Радиоимпульсный фазометр

Радиоимпульсный фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 радиоимпульсов посредством обработки огибающей биений суммарного разностного напряжений . Устройство содержит сумматор I, вычитатели 2.1-2.3, фазовращатель 3, детектор 4 наложения сигналов , вычислители, 5.I и 5.2, блоки 6.1-6.4 - выборки хранения, блок 7 обнаружения сигналов, пиковые детекторы 8.1-8,2, формирователь 9 и расщиритель 10 импульсов, инвертор 16, ключ 17, индикаторы 18.1 и 18.2, В устройстве имеется также блок 1 определения знака, в состав которого входят амплитудные детекторы 12.1 и 12.2, фазовый детектор 13, усилитель-ограничитель 14, управляемые ин верторы 15.1 и 15.2. Современная элементная база вследствие недостаточного быстродействия не позволяет производить измерения на частотах более 5-10 МГц, поэтому в данном уст ройстве используется огибающая биений . 1 з.п.ф-лы, 3 ил. S (Л W 4)1. ЭО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1234780 А1 (5g 4 С 01 R 25/00! списочник изовретенИй

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3818710/24-21 (221 04.)2,84 (461 30.05.86. Бюл. Ф 20 (71) Омский политехнический институт (72) И.Д.Золотарев, В.А.Киржбаум и Е.М.Малыгин (53) 621.3!7.77 (088.8) (561 Авторское свидетельство СССР

Ф 911709, кл. (01 R 25/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1081561, кл. G 01 R. 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 огибающей биений суммарного раэностного напряжений. Устройство содержит сумматор 1, вычитатели 2.1-2.3, 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 8.1-8.2, формирователь 9 и расширитель 10 импульсов, инвертор 16, ключ 17, индикаторы 18.1 и 18.2. В устройстве имеется также блок 11 определения знака, в состав которого входят амплитудные детекторы 12.1 и 12,2, фазовый детектор 13, усилитель-ограничитель 14, управляемые инверторы 15 ° 1 и 15.2. Современная элементная база вследствие недостаточного быстродействия не позволяет производить измерения на частотах более 5-10 МГц, поэтому в данном устройстве используется огибающая биений. 1 э.п.ф-лы, 3 ил.

1234780 ственно с выходами вычислителя 5.1 и детектора 4 наложения сигналов.

Выход формирователя импульсов 9 подключен к сбросовым входам пиковых детекторов 8.1 и 8.2, а выход соединен с выходом блока 7 обнаружения сигналов, вход которого связан с одним из входов устройства. Вход амплитудного детектора 12 ° 1 подключен к информационному входу пикового детектора 8.2 и является первым входом блока определения знака. Вход другого амплитудного детектора 12.2 является вторым входом блока определения знака и связан с информационным входом пикового детектора 8 ° l, Вход усилителя-ограничителя 14 соединен с выхо,цом блока 6,1 выборки-хранения, входом индикатора 18.! и является третьим входом блока определения эна20 ка. Вход управляемого инвертора

15.2 является четвертым входом блока

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазоизмерительных системах для измерения сдвига фаз перек-. рывающихся радиоимпульсных сигналог с неизвестными частотами.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона измерения фазового сдвига наложенных радиоимпульсных сигналов, Поставленная цель достигается тем„ что устройство осуществляет измерение разности фаз между парами наложенных радиоимпульсных сигналов посредством обработки огибающих биений суммарного и разностного напряжений.

В этом случае частота огибающих биений на несколько порядков меньше частот самих сигналов. В прототипе все измерения 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 IO импульсов, блок 11 определения знака, в состав которого входят амплитудные детекторы 12.1 и 12 ° 2, 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 I 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 соответ25

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 12.1 и 12.2, 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 кото— рого 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 выборкихрапения 6.2 и 6.3. Выход расширителя IO 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 !6. 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. Кроме того, информационный вход блока 6.4 выборки-хранения связан с выходом управляемого инвертора 15.2, управляющий вход - с выходом инвертора 16, а выход соединен с информационным входом ключа 17, выход которого подключен к входу индикатора 18.2. Уп{), .),,ч—

3 12347 равляющий вход ключа 17 связан с выходом детектора 4 наложения сигналов.

Фаэометр работает следующим образом. 5

На входы измерительных каналов поступают два перекрывающихся радиоимпульсных сигнала {фиг.2а, 6) .

Аналитические выражения сдвинутых по фазе наложенных радиоимпульсов 10 с прямоугольной огибающей могут быть записаны в следующем виде: . U„ (t ) = U S, . { i, ", ч „ } ({((- t, ) 1(1 - t „} >

+U ь(и3 (+М + Ч 1 )(1(t (1 1{ t 1 11. 15

U,(t I = U, S;. (M„ t V, Ч Ä,1(1(t -i,) 1(t { „11

+U„S (->,t +, Ч,<,П ({ - t,) -1(t t,)), где {1 1 Ч вЂ” амплитуда, часто7 та и начальная фаза первого радиоимпульса;

Ч вЂ” фазовый сдвиг меж1 ду первыми радиоимпульсами по каналам; амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса; 30 фазовый сдвиг меж2 ду вторыми радиоимпульсами по каналам; время начала и кон- 5 ца первого радиоимпульса; время начала и кон1 ца второго радиоимпульса. 40

На выходах сумматора 1 и вычитателя 2.1 имеем

0 {1) =2U соя(Ч,1 ) s; (Q,t + У)(1{1..t,)-1(t-t„)2 2U соз(Ч ) () 1+Ч ) f (t 1 ) 45

-)(t-1 )). (t ) = 2 u, s (Ч, ) o> {M ф . Р ) (1((t )

1 — 1(t — t,Ц+20 s!и (Ч, )ссз(a (+9 ) ° ()(t }- 1(Ф. -t )), So где {1 {t), Ud(t) - суммарный и разностЕ ный сигналы соответственно.

С выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигается фазовращателем 3 55 на фиксированный угол Т> /2 во всей рабочей полосе частот. На выходе фазовращателя 3 (фиг,.2в) 80 4

{(}=2О,, »{Ч,1,1 »{ {+< И1({ ()1((- t,})+20 os {Ч )os(u)t +ч )(1((-t )

-1(t - t,)1, rpeU, (t) — сдвинутый суммарный сигнал .

Сдвинутый суммарный и разностный сигналы поступают на входы вычислителя 5.1, далее на информационный вход блока 6,1 {фиг.2г) выборки-хранения. Детектор 4 наложения сигналов, подключенный к выходам фазовращателя 3 и вычитателя 2,1 формирует импульс, соответствующий участку наложения (- t (фиг.2д). Данные импульсы управляют работой блока 6.1 выборки-хранения. При значении управляющего напряжения равном нулю блок выборки-хранения (БВХ) 6.1 находится в режиме "Запись" (фиг.2е) .

При появлении на управляющем входе имттульсного напряжения БВХ 6.1 переходит в режим Хранение (участок

{ -(, фиг.2е) . Значение напряжения, полученное на открытых участках

}, — t и 1„ — t, соответствует измеряемой разности фаз между первой парой перекрывающихся радиоимпульсных сигналов. Данное значение хранится в БВХ 6.1 и подается на вход индикатора 18.1 (фиг.Зе) . .Сдвинутые суммарный и разностный сигналы с выхода фазовращателя 3 и вычитателя 2.1 подаются на входы пиковых детекторов 8.1 и 8.2, которые выделяют пиковые значения сигналов (фиг.За) .

На открытом участке t, -t,êà выходе пиковых детекторов постоянное напряжение, соответствующее амплитудному значению напряжения первой пары входных сигналов. В это время BBX 6.2 и 6.3 находятся в режиме "Запись" (фиг ° Зд). На участке наложения t †( на выходе детектора наложения сигналов 4 появляется видеоимпульс, который переводит БВХ 6.2 и 6.3 в режим

"Хранение". На участке наложения пиковые детекторы фиксируют максималь.ное значение на огибающих биений сдвинутого сумматорного и раэностного сигналов (фиг,3a) . Вычитатели 2.2 и 2.3 определяют разность между максимальными значениями напряжения на открытом участке, — и максимальными значениями на огибающих. Выходные сигналы вычитателей 2.2 и 2.3 поступают на вход вычислителя 5.2, осуществляющего операцию вычисления уд1234780 военного значения арктангенса отношения.

На выходе блока ? обнаружения сигналов образуется импульс, длитель- > ность которого соответствует общей длительности радиоимпульсов (фиг.Зб}. Данный сигнал управляет работой формирователя 9 импульсов и в момент его окончания t на выходе

5 !

О формирователя 9 импульсов появляется короткий импульс, осуществляющий сброс пиковых детекторов (фиг.Зв).

Расширитель !О импульсов осуществляет задержку заднего фронта импуль-,15 са, управляющего режимами работы блоков 6.2 и 6.3 выборки-хранения (фиг.3r,д). Задержка должна быть больше суммарной постоянной времени инвертора 16 и блока 6.4 выборки-хра- 20 нения. Амплитудные детекторы 12,1 и 12.2 выделяют огибающие суммарного и раэностного сигналов. Сигналы с выходов амплитудных детекторов 12.1 и 12,2 поступают на входы фазового детектора 13.

В зависимости от временного положения максимумов и минимумов на огибающих суммарного и разностного нап-. ряжений на выходе фазового детекто- 30 ра появляется видеоимпульс, полярность которого зависит от этого вр=-менного положения. Например, при максимуме на одном из сигналов, а минимуме на другом на выходе фазового детектора появляется импульс отрица-, тельной полярности, при совпадении максимумов на огибающих — положительной полярности (фиг.Зж).

Выходной сигнал блока 6.1 выборки-хранения, несущий информацию о знаке разности фаз между первой па" рой радиоимпульсов, ограниченный усилителем-ограничителем 14, управляет

4> 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 уп50 равляемого инвертора 15.1 управляет режимом работы второго управляемого инвертора 15.2, который, в свою очередь, инвертирует или пропускает без l изменений на вход четвертого БВХ 6.4 сигнал с выхода вычислителя 5.2.

Режимы работы блока 6.4 выборкихранения находятся в противофазе с режимами работы БВХ 6,1, 6,2 и 6.3 т,е. на открытых участках 1 — . и

2 режим Хранение11, на участке наложения t — t. — режим "Запись"

3 (фиг,2ж) . 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 t - t, {фиг.2з) . 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 (знак Ч на выходе БВХ 6.1)

1 и 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 напряжение с выхода БВХ 6.1, предварительно .ограниченное усилителем-ограничителем 14. В зависимости от знака на управляющем входе управляемый инвертор 15.1 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 выборки-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 17 закрыт).

В момент окончания управляющего импульса с выхода детектора 4 нало1234780 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- 10 пись11 в режим Хранение, может записать и хранить потом значение, которое является ложным и не соответствует измеряемой разности фаз между второй парой наложенных радиоимпульсов. 15

Для того, чтобы этого не произошло, режимы "Хранения" БВХ 6.2 и 6.3 заведомо удлинены во времени при помощи расширителя 10 импульсов, а пиковые детекторы 8.1 и 8.2 сбрасыва- 20 ются лишь по окончании обоих радиоимпульсов (фиг.3в,з,д).

По окончании участка наложения .ключ 17 открывается, на вход индикатора 18.2 поступает напряжение, соот- 25 ветствующее разности фаз между второй парой радиоимпульсных сигналов.

Уравнение для огибающей суммы двух сигналов имеет вид где 0 „... u — амплитуды первого и второго колебаний соответственно; 35 — разностная частота колебаний;

Ч- фазовый угол, учитывающий сдвиг фаз между колебаниями, 40

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 s современных фазоимпульсных измерительных системах. Функциональные возможности устройства позволяют использовать его также для измерения разности фаз неналоженных радиоимпульсных сигналов.

Формула изобретения

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, отличающийся 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, инвертор, 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 первого индикатора, четвертый — соединен с выходом второго вычислителя, входы которого связаны соответственно с выходами второго и третьего вычитателей, информационные входы пиковых детекторов подключены соответственно к выходам фаэовращателя и первого вычитателя, а выходы связаны с информационными входами соответственно второго и третьего блоков выборки-хранения, выход расширителя импульсов подсоединен . к управляющим входам второго и третьего блоков выборки-хранения, а вход связан с выходом детектона наложения сигналов и входом инвертора, первые входы второго и третьего вычитателей подключены соответственно к выходам второго и третьего блоков выборки-хранения, вторые входы — к выходам пи9 !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 и. 1,отличающийся тем, что, блок определения знака включает два амплитудных детектора, фазовый детектор, два управляемых инвертора, усилитель-ограничитель,причем входы амплитудных детекторов являются соответственно первым и вто4780

«0 рым входами блока определения знака, выходы связаны с входами фазового де тектора., вход усилителя-ограничителя подсоединен к третьему входу блока, а выход — к управляющему входу первого управляемого инвертора, информационный вход которого подключен к выходу фазового детектора, кроме того, четвертый вход и выход блока оп10 ределения знака являются соответственно информационным входом и выходом второго управляемого инвертора, управляющий вход которого связан с выходом первого управляемого инвер35 тора, 1234780

Составитель В.Шубин

Редактор А.Авраменко Техред И.Попович

Корректор М.Демчик

Заказ 2980/48

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 г)

Оц

Up м) Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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