Радиоимпульсный фазометр

(19) 1 Р 25/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ющеиапряеский инст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(561 Авторское свидетельство СССР У 911709, кл. ЬО й 25/00, 1983,Авторское свидетельство СССР М 1081.561, кл. С 01 К 25/00, 1983, (541 РАДИОИМПУЛЬСНЫЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к технике радиоизмерений. Может быть использовано в системах для измерения сдвига фаз перекрывающихся радиоимпульсных сигналов с неизвестными частотами. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений, достигается тем, что в устройстве осуществляется измерение разности фаз между парами наложенных радноимпульсов посредством обработки огибабиений суммарного раэностного нжений. Устройство содержит сумматор 1, вычитатели 2.1-2.3, фазовращатель 3, детектор 4 наложения сигналов, вычислители, 5. и 5.2, блоки6.1-6.4 - выборки хранения, блок 7обнаружения сигналов, пиковые детекторы 8.1-8.2, формирователь 9 и расширитель О импульсов, инвертор 16,ключ 17, индикаторы 18. и 18.2. Вустройстве имеется также блок 11 определения знака, в состав котороговходят амплитудные детекторы 12.и 12.2, фазовый детектор 13, усилитель-ограничитель 14, управляемые инверторы 151 и 15.2. Современнаяэлементная база вследствие недостаточного быстродействия не позволяетпроизводить измерения на частотахболее 5-10 МГц, поэтому в данном устройстве используется огибающая биений, 1 э.п.ф-лы, 3 ил.1234780 ственно с выходами вычислителя 5,1и детектора 4 наложения сигналов,Выход формирователя импульсов 9 подключен к сбросовым входам пиковыхдетекторов 8.1 и 8.2, а выход соединен с выходом блока 7 обнаружениясигналов, вход которого связан с одним из входов устройства. Вход амплитудного детектора 12,1 подключенк информационному входу пикового детектора 8.2 и является первым входомблока определения знака. Вход другого амплитудного детектора 2.2 является вторым входом блока определениязнака и связан с информационным входом пикового детектора 8,1, Вход усилителя-ограничителя 14 соединен с выхо,цом блока 6,1 выборки-хранения, входом индикатора 18. и является третьим входом блока определения эна 20 ка. Вход управляемого инвертора15.2 является четвертым входом блока Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазоизмерительных системах для измерения сдвига Фаз перек-,рывающихся радиоимпульсных сигналовс неизвестными частотами,Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерения Фазовогосдвига наложенных радиоимпульсныхсигналов,Поставленная цель достигается темчто устройство осуществляет измерение разности фаз между парами наложенных радиоимпульсных сигналов посредством обработки огибающих биенийсуммарного и разностного напряжений,В этом случае частота огибающих биений на несколько порядков меньше частот самих сигналов. В прототипе всеизмерения осуществляются путем обработки непосредственно высокочастотного заполнения радиоимпульсов. Современная элементная база вследствие недостаточного быстродействия не поз, воляет производить измерения на частотах более 5-10 МГц, поэтому целесообразно испольэовать огибающую биений. На фиг, 1 представлена структурная схема устройства на Фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия.Устройство содержит сумматор вычитатели 2.1, 2.2 и 2,3, Фазовращатель 3, детектор 4 наложения сигналов, вычислители 5,1 и 5,2, блоки 6,1, - 6,4 выборки-хранения, блок 7 обнаружения сигналов, пиковые детекторы 8.1 и 8.2, формирователь 9 импульсов, расширитель 10 импульсов, блок 11 определения знака, в состав которого входят амплитудные детекторы 12,1 и 122, фазовый детектор 13, усилитель-ограничитель 14, управляемые инверторы 15.1 и 15.2, Кроме того, фазометр содержит инвертор 16, ключ 17, индикаторы 18.1 и 18.2.Входы вычитателя 2.1 и сумматора 1 соединены попарно и являются входами устройства. Выход сумматора 1 соединен с входом Фазовращателя 3, входы детектора 4 наложения сигналов подключены к выходам вычитателя 2.1 и фазовращателя 3. Входы вычислителя 5.1 соединены с входами детектора 4 наложения сигналов, информационный и управляющий входы блока 6,1 выборки хранения связаны соответ 25 30 35 40 45 50 55 определения знака, связан с выходом вычислителя 5.2, входы которого соединены с выходами вычитателей 2.2 и 2,3. Входы Фазового детектора 13 подключены к выходам амплитудных детекторов 2.1 и 2.2, а выход подсоединен к информационному входу инвертора 16,1, управляющий вход которого связан с выходом усилителя-ограничителя 14. Выходом блока определения знака является выход управляемого инвертора 15.2, управляющий вход которого соединен с выходом управляемого инвертора 15.1 Информационные входы пиковых детекторов 8,1 и 8,2 подключены соответственно к выходам фазовращателя 3 и вычитателя 2.1, а выходы связаны с информационными входами соответственно блоков выборки- храпения 6.2 и 6.3, Выход расширителя 10 импульсов подсоединень к управляющим входам блоков 6.2 и 6.3 выборки-хранения, а вход связан с выходом детектора 4 наложения сигналов и входом инвертора б, Первые входы вычитателей 2,2 и 2.3 подключены соответственно к выходам блоков 6,2 и 6.3 выборки-хранения, вторые входы - соответственно к выходам пиковых детекторов 8.1 и 8,2, Крометого, информационный вход блока 6.4выборки-хранения связан с выходомуправляемого инвертора 15,2, управляющий вход - с выходом инвертора 16, а выход соединен с информационнымвходом ключа 17, выход которого подключен к входу индикатора 18.2. УпО, Л,- 2 3 12347 равляющий вход ключа 17 связан с выходом детектора 4 наложения сигналов.Фаэометр работает следующим образом. 5На входы измерительных каналов поступают два перекрывающихся радио- импульсных сигнала (фиг.2 а, Б) .Аналитические выражения сдвинутых по фазе наложенных радиоимпульсов 1 О с прямоугольной огибающей могут быть записаны в следующем виде:О- О Ь,. ( )+ "е, ч, ) Г ,) 1(1 (11% ( )+я, 1,П ( (,1- 11 где 11 о.) с - амплитуда, частоъ фта и начальная фаза первого радиоимпульса;Ч - фазовый сдвиг меж 1ду первыми радиоимпульсами по каналам;амплитуда, частотаи начальная Фазавторого радиоимпульса; 30фазовый сдвиг между вторыми радиоимпульсами по каналам;время начала и кон ца первого радиоимпульса;время начала и конфца второго радиоимпульса. 40На выходах сумматора 1 и вычитателя 2.1 имеемо (о=2 О (Ч, ) 5 ( 2,с+ч,к 1. 1.,)- 1( ( Ц+2(1 сОз(Ч 1 т)ьеЫтФфЧ ) ( (т 1 д) 45-1( 1 - 1,)1.О ):Иг ., (ц, )-,( ,Ф Ч,)С)Л-).,)- -1(1-1,Ц+20 ьи (Чф )сиз(и 1 1 +Ч )(1, -1 т)- 1( с -. , 50 где О (О, 06 И) - суммарный и разностЕный сигналы соответственно.С выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигается Фазовращателем 3 55 на фиксированный угол % /2 во всей рабочей полосе частот. На выходе Фазовращателя 3 (фиг,.2 в 1 80 4О 1 =2 О соз (Ч,1 )соь ( в.1 ( +ч,)(1(1,1.- 1. - Т,)1,гдеИ,с(1) - сдвинутый суммарный сигналСдвинутый суммарный и разностныйсигналы поступают на входы вычислителя 5.1, далее на информационныйвход блока 6,1 (фиг.2 г) выборки-хранения. Детектор 4 наложения сигналов, подключенный к выходам фазовращателя 3 и вычитателя 2,1 Формируетимпульс, соответствующий участку наложения 1 - ( (Фиг.2 д). Данные импульсы управляют работой блока 6.1выборки-хранения. При значении управляющего напряжения равном нулюблок выборки-хранения (БВХ) 6.1 находится в режиме "Запись" (фиг,2 е),При появлении на управляющем входеимпульсного напряжения БВХ 6.1 переходит в режим нХранениен ( участок( -(, фиг.2 е) . Значение напряжения,полученное на открытых участках(, - ( и 1 - 1, соответствует измеряемой разности фаз между первой парой перекрывающихся радиоимпульсныхсигналов. Данное значение хранитсяв БВХ 6.1 и подается на вход индикатора 18.1 ( фиг.Зе),.Сдвинутые суммарный и разностныйсигналы с выхода Фазовращателя 3 ивычитателя 2.1 подаются на входы пиковых детекторов 8.1 и 8,2, которыевыделяют пиковые значения сигналов(Фиг,За) .На открытом участке 1, -1,на выходе пиковых детекторов постоянное напряжение, соответствующее амплитудному значению напряжения первой парывходных сигналов, В это время ВВХ 6.2и 6.3 находятся в режиме "Запись"(фиг.Зд). На участке наложения (, -(на выходе детектора наложения сигналов 4 появляется видеоимпульс, который переводит БВХ 6,2 и 6,3 в режим"Хранение". На участке наложенияпиковые детекторы фиксируют максималь.ное значение на огибающих биений,сдвинутого сумматорного и раэностного сигналов (фиг,За) . Вычитатели 2,2и 2.3 определяют разность между максимальными значениями напряжения наоткрытом участке 1, -и максимальными значениями на огибающих. Выходныесигналы вычитателей 2,2 и 2,3 поступают на вход вычислителя 5.2, осуществляющего операцию вычисления уд 1234780военного значения арктангенса отношения.На выходе блокаобнаружения сигналов образуется импульс, длитель-ность которого соответствует общейдлительности радиоимпульсовфиг.Зб), Данный сигнал управляет работой формирователя 9 импульсов и вмомент его окончания 1 на выходе510формирователя 9 импульсов появляется короткий импульс, осуществляющийсброс Пиковых детекторов 1 Фиг.Зв),Расширитель О импульсов осуществляет задержку заднего Фронта импуль-,15са, управляющего режимами работы блоков 6,2 и 6,3 выборки-хранения( фиг.Зг,д), Задержка должна бытьбольше суммарной постоянной времениинвертора 16 и блока 6.4 выборки-хранения. Амплитудные детекторы 12,1и 12,2 выделяют огибающие суммарного и раэностного сигналов. Сигналыс выходов амплитудных детекторов 12.1и 12,2 поступают на входы фазовогодетектора 13.В зависимости от временного положения максимумов и минимумов на огибающих суммарного и разностного напряжений на выходе фазового детекто- ЭОра появляется видеоимпульс, полярность которого зависит от этого временного положения, Например, при максимуме на одном из сигналов, а минимуме на другом на выходе Фазового З;детектора появляется импульс отрица-,тельной полярности, при совпадениимаксимумов на огибающих - положительной полярности ( Фиг.Зж),40Выходной сигнал блока 6.1 выборки-хранения, несущий информацию о знаке разности Фаз между первой па" рой радиоимпульсов, ограниченный усилителем-ограничителем 14, управляет41 работой управляемого инвертора 15.1.В зависимости от знака выходного напряжения усилителя-ограничителя 14 инвертор 15.1 пропускает или инвертирует выходной сигнал Фазового детектора 13, Выходное напряжение уп 50 равляемого инвертора 15.1 управляет режимом работы второго управляемого инвертора 15.2, который, в свою очередь, инвертирует или пропускает без изменений на вход четвертого БВХ 6,4 сигнал с выхода вычислителя 5,2.Режимы работы блока 6.4 выборки- хранения находятся в противофазе с режимами работы БВХ 6,1, 6,2 и б.З, т,е. на открытых участках 1 - . и2режим Хранение 11, на участке наложения 1 - 1 - режим "Записььь Л(фиг,2 ж) . Противофазность обеспечивается за счет того, что сигнал с выхода детектора 4 наложения сигналов проходит через инвертор 16,Ключ 17, информационный вход которого подключен к выходу БВХ 6,4, управляется также сигналом с выхода детектора 4 наложения сигналов.и закрывается лишь на участке наложения входных сигналов ) - 1, 1 фиг,2 з) . Выходное напряжение ключа 17, соответствующее разности Фаз между второй парой наложенных радиоимпульсов, подается на вход индикатора 18.2 (Фиг,Зз) .При этом на выходе Фазового детектора 13 при максимумах на огибающих сигналов появляется положительный импульс (Фиг.Зж), при максимуме и минимуме - отрицательный.Таким образом, зная знак одного из углов 1 знак Ч на выходе БВХ 6.1)1и зная, временное совпадение максимумов и минимумов на огибающих (сигнал с выхода фазового детектора 13), можно сделать заключение о энакеЧ ;инвертор 15.1), который и присваивается сигналу с выхода вычислителя 5.2 управляемый инвертор 15.2),так как на выходе вычислителя 5,2 знак всегда положительный вследствие того, что берется отношение модулей,Поэтому на управляющий вход управляемого инвертора 15,1 подается напря. жение с выхода БВХ 6,1, предварительно,ограниченное усилителем-ограничителем 14, В зависимости от знака на управляющем входе управляемый инвертор 5.1 инвертирует или не ин ертирует сигнал с выхода Фазового детектора 13 с учетом знаков выходных напряжений БВХ 6.1 и фазового детектора 13, инвертор 15.2 присваивает знак выходному напряжению вычислителя 5,2, т.е, пропускает его без изменения, либо инвертирует.Бпок 6.4 вь 1 борки-хранения, работающий в противофазе с БВХ 6.2 и 6.3, на участке наложения запоминает значение разности между второй парой радиоимпульсных сигналов (в зто время ключ 7 закрыт).В момент окончания управляющего импульса с выхода детектора 4 нало 1234780-е) где О и рвого и баний с амплитуды второго ко о;частота ветстве- разностнаяколебаний;Ч- фазовый уговающий сдвиду колебани л, учитьг фаз меями,первого индикатдинен с выходомвходы которогоно с выходами вчитателей, инфовых детектороввенно к выходам ретьего вывходы пикосоответстеля и нерторого и т рмационные подключены Фаэовращат ого вычитателя,нформационными в выходы связаны с дами соответственго блоков выборно второго и третьеки-хранения, выходпульсов подсоединенвходам второго и трборки-хранения, а входом детектона нали входом инверторарого и третьего выччены соответственнго и третьего блокния, вторые входы -расширич еля имк управляющим етьего блоков выход связаножения сипервые в налов ходы вто- подклю- второ- -хране- пи итателейк выходам в выборки к выходам жения сигналов в БВХ 6.2, 6.3 и 6.4 меняют режимы работы При этом может случиться так, что БВХ 6,2 и 6.3, переходя в режим Запись, начнут записывать выходное напряжение пиковых детекторов 8.1 и 8,2, которое в это время продолжает фиксировать максимальные значения огибающих, поэтому БВХ 6.4, переходя из режима "За пись в режим Хранение, может записать и хранить потом значение, которое является ложным и не соответствует измеряемой разности фаз между второй парой наложенных радиоимпульсов. 15Для того, чтобы этого не произошло, режимы "Хранения" БВХ 6,2 и 6.3 заведомо удлинены во времени при помощи расширителя 1 О импульсов, а пиковые детекторы 8.1 и 8.2 сбрасыва ются лишь по окончании обоих радиоимпульсов (фиг.3 в,з,д).По окончании участка наложения .ключ 17 открывается, на вход индикатора 18.2 поступает напряжение, соот ветствующее разности фаз между второй парой радиоимпульсных сигналов.Уравнение для огибающей суммы двух сигналов имеет вид Из уравнения следует, что частота огибающей равна разности частот,поэтому верхняя граничная частота ограничивается лишь максимальным разносом частот, Практически соотношение амплитуд, начальных фаз, Фазовых сдвигов, сигналов принципиальных ограничений не имеет и ограничивается только конкретной реализацией.Широкий диапазон несущих частот наложенных радиоимпульсов сигналов позволяет использовать предлагаемый радиоимпульсный фазометр в современных фазоимпульсных измерительных системах. Функциональные возможности устройства позволяют использовать его также для измерения разности фаз не- наложенных радиоимпульсных сигналов. Формула и з обретения 1.Радиоимпульсный фазометр, содержащий последовательно соединенные входы, сумматор, входы которого соединены с первым входом устройства, Фазовращатель, детектор наложения сигналов и блок выборки-хранения, второй вход которого соединен с выходом вычислителя, вычитатель, первый вход которого соединен с вторым входом, устройства и вторым входом сумматора, второй вход вычитателя соединен с первым входом устройства, а выход вычитателя соединен с первыми входами вычислителя детектора наложения сигналов, выход которого соединен с управляющим входом ключа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, введены блок обнаружения сигналов, два пиковых детектора, три блока выборки-хранения, два щичитателя, формирователь импульсов, расширитель импульсов, блок определения знака, вычислитель, иивертор, два индикатора, причем выход формирователя импульсов подключен к сбросовым входам пиковых детекторов, а вход соединен с выходом блока обнаружения сигналов, вход которого связан с одним из входов устройства, первый вход блока определения знака подключен к информационному входу пикового детектора, второй вход - к информационному входу другого пикового детектора, третий - связан с выходом первого блока выборки-хранения и входом ора, четвертый - сое" второго вычислителя,связаны соответствен 9 23 ковых детекторов, кроме того, информационный вход четвертого блока выборки-хранения связан с выходом блока определения знака, управляющий - с выходом инвертора, а выход соединен с информационным входом ключа, выход которого подключен к входу второго индикатора.2,Фазометр по п.1,о т ли ч а ю щ и й с я тем, что, блок определения знака включает два амплитудных детектора, фазовый детектор, два управляемых инвертора, усилитель-ограничитель,причем входы амплитудных детекторов являются соответственно первым и вто 4780Орым входами блока определения знака,выходы связаны с входами фазового детектора вход усилителя-ограничителяподсоединен к третьему входу блока,а выход - к управляющему входу первого управляемого инвертора, информационный вход которого подключен квыходу фазового детектора, кроме того, четвертый вход и выход блока оп 10 ределения знака являются соответственно информационным входом и выходом второго управляемого инвертора,управляющий вход которого связан свыходом первого управляемого инвер 3.5 тора,1234780 б) Составитель В.Шубиедактор А.Авраменко Техред И,Попович орректор М.Демчик акаэ 2980 4 сно Производственно-по г)Оц Тираж 728 Подп ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., ческое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4