Устройство для определения фазового сдвига радиочастотных сигналов

(5 1 К 25 00 ГОС ПОД ре ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) Авторское свидетельство СССР Ф 935816, кл. С 01 К 25/00, 1980.В,Ф.Денисов и В.В.Хилильв Обработ" ка сигналов в лазерном интерферометс механическим сдвигом частоты.- М., 1982. - (Препринт ИДЭ 3635/14). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА РАДИОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной и плазменной технике и может быть использовано в фазометрах для определения временного и пространственного распределения концентрации плазмы в составе СВЧ лазерных интерферометров, а также в устройствах измерительной техники, где необходимо непрерывно измерять фазу сигнала в диапазоне, превышающем 2 в условиях интенсивных помех. Целью изобретения является повышениее.омеххуСтойЧивоссти. Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсных сигналов, КЯ- триггер 3, блок 4 преобразования дли" тельности в код. При этом триггер 3 и блок 4 образуют блок 5 подсчета изменения фазы от 0 до 26, Кроме того, устройство содержит блок б подсчета изменения фазы свыше 27(, блок 7 срав- нения с низким порогом, блок 8 сравнения с высоким порогом, блок 9 выдеГления фазы свыше 2 Оу реверсивный счетчик 10, блок 11 переключения дна-С пазона, цифроаналоговый преобразователь 12. Устройство повышает помехоустойчивость путем снивенин чувствительности к помехам одного вида и восстановления истинного значения вы- = ходной информации при воздействии помех другого вида. 1 э.л. ф-лы, 5 ил, 1430903Изобретение относится к измерительной и плазменной технике и можетбыть использовано в фазометрах дЛяопределения временного и пространственного распределения концентрацииплазмы в составе СВЧ и лазерных интерферометров, а также в устройствах, .измерительной техники, где необходимонепрерывно измерять фазу сигнапа в 10диапазоне, превышающем 2, в условияхинтенсивных помех.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости,Иа Фиг.1 представлена блок-схема 15устройства на фиг,2 - временные диаграммы работы блока подсчета изменений Фазы от 0 до 2 и; на фиг.3 - временные диаграммы работы блока подсчета изменений Фазы свыше 2 Я, на Фиг.4 -20временные диаграммы работы блока подсчета изменений фазы свыше 2 привоздействии помех; на фиг,5 - Функциональная схема устройства.Устройство содержит Формирователи 251 и 2 импульсных сигналов, выходы которых соединены с входами КБ-триггера 3, выходом соединенного с входомблока 4 преобразования длительностькод (ПДК), При этом КБ-триггер 3 иПДК 4 образуют блок 5 подсчета изменений Фазы от 0 до 211, выход блока 4соединен с входом блока 6 подсчетаизменений фазы свыше 2 И, соединенноготакже с входами порогового узла 7сравнения с низким порогом и порогового узла 8 сравнения с высоким порогом, при этом выходы узлов 7 и 8 соединены с входами узла 9 выделениялизменения фазы свыше 2 п, выходы которого соединены с входами реверсивногосчетчика 10, выход которого соединенс одним входом блока 11 переключениядиапазона, другой вход которого сое"динен с Выходом ПДК 4, а выход с входом цифроаналогового преобразователя(ЦАП) 12.Блок 4 преобразования длительность - код содержит Э-триггер 13синхронизации один вход которого соединен с выходом КБ-триггера 3, а второй - с выходом задающего генератора.14 через делитель 15 частоты, приэтом инверсный выход 0-триггера 13соедннак через ключ 16 с С-входомсинхронного счетчика 17 на 64, К-вход 55которого соединен с входом ключа 16,а выходы - с входом регистра 18, тактовый вход которого соединен с прямым выходом Э-триггера 13, а выход - с выходом блока 5 подсчета изменений фазы от 0 до 231, при этом второй входключа 16 соединен с выходом задающего генератора 14, а блок б подсчета изменений фазы свыше 2 й содержит узлы 7 и 8, вторые входы которых соединены с кодовыми входами установки области контроля, а выходы - с входами элементов 19 и 20 задержки соответственно и входами элементов И 21 и 22, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика 10, а вторые входы - с выходами элементов 19 и 20 задержки, вход блока 6 соединен через интерфейсный блок 23 с шинами ЭВМ, вывод информации с ЦАП 12 осуществляется через усилитель 24 мощности, а опорный сигнал поступает на формирователь 2 с делителя 25 частоты на 32, входом соединенного сделителем 15. На фиг,2-4 введены обозначения: ОК - выход формирователя 2;ИК - выход формирователя 1; КБ - сиг"нал на выходе КБ-триггера; СС 1 - порог узла 8; СС 2 - порог узла 7;а - выход узла 8; б - выход узла 7, в - сигнал на выходе элемента 19 задержки, г - сигнал на выходе элемента 20задержки; д " сигнал на выходе элемента И 2 1, е - сигнал на выходе элемента И 22.Устройство работает следующим образом.Помехи, воздействующие на устройство определения фазового сдвига радиочастотных сигналов, проявляются в изменении регулярности импульсов измерительной последовательности, сравниваемой в устройстве по фазе с внутренней опорной последоватепьностью. В нормальных условиях на каждыйимпульс опорной приходится один импульс измерительной последовательности, их фазовые соотношения меняютсямонотонно во времени (не более 107эа период). Таким образом помеха проявляется в появлении лишних импульсовв измерительной последовательности либо пропадании рабочих импульсов.По переднему фронту импульса, пришедшего раньше рабочего импульса измерительной последовательности, вырабатывается короткий, 5 нс, импульс вформирователе 1 импульсной последовательности (фИП), который переключает КЯ-триггер 3 блока 5 подсчета изменений фазы 0-21 раньше рабочего импуль 1430903са (фиг,2). Это вызывает более короткий, чем ожидаемое значение, выходной.импульс КЯ-триггера 3 и после егооцифровки уменьшенное значение выходного цифрового кода ПДК 4,В условно-аналоговом виде этоскачкообразное изменение сигнала внизизображено на Фиг.4. В зависимостиот величины предшествующего значенияфазы и амплитуды этого изменения возможны два варианта. Если скачкообразно изменившийся сигнал пересекаетлишь один порог сравнения, срабатывает только один узел 7 или 8 сравнения в блоке 6 подсчета изменений ФазыГфсвыше 2, блок 6 подсчета измененийфазы свыше 2 П не срабатывает и навход реверсивного счетчика 10 импульсне поступает - помеха подавлена. Если скачкообразно изменившийся сигналпересекает оба порога узлов 7 и 8сравнения, схема отрабатывает егокак рабочий импульс и изменяет показания счетчика 10 на единицу. В следующий же такт опорной последовательности на выходе КЯ-триггера 3, имеется правильное, без помехи, о ределение фазы, выходной код блока 5 подсчета изменений фазы 0-2" возвращается к истинному значению, что вызывает обратное скачкообразное изменение сигнапа, пересекающее оба порога,и на счетчик 10 поступает импульс,изменяющий его показания на единицув обратную сторону, т.е. воздействиепомехи нейтрализуется, схема восстанавливает истинное значение фазы.В соответствии с принципом работыинтерферометра выделенный иэ СВЧ детектора сигнал, содержащий информациюо концентрации плазмы в виде фазысигнала и по частоте, приблизительноравный опорной частоте, поступает наустройство определения фазовогосдвига.; Импульсы опорной последовательности получены делением тактовой частотыв 32 раза делителем 25.ФПИ 1 и 2 по положительным фронтамимпульсов ИК и ОК вырабатывают короткие 5-10 нс, импульсы, необходимыедля увеличения разрешающей способности блока подсчета 0-2 Г, принцип действия ФПИ основан на использованиизадержки логических элементов. Блок5, изменяющий фазу импульсов ИК от-носителвно ОК, выполнен на КЯ-триггере 3, преобразующем разность фаз 81 О в течение всего времени измерения, С этой целью цифровой код с выхода блока 5 0-27 подается на два пороговых узла 7 и 8 сравнения, где сравнивается с двумя порогами: с верхним, который соответствует 211/З,.и с ниж лним, который соответствует 1 ЧЗ. Выходные сигналы узлов 8 и 7 задерживаются на элементах 19 и 20 задержкина время й = 40 нс, после чего вы 15 20 25 30 35 40 45 длительность импульса. Л-триггер 13осуществляет синхронную привязку выходных импульсов КБ-триггера 3 к тактовой частоте устройства, а синхронный счетчик 17 на 64, управляемый ключ 16 и регистр 18 образуют ПДК 4,Таким образом, на выходе регистра 18 присутствует код, соответствующий фазе входного сигнала, смена информации регистра 18 блока 5 подсчета изменений фазы 0-2 и происходит с частотой импульсов ОК. Счетчик 17 имеет объем в 6 двоичных разрядов и запитывается вдвое большей частотой заполнения, чем та, которой соответствуют импульсы минимальной длительности с триггера 13, а в регистр 18 считывается 5 старших разрядов счетчика 17- это обеспечивает большую устойчивость работы блока 5 подсчета, так как устраняет дрожание информации в младших разрядах.Цифровой код на выходе блока подсчета изменений фазы Оп содержит всю информацию, описывающую изменение фазы, если набег фазы превьппает 2 П, то в выходной информации наблюдаются резкие изменения величины сигнала (на величину = 2 Я, чередующиеся с монотонным изменением сигнала, причем вид пилообразной картины однозначно определяется изменением фазы во времени (фиг.З). Момент такого скачкообразного изменения есть момент изменения Фазы на 2 11, а его направление (от большего значения к меньшему или наоборот) означает, что фаза увеличилась или уменьшилась на 2 и (скачкообразное изменение от большего к меньшему соответствует увеличению фазы на 2 Й), Воспользовавшись этим правилом, можно по.выходной информации восстановить общую монотонную картину изменения Фазы во всем диана" зоне (сколь угодно превьпнающем 2 Я .Этой цели служит блок 6 подсчета изменения Фазы .свыше 2 Й, подсчитываю"щий число переходов Фазы через 21 п:ен" г ХОДНОй С.ГПЯ 1) Зт)Я ПттДМеГ т)у) ттттаГОДЕрЖЯННЬМ г)гг 1 ага 11бсрОТ сигнВл узласигналом ат узла2. и 22,йалаженье .",;. -;,1 только в 11 а.е;:.т Ск,НЕНИЯ СИГНЯтга га 1 Р ПР 1 тЧЕМ Наг 1 а);Е)"г 1 Е 1 В. иЕцтг; .т НИЕ СИГУ,а)11 .-т,тп-,НЯПРЯВЛЕН 5 Е С 1 аттгЯЗХОДНЬЕ 1 УЛЬС)Ь т.) ВЕ 1 СИВ 11 О) 5 С т:т"ттт" Р 7 - т;- П 1 ВЯЕТГ Г На т.,",-Я 1 т тн 5.;65 1- ат узла 3 и. Нао- )3 " с задержанным 13 ЗЛЕМЕНТЯХ 1 гт т "."тт;. рв.ОЩЗ 6га значения вылодной информации привоздействии помех другого вида.Кроме того, предлагаемое устройство имеет не только аналоговый выход, на и цифровой канал связи с ЭНИ,причем выбор последовательного способа соединения блоков 5 и 6 подсчета ;р изменений фазы и описанной процедурывыделения чзменения фазы более чем;-;а 2) позволяет ограничиться записью)я";и разрядов информации вместо 10СПИСЬВИХ ГЕС 1 ДИЯПЯЗОН,г) 1 Тацает птсаблема выбора диапазонаИт.,Е "т о щвтветствуо 1 . ;Олн 1 ЕС.:,т) ).ЕЬЕХОгг): 1 ". - Зы ЧЕр 3гг, )1".5 - ;г,я т . -;.Е;,т,т утг,Ла НЗМЕрЕН:5;,ц: - ;г. ),)г 1 .)1Етг я С С б тт ттЕ "т 1 т, т;"тттт" тИ 6 ГадЧтттг ОрЯзргядеь)Й 1:Рч, и;ггьл -:"1 г из).,т.е-НИЕ фаЗЫ ат Г да,гг,1,) т)т;,;:,",;1111.)ЯЛЬ 1 а),дискретеПР СЦЕДУРЯ 1).111") )а:.тОт В аг 1 ВЯ :От;, а ,"Пад)" Чатя Ьязт,; Сд-.:,ц:,-:,та "т бт.т, г.,Э И 1 ф д 5 В Сс С Гя гав П .1 15 11 а 1 ной 1 т яр 1 НЬ , ад т 1 ОН 1;. т;.ТРЯ 1" 1) " ) З;1) т)С В;-,МЕНИ В . 1 Ва г;.ттаттгг.т );:1 ттт .,ТО 1 т).Ь 11 а;:,1)г,; гт ) т.;т:.0 2 г ":г,З 1 а,)" 1)азгт)1:5 СЕ .;)таво.Ь Ег О Па=)рядап , .ЕО) тт гггттгт 1) )51,)ттт( ) Ния ВСЕГО рЯЗМПХЯ г,1:гч)т).а .ЯКНИ Образом эьсттамт;ТСя еьтсс, ).гера гивьтьгх3 ЯПСтИагтИХ г" г 1) ат)С ТВ Г у 11 ЕЛггт;:в 1 Е ГСя быСТрадЕЙСТВИЕ .;.З 1 адгОВ СВ)13)т1 ЛЯГ.ДЛН НОВ)гЕг) 5 Ксндуат Я тыот 1 ЫХуДООСТВ уств 1)",т,аСг " г)т;фд:,)т) ) 1ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ДН .т; ЗОНОВ, Я; - ;ЛЯгШ,йсЯКОМбн 1 ЯПтгаНЬ.", 1 СТ".)й Т ),-.; СДВИГЯ. тПОДКЛЮЧЯ 10 гтЙ Р 1 те т 315 ПЫ г тЬУС Дам Вса 1 ". т г. Чтт)1)тт)тттг(1 т таДОМ ИЗ таттт)тг В Саат;т,.т "В ) " т;,Ит УДЕЛЬНЫЙ ВЕС Бьт.ХОД".Х Р:.Р 1 ДСВВЫхода блокаг.кад 4)ать 1:.О;.;Яется наЦАП 12 1-де п)т)ес,);-. - , е;, .;1 в Я,а)тоа"- ВЫй СИГИ т Ч ,;ДУДУ;,-,."; т аг)Ь .: ", 1;,11 ТЕЛЬ24 Манаст 1 гтСт.1 ЗГС 1 Ня В- Еттгиг 7;Е-ГИСТратар )т гя Н".т. - З 1я 11)гтбг) г З" :"тг -. т,",УВЕЛИЧИ г т ПаЕХауа тайч;:;Ва, Ь ЗЯСЧЕТ НЕЧЧВСВИТСГт:,"г".:-: К ПОМЕХЯМСДНС 1 О ВЬт тг И тт ОГ С : На 1)Е 111) тт ",тг 1 тг а И З г-т -) р Е т Е Н И яУстройство для определения фаЗ ало."а СЛВИ 1 Я Рэп.,аЧЯСТОГ 1 ЬН СИГНЯ.лов, содержащее первый и второй фарп.,: .)в атепи импульсных си нялсВ Вы ходы которых соединены с Входами бла- Р;"5 1 а 11 ОДсчета изе 1 еннй фаз 11 От 0 ДО211, выходы которого соединены с входзми блока подсчета целого числа циклов 2) содержащего реверсивный счетчик, а выходы блоков подсчета измеиет т.)й фазы ат О до 2 и целага числациклов 21 через блок переключения диапазонов соединены с входами цифроЯь 81) агав) гс ГраОбр Язов Ятеля 0 т л и ч а 1)1 е е с я тем, чта, с целью 1 свыпеия помехоустойчивости, блок Па; СЧЕТа ИЗМЕтЕй фаЗЫ От О да 2 выполнен в виде .Я-триггера соединеннога с Входам преобразователя длительность - асс- а в блок подсчета ДЕЛОГО ЧИСЛЯ тИ.О 1 ОВ 2) дОПОЛНИтЕЛЬНО вгедены два лорагавых узла, входы которых соединены с входом блока подсчета 1)е)сга) чсла пнклов 27, а выходы - с входами дополнительно введенного узла выделения изменений це 5тлога числа циклов 21, ВыхОды которага соединены соответственно с входами реверсивного счетчика, выход которого является выходом блока подсчета. целагс числа .циклов 2),2. Устройство по п.1, о т л и ч аю и е е с я тем, что узел выделения изменений целогс числа циклов 2 Г со- , ДЕР)г)1 Т ПЕРВЫЙ И ВтОРОй ЭЛЕМЕНТЫ За)Бдержки, выходы которых. соединены с первыми входами первого и второго ЭЬЕМЕНТОВ И, ВЫХОДЫ КстОРЫХ СОЕДИНЕНЫсоответственна с входами реверсивногосчетчика, а вторые входы - с входамисоответственно второго и первого злементов задержки и выходами второго и первого пороговых узлов, вторые входыкоторых соединены с клеммами заданияобласти анализа перехода.,Тираж 772 Государственно делам изобретен осква, ЖРа комитета Си Открыти)кая наб.,