется напряжение:1(Яра РЦр 1О=О,е7 28040 б 15, Выходные сигналы фазовых детекторов 17 и 19 равны только в случае равенства фазового сдвига выходногосигнала фазовращателя 15 (Б Фиг.3) и ограниченного сигнала на первомвходе сумматора 14. На выходе вычитателя 18 при этом имеется минимальное за весь период перестройки Фазовращателя 15 напряжение (равное нулю). Перестройка фаэовращателя задается сигналом генератора 22 пилообразного напряжения через ключ 21и запоминающий элемент 23, Пороговымэлементом 20 вырабатывается управ 1 ляющий сигнал в момент равенствагде П - фиксированная амплитуда сигнала.После ограничения П в амплитудном ограничителе 13 спектр сигнала обогащается дополнительными составляющими. Сигнал Б можно представить как сйгнал с амплитудной и.угловой модуляцией, После амплитудного ограничения амплитуда большего сигнала (в данном случае частотной составляющей с частотой Я ) становится фиксированной и примерно равной4 УотрЦ с- ---о.у- У гдеП ц, порог ограничения.В сумматоре 14 происходит суммирование ограниченного сигнала с выходным сигналом управляемого фазовращателя 15:1(Ир 1 ф р(р(Ю)ц ц,егде цИ) - Фазовый сдвиг, вносимыйфазовращателем 15.При этом меняется лишь амплитуда и Фаза частотной составляющей на частоте И и остаются неизменными все остальные составляющие ограниченного сигнала. Постоянное напряжение на выходе третьего 19 Фазового детектора, соответствующее этой частотной составляющей (Яр) будет неизменно, так как сравнивается фазовый сдвиг ограниченного сигнала до сумматора 14 с фазовым сдвигом опорного сигнала (с выхода фильтра раэностной частоты 10), Аналогичное постоянное напряжение на выходе фазового детектора 17 изменяется в соответствии с изменением Фазы суммарного сигнала на частоте а и, следовательно, в соответствии с изменением фазового сдвига, вносимого Фазовращателем45 50 55 20253035 40 нулю выходного напряжения вычитателя 18, которым выключается ключ 21и включается ключ 24, Управляющеенапряжение фазовращателя 15 фиксируется в этот момент с помощью запоминающего элемента 23. Фазовым детектором 7 измеряется эа время подключения через ключ 24 к выходу фазовращателя 15 фазовый сдвиг вносимый фазовращателем и равный в этот момент измеряемому. Флюктуации выходных напряжений Фазовых детекторов 17 и 19, обусловленные наличием в ограниченном сигнале составляющих с частотами, не равными и, носят одинаковый характер (сумматор 14 изменяет лишь амплитуду и фазу составляющей на о ) и взаимно компенсируется в вичитателе 18. Поэтому напряжение на выходе вычитателя 18 изменяется только от изменений фазовых сдвигов сигналов на частоте ю до и после сумматора 14 и не зависит от остальных составляющих ограниченного напряжения П В момент прихода следующего измеряемого радиоимпульсного сигнала (й фиг,2) изменяется выходное напряжение вычитателя 18. Это обусловленоизменением фазы частотной составляющей выходного сигнала ограничителя13 на частоте а, поскольку фазовыйсдвиг второго измеряемого сигнала,также как и превого, переносится начастоту сд Щв) иони векторно складываются. Так как фазовый сдвиг,вносимый фаэовращателем 15 9 ,в этотмомент равен фазовому сдвигу первогосигнала, выходные напряжения Фазовыхдетекторов 17 и 19 становятся неравньвчи, Происходит переключение порогового элемента 20, ключ 21 открывается, ключ 24 закрывается, и процессперестройки фазовращателя повторяет1228040 сигнала порогового элемента 20. Вы.ходные напряжения УВХ, соответствую.щие фазовым сдвигам участков наложения Я, - 6, входных сигналов П., и П подаются на арифметический вычислитель 33, выполненный на операционных усилителях (ОУ) 34-36, преобразующих напряжения, соответствующие средне- арифметическим значениям Фазовых 1 О сдвигов на закрытых участках, в напряжения, соответствующие фазовым сдвигам каждого из входных сигналов.Первым ОУ 34, например, выполняется операция: 15 20 где П,амплитуда напряжения навыходе фазового детектора 7; 25моменты включений и выключений измеряемых сигналов;моменты включений и выключений измеряемых сигналовс учетом задержки, вносимойЗОблоком 16 управления фазовращателем;единичная функция. ЙО 4 Селектор 25 осуществляет по управляющим импульсам с порогового элемен-З 5 та 20 селекцию и вычисление Фазовых сдвигов каждого из наложенных сигналов и представляет собой цифроаналоговый блок. Структура селектора 25 определяется техническим заданием при 4 О конкретной реализации и для случая поочередно включающихся радиоимпульсов (фиг.З). На схеме фиг.2 амплитудным селектором 27 импульсы постоянного тока (Б , Фиг.3) распределяются 45 в разные каналы и подаются на входы блоков выборки и хранения (УВХ) 28- 32, состоящих из последовательно включенных ключа и запоминающего элемента. Выходными импульсами временного селектора 26 осуществляется управление работой УВХ. Причем выборка в аервом УВХ 28 производится по первому импульсу последовательности П7 (соответствующему первому участку Г,),55 во втором - по второму ,) и т.д., поскольку временным селектором вырабатываются управляющие сигналы из ся. В результате перестройки Фазовращатель 15 устанавливается в новое положение и фазовый сдвиг его выходного сигнала (после окончания переЬЧ + Мстройки) равен ---- (где ас;2 -1а( - измеряемые Фазовые сдвиги первого и второго сигналов). Таким образом, Фаэовым детектором 7 вырабатываются импульсы постоянного тока (П. Фиг.З), амплитуды которых соответствуют фаэовым сдвигам измеряемого сигнала в соответствующие интервалы времени С, - фиг.З)1(1-ф -1( 1 11+ с 05 1(1аЮ,+ а(Р,ффсоь ф 1 (Щсаиж,П = (П- --- )2-( - - --- -) 2 - БПГ П(у,+ Ьр Ьд2 2 2 9 ф где БрБ(РБ;, П- - напряжения, соответствующие фазовым сдвигам ЬЧЩ и участкам с, с(Фиг.З).Индикатором 8 индицируются фазовые сдвиги каждого из входных сигналов в градусах.Введение амплитудного ограничителя, сумматора, фазовращателя, ключа, селектора и блока управления фазовращателем позволяет компенсировать погрешность измерений, вызванную комбинационными и нелинейными продуктами преобразования частоты. Фазовый сдвиг измеряется на фиксированной частоте и амплитуде. Указанное выполнение составляющих устройство узлов дает возможность проведения точных измерений Фазовых сдвигов, скрытых наложениями сигналов (П, - Б, фиг.З),Измерение фазового сдвига производится в предлагаемом фаэометре на фиксированной частоте я при постоянной амплитуде Б. Поскольку на входы измерительного фазового детектора 7 не поступают никакие частоты, кроме у (напряжениеРП, и Б, в отличие от напряжения Б ), исключается вклад комбинационных и нелинейных продуктов преобразования частоты в результат измерений. Формула и э обретения 1. Фазометр по авт.св, В 561148, о т л и ч а ю щ и й с.я тем, что, с целью повьппения точности измерений в него введены амплитудный ограничитель, сумматор, фазовращатель, первый ключ, селектор и блок управления фаэовращателем, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к управляющему входу фазовращателя, включенному между вторым фильтром раэностной частоты и вторым входом сумматора, выход фазовращателя также связан через первый ключ с первым входом первого фазового детектора, выход которого через селектор подключен к индикатору, выход амплитуд ного ограничителя соединен с вторым входом блока управления фазовращателем, первым входом сумматора, а вход - с выходом первого фильтра разностной частоты, третий вход блока 15 управления фазовращателем связан с выходом второго фильтра разностной частоты, а управляющие входы первого ключа и селектора - с вторым выходом блока управления фазовращателем. 202. Фазометр по п.1, о т л и ч аю щ и йс;я тем, что блок управления фазовращателем содержит последовательно соединенные с первым входом второй фазовый детектор, вычитатель, 25 второй вход которого связан с выходом третьего Фазового детектора, пороговый элемент, второй ключ, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора пилообразного нап- ЗО ряЖения, а выход - с запоминающимэлементом, выход которого являетсяпервым выходом блока управления фазовращателем, причем первый входтретьего фазового детектора являетсявторым входом блока управления фаэовращателем, вторые входы второго итретьего фазовых детекторов,обьединены и являются третьим входом, авыход порогового элемента - вторымвыходом блока управления фазовращателем. 3, Фазометр по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что селектор содержит вычислитель, пять блоков выборки и хранения, временной селектор и амплитудный селектор, вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, а выходы - соответственно с входами блоков выборки и хранения, управляющие входы каждого из которых подключены к соответствующим выходам временного селектора, вход которого соединен с вторым выходом блока управления фазовращателем, выходы блоков выборки и хранения подключены поименно к входам вычислителя, выходы которого связаны с входами индикатора.1228040 Составитель В.ШубинТехред Г.Гербер едактор Л.Пчелинск хман рректо аказ 2284/4Тираж 728 осударственного ком лам изобретений и о Москва, Ж, Раушс Подписитета СССРкрытийая наб., д