Калибратор фазовых сдвигов

(51) 6 01 Й 25/О АНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕККЦЙ КОМИТЕТ С ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) 1, Авторское свидетельство СССР В 492825, кл. 6 01 Й 15/00, 1973.2. Авторское свидетельство СССР У 432421, кл. Й 01 К 25/04, 1973 (прототип).(54)(56) КАЛИБРАТОР ФАЗОВЫХ СДВИГОВ, . содержащий первый фазосдвигающий узел, первый и второй смесители, задающий генератор, пересчетные устройства, формирователь кода устанавливаемых фазовых сдвигов, подключенный к разрядным входам первого пересчетного устройства, цифровой отсчетный узел, подключенный к выходам разрядов этого же пересчетного устройства через блок ключей и регистр памяти, причем управляющие входы формирователя кода устанавливаемых фазовых сдвигов и блока ключей соединены с первым выходом второго пересчет- ного устройства, о т л и ч .а ющ и й с я тем, что, с целью повьппения точности установкй фазовых сдвигов, в него введены генератор высокой частоты, первый и второй управляемые делители, третий и четвертый смесители, гетеродин и калиб-. ратор постоянного напряжения, первый и второй блок формирования строб- импульсов, второй фазосдвигающий:,узел, умножитель частоты и усилители, при этом выход генератора высокой частоты подключен через первый и второй управляемые делители к входу первого фазосдвигающего узла, выход которого подключен к второму выходу калибратора и первым входам третьего и четвертого смесителей, два выхода калибратора постоянного ,напряжения соединены с вторыми вхо,цами соответственно первого и четвертого смесителей, гетеродин под-, ключен через первый блок формирования строб-импульсов к третьему входу первого смесителя и второму входу ,второго смесителя, а через второй блок формирования строб-импульсов к второму входу третьего смесителя и третьему входу четвертого смесителя, причем выход первого смесителя через первый усилитель подключен к первому управляемому делителю, выход второго смесителя через второй усилитель подключен к второму. фазо.сдвигающему узлу, выход третьего смесителя через третий усилитель .пбдключен к первому фазосдвигающему узлу, выход четвертого смесителя через четвертый усилитель подключен к второму управляемому делителю, выход задающего генератора через второй фаэосдвигающий узел и умножи-. тель частоты соединен с входами первого и второго пересчетных уст.-. ройств, первые и вторые выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам блоков формирования строб-импульсов, а первые входы первого и второГо смесителей соединены с выходом первого управляемого делителя и первыь(выходом калибратора.Изобретение относится к электроиэмерйниям и может быть использовано при установке калиброванных фазовых сдвигов в диапазоне частот1-600 ИГц. 5Известен фазовращатель, содержащий управляемый генератор с устройствами частотной и фазовой подстройки частоты, выход которого подключенк двум идентичным пересчетным схемам, причем входы разрядов первойпересчетной схемы подключены к выходу устройства записи кода, а к выходам подключены две группы вентилей,один вход первой из которых соединен с входом всего устройства, авыход через устройство аналоговойпамяти подключен к одному входу второй группы вентилей, выход которойсоединен с фильтром низких частот И. 20Недостатком этого фазовращателяявляется малый частотный диапазониз-за трудностей в построении перестраиваемого умножителя частоты,Например, чтобы получить Фазовый25сдвиг с дискретностью 1 для частот1 МГц необходимо ее умножитьв 360 раз, следовательно, на пересчетные схемы должна поступать частота в 360 МГц, а в,случае, если100 МГц, то эта частота должнабыть 36 ГГц,Наиболее близким к изобретениютехническим решением является калибратор фазовых сдвигов, содер 35жащий генератор, пересчетные схемы,фазосдвигающий узел, смесители ифильтры, причем к смесителям с фильтрами, включенными между выходамидвухканального преобразователя часто 40ты и фаэовым дискриминатором, подключены выходы пересчетных схем,на входах которых включен общий генератор, а выходы и входы разрядоводной из пересчетных схем подключены45соответственно к формирователю кодаустанавливаемогофазового сдвигаи цифровому индикатору через ключии регистр памяти, в то время какуправляющие входы формирователя и ключ50чеи цифрового индикатора соединеныс выходом второй пересчетной схемы 21 . Недостатком известного калибратора фазовых сдвигов является малая 55 точность установки фазы, что определяется: погрешностью преобразования фазового угла самого стробоско- . пического преобразователя, которая может достигать 2,50, погрешностью вторичного преобразования частоты. погрешностью фильтров и фазового дискриминатора Ьт перекоса амплитуд входных сигналов.Причем все эти погрешности носят аддитивный характер и несмотря на то, что система охвачена обратной связью, они алгебраически суммируются, и сумматорная погрешность установкн фазы может достигать 3-4Цель изобретения - повышение точности установки фазовых сдвигов.Поставленная цель достигается тем, что в калибратор фазовых сдвигов, содержащий первый фаэосдвигающий узел, первый и второй смесители, задающий генератор, пересчетные . устройства, формирователь кода устанавливаемьж фазовых сдвигов, подключенный к разрядным входам первого пересчетного устройства, .цифровой отсчетный узел, подключенный к выходам разрядов этого же пересчетного устройства через блок ключей и регистр памяти, причем управляющие входы формирователя кода устанавливаемых фазовых сдвигов и блока. ключей соединены с первым выходом второго лересчетного устройства, введены генератор высокой частоты, первый и второй управляемые делители, третий и четвертый смесители, гетеродин и калибратор постоянного напряжения, первый и второй блок формирования строб-импульсов, второй фазосдви" гающий узел, умножитель частоты и усилители, при этом вьжод генератора. высокой частоты подключен через первый и второй управляемые делители к входу первого фаэосдвигающего узла, вьжод которого подключен к второму выходу калибратора и к первым входам третьего и четвертого смесителей, для выхода калибратора постоянного напряжения соединены с вторыми входами соответственно первого и четвертого смесителей гетеродин подключен через первый блок формирования строб-импульсов к третьему входу первого смесителя и второму входу второго смесителя, а через второй блок формирования строб-импульсов к второму входу третьего смесителя и третьему входу четвертого смесителя, причем выход первого смесителя через первый усилитель подключен к первому управляеч564 4памяти, причем управляющие входыформирователя 13 и блока 16 ключейсоединены с первым выходом второгопересчетного устройства 18, а первыйи второй выходы пересчетных устройств14 и 18 подключены соответственнок первым и вторым входам блоков 11и 12 формирования строб-импульсов,задающий генератор 19 подключен че 1рез второй Фазосдвигающий узел 20,умножитель 21 частоты к входам первого 18 и второго 14 пересчетныхустройств. Кроме того, выход первогосмесителя 3 через первый усилитель22 подключен к первому управляемомуделителю 2, выход второго смесителя4 через второй усилитель 23 подключенк второму фазосдвигающему узлу 20,выход третьего смесителя 3 черезтретий усилитель 24 подключен к первому фазосдвигающему узлу 6, в,"ходчетвертого смесителя 8 через четвертый усилитель 25 подключен к второмууправляемому делителю,Калибратор фазовых сдвигов работает следующим образом.Если высокочастотный сигнал 09суммировать с заданной низкой фиксированной частотой в момент стробирования определенной частотой 1 стргенератора строб-импульсов и одовреИенно изменять фазу и амплитуду заданного напряжения низкой фиксированной частоты, то наступит такой момент,когда мгновенные значения выбороквысокочастотного сигнала и заданного напряжения будут равны 1,фиг. 2 а),.Причем частота гетеродина 1 долж"Стрна быть строго связана с частотойзаданного напряжения 1 и частотойвходного сигнала следующим соотноше- нием Калибратор Фазовых сдвигов содержитгенератор 1 высокой частоты, соединенный:с одним из входов первого управляемого делителя 2, выход которого под 30ключен непосредственно к первому вйходу всего устройства, к первым,входам первого 3 и второго 4 смесителей и через. второй управляемыйделитель 5, первый фазосдвигающий 35узел 6 - к второму выходу всегоустройства и к первым входам третьего 7 и четвертого 8 смесителей,калибратор 9 постоянного напряжения,два вьмода которого соединены соответственно с вторыми входамипервого 3 и четвертого 8 смесителей,генератор 10 частоты гетеродинаподключен через первый блок 11 формирования строб-импульсов к .третье- . 45му входу первого смесителя З,и второ-. му входу второго смесителя 4, ачерез второй блок 12 Формированиястроб-импульсов - к второму входутретьего смесителя 7 и к третьему 50входу четвертого смесителя 8, Формирователь 13 кода установки фазовыхсдвигов, подключенный к входам разрядов первого пересчетного устройства 14, цифровой отсчетный узел 15, . 55подключенный к выходам разрядовпервого пересчетного устройства 14через блок 16 ключей и регистр 17 3 бк стр31081 мому делителю, выход .второго смесителя через второй усилитель подключен к второму фазосдвигающему узлу, выход третьего смесителя через третий усилитель подключен к первому Фазосдвигающему узлу, выход четвер" того смесителя через четвертыйусилитель подключен к второму управляемому делителю, выход задающего генератора через второй фазосдви-. 10 гающий узел и умножитель соединен с входами первого и второго пересчетных устройств, первые и вторые выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам блоков формирования строб-импульсов, а, первые входы первого и второго смесителей соединены с выходом первого управляемого делителя и первым выходом калибратора. 20На, фиг. 1. представлена структурная схема калибратора фазовых сдвигов; на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие сущность его работыф на фиг, 3 - блок-схема блока форми рования строб-импульсов. где Х - частота заданного напряжения, например 10 кГц8 - частота входного сигнала,например 1-100 МГцср - частота строб-импульсовгетеродина диапазон08-2 МГцФ - количество периодов вход"ного ВЧ сигнала, котороеукладывается в периоде частоты гетеродина;П,.2, 3Если выделить строб-импульс совпа"Ъ дающий с К импульсом умноженной частоты заданного напряжения (фиг. 2 е, ж), и стробировать им ВЧ сигнал (фиг; 2 д), то, изменяя фазу ВЧ сиг, нала относительно заданного, можно. добиться совпадения этого строб-им пульса с К импульсом умноженной частоты заданного напряжения и переходом через нуль ВЧ сигнала фиг. 2 з) . Задавая определенную фазу на низкой частоте, можно добиться установ ки ее на высокой частоте.Из фиг. 2 а видна, что если заданное напряжение и напряжение ВЧ сигнала совпадает по фазе, т,е. переходы через нуль ВЧ сигнала и заданного . 15 напряжения совпадают в момент стробирования, то для определения максимума ВЧ сигнала достаточно выделить строб-импульс, который будет сдвинут относительно строб-импульса, про ходящего через нуль на 1/4 часть количества строб-импульсов, т.е. на 1/2. фиг. 2 в).Если затем производить стробирование в одну точку и сравнивать при этом амплитудное значение ВЧ сигнала О р и амплитуд- ное значение заданного напряжения0, то,изменяя амплитуду 58 ц можно добиться полной их компенсации. В качестве амплитудного напряжения можно брать постоянное напряжение, которое можно нормировать как на входе, так и на выходе фазовращателя.На фиг. 2 а показано, что в точке 0 совпадают моменты переходачерез нуль заданного ВЧ сигнала иимпульс стробирования. Причем импульсстроба,йср "О", проходящий в моментперехода через нуль заданного 40и ВЧ сигналов (фиг. 2 б, г) а также импульс строба, сдвинутый на/2, формируются один раз в периоде заданного напряжения для того,чтобы стробирование происходилов одну точку.Калибратор фазовых сдвигов работает следующим образом.Высокочастотный синусоидальныйсигнал, снимаемый с генератора 1,поступает через делитель 2 на смесители 3 и 4. Установка требуемогозначения сдвига фаз осуществляетсяпутем записи соответствующего емупараллельного кода, вырабатываемогоформирователем 13 кода в разряды пе-,ресчетного устройства 14 в момент заполнения пересчетного устройства 18,Цифровая индикация устанавливаемого фазового сдвига выполняется при по-. мощи отсчетного узла 15 с регистром 17 памяти, на который через блок 16 ключей переписывается мгновенное значение кода, устанавливаемое на:, пересчетном устройстве 14 в момент заполнения пересчетного устройства 18,Дискретность устанавливаемых сдвигов фаз определяется коэффициентом умножения частоты умножителя 21 сигнала, снимаемого с генератора 19. При выборе коэффициента умнб" жения,равного 360, и коэффициента деления пересчетных устройств, тоже равного 360, дискретность устанавливаемых сдвигов составит 1 . Импуль- . сы начала периода заданного напряаения и сдвинутые относительно этого начала на четверть периода с пере- счетного устройства поступают на блок 11, Блок .11 формирует строб- импульс в момент начала периода заданного 5 напряжения, который стробирует в смесителе 4 высокочастотный сигнал ОЕАР Если при переходе через нуль ВЧ сигнала начало периода за,данного напряжения, а также моментпоявления строб-импульсов не совпадают, появляется напряжение неком,пенсации, которое подается через усилитель 23 на узел 20, узел 20 из- меняет фазу заданного напряжения 0 до тех пор, пока строб-импульс, формируемый блоком 11 в момент начала. периода заданного напряаения 0, не совпадает с переходом через нудь ВЧ сигнала 0 9. Тогда на выходе смесителя 4 напряжение некомпенсации будет минимальным. Одновременно строб-импульсом, сдвинутым на четверть периода относительно нулевого (строб-импульса), стробируются в смесителе 3 амплитудное значение высокочастотного синусоидального напряжения и нормированное постоянное напряжение, снимаемое с калибратора 9. И в случае их неравенства напряжение,. усиленное усилителем 22, подается на управляемый делитель. 2, который изменяет амплитуду высокочастотного напряжения до полной компенсации. Таким образом схема автоматически привязывает фазу заданного напряжения к фазе ВЧ сигнала, а также устанавливает амплитуду ВЧ сигнала равной нормированному постоянному напряжению, снимаемому с калибрато1 О ра 9. С пересчетного устройства14 поступают импульсы начала периода заданного напряжения и импульсы,сдвинутые относительно, этого начала на четверть периода, причем эти 5импульсы сдвинуты относительно импульсов, выдаваемых пересчетнымустройством 18, на угол, заданныйс кодбм установки фазового сдвига,и поступают на блок 12. Блок 12формирует строб-импульс в моментначала периода заданного напряжения,который стробирует в смесителе 7напряжение, поступающее с узла 6.Напряжение некомпенсации усиливаетсяусилителем 24 и поступает на узел 6,который изменяют Фазу ВЧ сигнала05 до тех пор, пока строб-импульс,проходящий в момент начала:периодазаданного напряжения, не совпадает 2 О.с моментом перехода через нуль ВЧсигнала. Одновременно строб-импультсом, сдвинутым на четверть периодаотносительно нулевого строб-импульса,сформированного в блоке 12, стробиру ется в смесителе 8 амплитудное зна-.чение высокочастотного синусоидального напряжения и нормированноепостоянное напряжение, снимаемоес калибратора 9. Напряжение неком- ЗОпенсации через усилитель 25 поступает на управляемый делитель 5, изменяя коэффициент передачи его дотех пор., пока амплитудное значение. ВЧ сигнала не будет равно заданномуФ35постоянному напряжению, снимаемомус калибратора 9,На фиг, 3 представлена блок-схема блока формирования строб-импульсов в момент начала периода задан- . щного напряжения, а также строб-импульса, сдвинутого относительно этогоначала на четверть периода.Блок работает следующим образом.В пересчетных устройствах 18 45и 14 1 фиг. 1) выделяются импульсы1 начала периода заданного напряженич и импульс, сдвинутый относительно этого начала на четверть период той же частоты. Импульсы поступают на два Фб ;триггера 26 и 27. С приходом этих импульсов д частотой заданного напряжения триггеры устанаваливаются в исходное состояние. Импульс с генератора 10 частоты гете- родина проходит через элементы И 28 и 29 и через линии 30 и 31 задержки устанавливает триггеры в исходное состояние. В формирователях 32 и 33 формируются строб-импульсы. Блок позволяет формировать строб- импульсы, совпадающие с началом периода заданного напряжения с импульсами, сдвинутыми относительно этого начала на четверть. периода.Таким образом, Фазовые соотношения, установленные на фиксированной низкой частоте, автоматически переносятся на высокую частоту с большой точностью компенсационной схемой автоматического поиска переходов через нуль высокочастотных сигналов в моменты стробирования, Причем требуемый уровень перепадов высокочастотных напряжений калибратора фазовых сдвигов нормируется постоянным напряжением, снимаемым с калибра" тора постоянных напряжений в широком диапазоне. Устройство позволяет автоматически перенести эти уровни на высокую частоту.Погрешность установки фазы в предлагаемом изобретении может: достигатвдо десятых долей градуса (О 8 Ф%Э О,э, тогда как в известноМ она может достигать 3-4 О, кроме то 1 о, это устройство позволяет установит заданное значение перепада уровней сигнала калибратора с большой точностью 0,8-0,6 Х и поддерживать его постоянным при изменении нагрузки,1081564 Со дещоого ЙаодапересчетноО схемы би ставитель В. хред Л.Микеш дак тор шева каз 1543/4 Тираж 711 НИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб