Радиоимпульсный фазометр

Радиоимпульсный фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз перекрьюающихся радиоимпульсных сигналов с неизвестными частотами. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерения фазового сдвига достигается за счет того, что обработка производится не по своим сигналам непосредственно, а по огибающим биений суммарного и разностного напряжений. Фазометр содержит сумматор 1 ,вы iитaтeли 2-1 - , фазовращатель 3, детектор наложения сигналов 4, делители 5-1 - 5-3, логический элемент ИЛИ-НЕ 6, блок выборки-хранения 7, амплитудные детекторы 8-1 - 8-3, блоки: обнаружения сигналов 9, определения экстремумов 10-1 и 10-2, квадраторы 11-1 - 11-4, ключ 12, блоки вычисления арктангенса 13-1 и 13-2. 2 ил. i сл KJ N5 О5 СО СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (б1) 4 С Ol R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3799444/24-2! (22) 09.10.84 (46) 23,04.86, Бюл. Ф 15 (71) Омский политехнический институт (72) И.Д.Золотарев, В.А.Киржбаум, Е.М.Малыгин и С.D.Ñeäåëüíèêîâ (53) 621.317.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 911709, кл. Н 03 К 5/153, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1081561, кл. C 01 R 25/00, 1983. (54) РАДИОИЮЧУЛЬСНЬЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз перекрывающихся радиоимпульсных сигналов с неизвестными частотами.

„„90„„1 226330 А

Цель изобретения — расширение частотного диапазона измерения фазового сдвига достигается за счет того, что обработка производится не по своим сигналам непосредственно, а по огибающим биений суммарного и разностного напряжений. Фазометр содержит сумматор l,вы итатели 2-1 — 2-3, фазовращатель 3, детектор наложения сигналов 4, делители 5-1 — 5-3, логический элемент ИЛИ-НЕ 6, блок выборки-хранения 7, амплитудные детекторы 8-1 — 8-3, блоки: обнаружения сигналов 9, определения экстремумов

10-1 и 10-2, квадраторы ll — 1 — 11-4, ключ 12, блоки вычисления арктанген-. са 13-1 и 13-2. 2 ил, 1 12

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть исполь зовано в фазоизмерительных системах для измерения сдвига фаз перекрываюшихся радиоимпульсных сигналов с неизвестными частотами.

1!ель изобретения — расширение частотного диапазона измерения фазового сдвига.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство позволяет существенно распгирить частотный диапазон измеря— емых сигналов за счет того, что обработка производится не по самим сигналам непосредственно, а по огибающим биений суммарного и разностного напряжений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип действия.

Устройство содержит сумматор 1, вычитатели 2-1 — 2-3, фазовращатель 3, детектор 4 наложения сигналов, делители 5 — 1 — 5-3, элемент ИЛИ-ПЕ 6, блок 7 выборки-хранения, амплитудные детекторы 8-1 — 8-. 3, блок 9 обнаружения сигналов, блоки 10-1 и 10-2 определения экстремумов, квадраторы 11-1

11-.4, ключ 12, блоки 13-1 и 13-2 вычисления арктангенса, Входы вычитателя 2-1 и сумматора ) соединены попарно н являются входами устройства. Выход сумматора 1 соединен с входом фазовращателя 3, входы детектора 4 наложения сигналов подт ключены к выходам вычитателя 2-1 и фазоврашателя 3. В первом канале амплитудный детектор 8-2 соединен последовательно с блоком !0-1 определения экстремумов, квадратором

ll-1 и вычитателем 2-2, Кроме того, в состав канала входит второй квадратор 11-2, вход которого связан с вторым выходом блока !0-1 определения экстремумов, а выход — с вторым входом вычитателя 2-2. Аналогичные связи существуют во втором канале между амплитудным детектором 8-3, блоком 10-2 определения экстремумов, квадраторами 11 — 3, 11-4 и вьгчитателем 2-3.

Вход первого канала (вход детектора 8-2) связан с входами первого делителя 5-1, детектора 4 наложения сигналов и подключен к выходу. фазовращателя 3, Вход второго канала (вход детектора 8-3) объединен с вторым входом первого делителя 5-1 и

26330 2 подключен к выходу вычитателя 2-1.

Информационный и управляющий входы блока 7 выборки-хранения подключены соответственно к вьгходу первого де—

5 ,лителя 5-1 и инверсному выходу элемента ИЛИ-НЕ, а выход соединен с первым входом третьего делителя 5-3 и первого блока 13-1 вычисления арктангенса, являющегося первым выходом устройства. Выходы каналов подключены к входам второго делителя 5-2, выход которого связан с вторым входом третьего делителя 5-3, Информационный и управляющий входы ключа 12 соединены соответственно с выходами третьего делителя 5-3 и детектора 4 наложения сигналов, а выход подключен к входу второго блока 13-2 вычисления арктангенса, являющегося вторым вьгходом устройства. Прямой и инверсный входы элемента ИЛИ-НЕ 6 соединены соответственно с выходами детектора 4 наложения сигналов и блока 9 обнаружения сигналов. Вход первого амплитудного детектора 8-1 соединен с одним из входов сумматора !, а выход с входом блока 9 обнаружения сигналов.

Фазометр работает следуюшим обра30 зом, На входы измерительных каналов поступают два перекрывающихся радиоимпульсных сигнала. Аналитические выражения сдвинутых по фазе наложенных радиоимпульсов с прямоугольной огибающей могут быть записаны в следующем виде:

0 (г.:1 = 11, Я п(и„с + с, — гф„ ) !

1(t-t, ) — (t-t,Ä+ П 8in (uг +% + «)3 1(t t2) 1(" " )) ! 2(!-) — Um, Sin((e, t+ 9, -V jz)

t E (t-t ) — (t-t„)) + Um,, Sin(Z2 +

+ ч 1 -V2) 2) Г! (t 2 ) 1 (t-t ) 3.где П, сд,,, — амплитуда, частота

Щм > и начальная фаза пер15 вого радиоимпульса; (j — фазовый сдвиг между первыми радиоимпульсами по каналам; где ПП1, Ю2,Ц вЂ” амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса; )2 — фазовый сдвиг между вторыми радиоимпуль")5 сами по каналам; — время начала и конца первого радиоимпульса;

1226330 — время начала и конг ца второго радиоимпульса.

На выходах сумматора 1 и вычитателя 2-1 имеем: () = 20„, cos (уп,) sin(t +

+ ) (I(t ti) (t4)7 + пг (!" 7/7 ) S>n (ь г t +

+,) (! (-с,) — (t-t„));

Un (t) = "-Um, sin(ct)Ill) соя(ы1 t +

t4 ))

+ 20вг sin(y77) cos (ог +

° ж) (t- .) — (t-t,)), где П (t), 0 (t) — суммарный и разнос тный сигналы с ос тв е тс тв енн о

С выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигаетя фазовращателем 3 на фиксированный угол Т/2 во всей рабочей полосе частот. На выходе фазовращателя 3 (Фиг.2 ) имеем: (t) = 20, соп((1 яг) cos (и,t +

+, ) (1(t- ) — (t-t4 ))+

+ 2U 7 COS (!!77 7) сов (Ц71 +

+q,)Ã1(t 2) - 1(— 3)), где Г (t) — сдвинутый суммарный сигЕс нал.

Сдвинутый суммарный и разностный сигналы поступают на входы делителя

5-1. Реализующего функцию деления.

Выходной сигнал депителя 5-1 поступает на информационный вход блока 7 выборки-хранения, Детектор 4 наложения сигналов, подключенный к выходам фазовращателя 3 и вычитателя 2-1, формирует импульсы, соответствующие открытым участкам и участку наложения сигналов (фиг.2д).

На выходе блока 9 обнаружения сигналов образуется импульс, длительность которого соответствует общей длительности радиоимпульсов (фиг.2е).

Сигналы с выходов детектора 4 наложения сигналов и блока 9 обнаружения сигналов поступают на прямой и инверсный входы логического элемента

ИЛИ-НЕ, на инверсном выходе которого формируется напряжение, управляющее работой блока выборки-хранения (фиг.2ж). При значении управляющего напряжения равном нулю блок выборки хранения (ГВУ)находится в режиме хранения (фиг.2з). При появлении на управляющем входе напряжения, отличного от нуля, БВХ переходит в режим

"Запись (открытые участки и t — t< фиг.2 ). Значение напряжения, полученное на открытых участках соответствует измеренной разности фаз между первой парой перекрывающихся радиоимпульсных сигналов. цанное значение хранится в БВХ, а также вычисляется при помощи блока 13-1 вы. числения арктангенса и подается на один из выходов устройства (фиг.27).

С выхода фазоврашателя 3 и вычитателя 2-1 сдвинутый суммарный и разностный сигналы (фиг.2 Ь,г) подаются соответственно на входы первого и второго каналов. Амплитудные детекторы

8-2 и 8-3 первого и второго каналов выделяют огибающие соответственно суммарного и разностного сигналов.

На огибающих каждого из сигналов

10-1 и 10-2 определяют экстремальные значения — максимумы и минимумы.

Квадраторы Il — 1 и 11-3 возводят в квадрат максимальные значения, ll 2 и 11-4 — минимальные. Квадраты максимального и минимального значений, определенные на огибающей в первом канале, вычитаются на вычитателе 2-2

Подобная операция производится вычитателем 2-3 во втором канале. Так как максимумы и минимумы разнесены по времени (фиг.2,г), а вычитание происходит тогда, ко да известны оба экстремальных значения, то блок оп— ределения экстремумов запоминает и хранит полученные значения даже после окончания участка наложения (фиг.2и). Полученные разностные напЗ5 ряжения после вычитателей 2-2 и 2-3 подаются на делитель 5-2. Выходное напряжение делителя 5-2 поступает на вход третьего делителя 5-3. На другой вход этого делителя подается напряже40 ние с выхода блока 7 выборки-хранения. Напряжение с выхода делится 5-3 поступает на информационный вход ключа 12, с выхода которого на вход блока 13-2 вычисления арк45 тангенса. Управление работой ключа 12 осуществляет детектор 4 наложения сигналов, причем передний фронт импульса с выхода детектора 4 наложения сигналов устанавливает ключ в закрыg0 тое состояние, задний фронт открывает его. Напряжение с выхода блока 132 вычисления арктангенса, соответствующее значению угла сдвига фаз между второй парой сигналов, подается на втоРой BbIxop, устройства.

Проведем аналитическое доказательство достижения цели.

26330 Ь

На oткрытых участках t — Г и на выходе первого делителя 5-1 и(еем (фиг.2д,B):

5 12

Вапищем выражения для напряжений на выходах сумматора 1 и вычитателя

2-1:

A(t) (И, t (- -)

5 А (t) к где 11 (t), U>(t) — суммарный и разностный сигналы соответственно.

После сдвига суммарного сигнала на ь /2 имеем;

Бб (t) = 20р cos(Q„(z) cos(ы,t +

+@,) Г1(t-t„) -1(t-t4)j +

+ 2Umz cos <(((z(z) соя ((д,t +

+ 5z )5 1(t-t,) — 1(Е-tÄ)), макс экстремальмин ные значения на

13 с ) где U (t) — сдвинутый суммарный сигСс нал.

Для упрощения формы записи и наглядности введем обозначения.

Обозначим (lA (t)+B (t)l ) — (jA (t)-B (t)l ).

Делитель >-2 осуществляет операцию с ( деления выходных напряжений вычитатеU «) = A () + В (t) °

Д лей 2-? и 2-3. Ha его выходе имеем: . (l A (tj+B(t) l ) — (IA(tg — B(t) l ) (lА (t) + В (t)P) — (I А ((-) — В (t) l)z

Az (t) + 2A(t3B(t) + В gt) -А (t) + 2A(t) В((:) — В (t) (t) + 2AL (t) В, (t) + B ". (t) a (t) + 2A

4A (t) B (t) A (t) B (t) Полученное выражение является произведением тангенсов углов сдвига фаз между соответствующими парами радиоимпульсов

А () В () = tg 4 нг К ((г

U (t) = 2Um, сов(4т (г) sin(nit +

+ 1)j 1 (t t» ) (г- 4).(+ ZU» cos(cp«z) sin (ы,t +

+(г) (l (t "я)

U> (t) = 2Um, sin((((«z) соз (у,t +

+сР,) tl (t-t ) — 1(t- )) +

+ 2Umz Sin (((>z(z) cos(4)zt +

+ Ср, )(1 (t-, ) -1 (t-t> )j, A(t) = 20 „cos((P,(z) сов(и,t +

+(((,)!" l (t-t „) — l (t-Е4));

B(t) =2U>z cos (Yz(z) сов (са, +9z) (1 (t-t z) — 1(t-t )j;

А (t) = 2Um< sin(cp«z) cos (д, t +

+Ц,) El (t t() 1(t С4)!

В (t) =2Umz sin(((z(z) cos (c z t +

+(Р,) !" 1(t-t<) — 1(t-t )j .

Тогда сдвинутый суммарный и разностный сигналы можно записать в следую— щем виде:

Блок 7 выборки-хранения запоминает напряжение, соответствующее tg((((„(т ), а блок 13-1 вычисления арктангенса ((! определяет значение ((„(, которое является разностью фаз между первой парой радиоимпульсных сигналов (фиг. 2 5) .

Амплитудные детекторы 8-2 и 8-3

1 выделяют огибающие сдвинутого суммарного и раэностного сигналов, а блоки 1О- l и 10-2 определяют значения максимумов и минимумов на этих огибающих (фиг.2 5,():

2о ) A(t) + B(t)I—

I A(t) — В()1—

IA (t) + В (t}l — макс экстремаль1 (5

l A (t) — B (t) l — мин ные значения на

Uh (t)

На выходе квадраторов 1 1 — 1 — 11-4 имеем напряжения,, соответствующие квадратам экстремальных значений.

Бычитатели 2-2 и 2-3 определяют разность квадрагов экстремальных значений. !!а вь,ходе вычитателя 2-2:

35 (l A(t) + B(t) l ) (lA(t) B(t)l )7

Выходное напряжение вычитателя 2-3:

В блоке 7 выборки-хранения уже хранит ся значение tg(<(. Поэтому для по-лучeHHR значения РТ (необходимо

55 разделить полученное выражение на значение tg 4 (z . Данная операция осуществляется делителем 5-3. Выходное напряжение делителя 5"3, соответст1226330

f5

30 делителя и детектора наложения сигналов, вход второго канала подключен к Выходу вычитятеля и Вl opoMy входу первого делителя, управляющий и ин— фармациошп:.й входы блока выборкихранения подключены соответственно к инверсному выходу элемента ИЛИ-HE и выходу первого делителя, а выход соединен с первым входом третьего делителя и первого блока вычисления арктангенса, выходы каналов подключены к входам второго делителя, выход которого связан с вторым входом третьего делителя, информационный и управляющий входы ключа соединены соответственно с выходами третьего делителя и детектора наложения сигналов, а выход подключен к входу второго блока вычисления арктангенса, прямой и инверсный входы элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно с выходами детектора наложения сигналов и блока обнаружения сигналов, вход первого амплитудного детектора соединен с одним из входов сумматора, а выход — с входом блока обнаружения сигналов. где Uù, U

Я =63

1 7 вующее tg 4,> проходит через ключ 12 на вход блока 13-2 вычисления арктангенса. Вычисленное значение фазового угла поступает на второй выход устройства (фиг.2к). Следует отметить, что на участке наложения ключ 12, управляемый передним фронтом импульса детектора 4 наложения сигналов (фиг.2 0 ), закрыт. В момент вре— мени t>, когда значения экстремумов определены и запомнены блоками 10-1 и 10-2 определения экстремумов, а значени tg g Äz подается с выхода блока 7 выборки-хранения, делитель

5-3 выполняет операцию деления, ключ

12, открываемый задним фронтом импульса детектора 4 наложения сигналов пропускает напряжение, соответствующее tg(fl,>, на вход вычислителя 13-2 арктангенса, соединенный с вторым выходом устройства.

Предлагаемое устройство обеспечивает расширение частного диапазона измеряемых сигналов, так как па сравнению с известным, предлагаемый фазал метр осуществляет измерения не по самим сигналам непосредственно, а по огибающим биений суммарного и разностного напряжений.

Уравнение для огибающей суммы двух сигналов имеет вид:

U(t)=+ 1 m, +U„7+2Um, Umz cos (u)t-q), амплитуды первого и второго колебаний соответственно; разностная частота колебаний; фазовый угол, учитывающий сдвиг .фаз между колебаниями.

Из уравнения следует, что частота огибающей равна разностной частоте, поэтому верхняя граничная частота ограничивается лишь максимальным разносом частот. Практически соотношение амплитуд, начальных фаз, фазовых сдвигов, сигналов принципиальных ограничений не имеет и ограничивается тольI ко конкретной реализацией.

Широкий диапазон несущих частот наложенных радиоимпульсных сигналов позволяет использовать предлагаемый радиоимпульсный фазометр в современных фазоимпульсньтх измерительных системах. Функциональные возможности

55 устройства позволяют испольэовать его также для измерения разности фаз неналоженных радиоимпульсных сигналов.

Формула изобретения

Радиоимпульсный фазаметр, содержаший сумматор, вычитатель, входы которых попарно соединены с входами фазометра, фазаврашатель, вход которого связан с выходом сумматора, детектор наложения сигналов, входы которого подключены к выходам фаэовращателя и вычитателя, блок выборки-хранения, отличающийся тем, чта, с целью расширения частотного диапазона, в него введены три делителя, амплитудный детектор, блок обнаружения сигналов, логический элемент

ИЛИ-1 ;Е, имеюший прямой и инверсный входы, ключ, два блока вычисления и два канала, каждый пз которых содержит соединенные последовательна амплптуд ый детектор, блок определения экстремумов, квадратар и вычитатель, кроме того, в состав каждого канала входит второй квадратор, вход которо

ro связан с вторым выходом блока определения экстремумов, а выход — с вторым входом вычитателя, вход перво. га канала связан с вхадамп первого

1226330

Ы( а ди о

Фзс е.Редактор P.Uèöèêà

Заказ 2125/42

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 fC

Р йд

Составитель В.Шубин

Техред JI.Îëåéíèê Корректор М.Максимишинец

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4!5