CH402086A - Circuit électronique comprenant un phasemètre - Google Patents

Circuit électronique comprenant un phasemètre

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CH402086A
CH402086A CH169662A CH169662A CH402086A CH 402086 A CH402086 A CH 402086A CH 169662 A CH169662 A CH 169662A CH 169662 A CH169662 A CH 169662A CH 402086 A CH402086 A CH 402086A
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CH
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phase
output
coupled
input
terminal
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CH169662A
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L Margerum Donald
R Ingersoll Eugene
S Barienbrock Gordon
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Electronic Specialty Co
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    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
    • G05D3/1418Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device with ac amplifier chain
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
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    • G01S3/46Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
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Description


  



  Circuit électronique comprenant un phasemètre
 L'invention a pour objet un circuit électronique comprenant un phasemètre.



   La détection et la mesure rapides de différences de phase entre des signaux électriques trouvent une large application dans la technique électronique et par exemple dans les dispositifs radiogoniométriques et les fréquencemètres. Dans certaines applications, il est désirable de mesurer rapidement des différences de phase entre une succession d'impulsions de signal brèves et sans relation entre elles, telles que des impulsions radar, distribuées dans une large gamme de fréquence, les mesures étant pratiquement indépendantes de l'intensité des signaux. Malheu  reusement, dans l'état actuel    de la technique, des appareils relativement complexes sont nécessaires pour détecter et mesurer de façon précise des différences de phase entre de brusques surintensités de signaux à hyperfréquence, dont la durée n'est que de quelques microsecondes.

   En outre, les phasemètres actuellement connus ne sont capables de fonctionner que sur des gammes très fortement limitées de différences de phase (par exemple inférieures à   +      60 )    et exigent une égalité d'amplitude entre les deux signaux à comparer.



   En conséquence, l'invention se propose de remédier à ces inconvénients.



   A cet effet, le circuit électronique comprenant un phasemètre destiné à mesurer la différence de phase relative entre deux signaux électriques de   fré-    quence connue, l'un de ces signaux étant appliqué à une première borne d'entrée et l'autre étant simul  tanément    appliqué à une seconde borne d'entrée, est caractérisé en ce que le phasemètre comprend un système d'asservissement en boucle fermée comprenant lui-même des premier et second dispositifs   dé-    phaseurs variables dont les déphasages sont réglables en fonction de l'amplitude   d'une    tension de commande appliquée, l'entrée du premier dispositif   dé-    phaseur étant couplée à la première borne d'entrée de signal,

   l'entrée du second dispositif déphaseur étant couplée à la seconde borne d'entrée de signal, les dispositifs déphaseurs variables étant réglables de façon qu'ils assurent des déphasages identiques pour des signaux d'entrée en phase, à une fréquence prédéterminée ; des organes combinateurs de phase comportant des. première et seconde bornes d'entrée et des première et seconde bornes de sortie, capables d'engendrer, aux bornes de sortie, des combinaisons vectorielles différentes de signaux en quadrature de phase appliqués à leurs première et seconde borne d'entrée, la première borne d'entrée des organes combinateurs de phase étant couplée à la sortie du premier dispositif déphaseur, la seconde borne   d'en-    trée des organes combinateurs de phase étant couplée à la sortie du second dispositif déphaseur ;

   une première diode détectrice couplée à la première borne de sortie des organes combinateurs de phase ; une seconde diode détectrice couplée à la seconde borne d'entrée des moyens combinateurs de phase ; un circuit additionnant algébriquement et comportant des première et seconde bornes d'entrée et capable de produire un signal de sortie électrique en fonction des amplitudes des signaux appliqués à ses bornes d'entrée, la première borne d'entrée de ce circuit additionneur étant couplée à la sortie de la pre  mière    diode détectrice, la seconde borne d'entrée du circuit additionneur étant couplée à la sortie de la seconde diode détectrice, et le signal de sortie du circuit additionneur constituant une tension de commande,

   des organes permettant d'appliquer de façon différentielle la tension de commande constituée par le signal de sortie du circuit additionneur aux premier et second dispositifs déphaseurs variables pour commander les déphasages de ceux-ci de manière à amener le système d'asservissement à une position d'équilibre ou de zéro, et des organes de couplage de sortie, dans le système d'asservissement, pour engendrer un signal de sortie électrique directement proportionnel à la tension de commande et à la différence de phase relative entre les signaux d'entrée appliqués.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du circuit électronique comprenant un phasemètre :
 Sur ce dessin :
 La fig. 1 est une vue schématique, partiellement symbolique d'un système d'asservissement en boucle fermée, constituant ledit phasemètre ;
 la fig. 2 est une vue schématique montrant un montage vidéo pouvant être utilisé dans le système d'asservissement en boucle fermée de la fig. 1 ;

  
 la fig. 3 est une vue schématique partiellement symbolique   d'une    première forme d'exécution constituée par un radiogoniomètre utilisant le système d'asservissement en boucle fermée de la fig.   1,    et
 la fig. 4 est une vue schématique partiellement symbolique   d'une    deuxième forme d'exécution constituée par un fréquencemètre dans lequel est incorporé le système d'asservissement en boucle fermée de la fig. 1.



   Si l'on se réfère maintenant de façon plus détaillée à la fig. 1, on voit qu'elle représente un schéma symbolique d'un phasemètre à système d'asservissement en boucle fermée, ce dispositif étant désigné dans son ensemble par la référence générale 10 et étant représenté contenu dans un rectangle en trait interrompu. Le système d'asservissement 10 comporte deux bornes d'entrée de signaux, désignées par les références 11 et 12, qui permettent l'application au système des signaux électriques entre lequels des différences de phase doivent être mesurées. Les signaux appliqués à la borne d'entrée 11 sont transmis à un premier dispositif déphaseur   20    par un conducteur électrique 13. Les signaux appliqués à la borne d'entrée 12 sont transmis à un second dispositif déphaseur 30 par un conducteur électrique 14.



  Dans la forme d'exécution que l'on est en train de décrire, les dispositifs déphaseurs sont des amplificateurs à tubes à ondes progressives, tubes qui seront désignés ci-après par l'abréviation TOP. Les TOP sont bien connus dans cette technique et ils sont disponibles dans le commerce, dans des modèles pouvant fonctionner à des fréquences d'environ 250 Mc à environ 18 000 Me. Les TOP sont actuellement préférés en raison de certaines caractéristiques désirables : 1) Commande pratiquement instantanée du   dépha-   
 sage interne en réponse à des variations d'une
 tension d'hélice ; 2) caractéristiques de déphasage linéaires ; 3) largeur de bande d'un octave ; et 4) retard variable de la commande du déphasage.



   La combinaison des caractéristiques énumérées ci-dessus assure un plus vaste champ d'application possible au phasemètre que l'on est en train de   dé-    crire. Toutefois, il doit être bien entendu que, pour certaines applications, d'autres types de dispositifs déphaseurs tels que, par exemple des dispositifs   dé-    phaseurs à ferrite conviendraient également. Pour chaque application particulière, les types d'appareils déphaseurs convenant à l'application envisagée apparaîtront aisément aux spécialistes.



   Le signal de sortie du TOP 20 est transmis à une borne d'entrée 41 d'une jonction différentielle 40 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 16, d'un organe ajusteur de phase 17 et d'un conducteur électrique 18. L'organe ajusteur de phase 17 permet un équilibrage des signaux de sortie des TOP 20 et 30 en réponse à des signaux d'entrée en phase. Bien que le mode de réalisation représenté utilise un variateur mécanique comme organe ajusteur de phase 17, d'autres dispositifs actuellement connus   convie-    nent également. Le signal de sortie du TOP 30 est appliqué à une borne d'entrée 42 de la jonction différentielle 40 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 19.



   La jonction différentielle 40 comporte deux bornes d'entrée 43 et 44. Les caractéristiques de la jonction différentielle 40 sont telles qu'en réponse à l'application d'un signal à la borne d'entrée 42, la phase du signal de sortie apparaissant sur la borne 44 est retardée de   900 par rapport a    celle du signal de sortie apparaissant sur la borne 43 ; d'une manière analogue, en réponse à l'application d'un signal à la borne d'entrée 41, la phase du signal de sortie apparaissant sur la borne 43 est retardée de 90o par rapport à celle apparaissant sur la borne 44, ce qui fournit la combinaison désirée en quadrature de phase des signaux appliqués aux bornes d'entrée 41 et 42.

   Les jonctions différentielles sont bien connues dans cette technique et, par conséquent, elles ne seront pas décrites en détail ici ; on précisera seulement que, dans la jonction différentielle 40, il n'est prévu aucun couplage mutuel direct des bornes d'entrée 41 et 42, ce qui permet d'isoler les bornes d'entrée l'une de l'autre, tout en permettant d'appliquer des signaux à partir des deux bornes d'entrée à chacune des bornes de sortie. Par suite, les signaux d'entrée sont combinés indépendamment de façon vectorielle en quadrature de phase aux sorties de la jonction différentielle 40, aucune interaction appréciable ne se produisant entre les signaux appliqués aux deux bornes d'entrée 41 et 42 de ladite jonction.



   L'un des signaux de sortie différentiels est applique de la borne de sortie 43 à la borne d'anode d'une diode détectrice vidéo 51, par l'intermédiaire   d'un    conducteur électrique 52. L'autre signal de sortie différentiel est transmis de la borne de sortie 44 à la borne de cathode d'une diode détectrice vidéo 53 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 54. Pour assurer un fonctionnement efficace aux hyperfréquences, les conducteurs électriques 13, 14, 16, 18, 19, 52 et 54 sont de préférence constitués par des tronçons de guide d'ondes ou de câble coaxial.

   La diode 51 engendre une impulsion de sortie vidéo positive sur sa borne, impulsion qui correspond à l'enveloppe d'une impulsion de signal haute   fré-    quence appliquée à son anode, tandis que la diode 53 détecte l'enveloppe d'une impulsion de sortie haute fréquence appliquée et engendre une impulsion vidéo négative sur sa borne d'anode. Les diodes à cristal sont actuellement préférées pour l'utilisation aux hyperfréquenaes comme détecteurs vidéo 51 et 53.



   La borne de cathode de la diode 51 est connectée à l'une des entrées d'un circuit additionneur 60 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 56.



  La borne d'anode de la diode 53 est connectée à une autre entrée de l'additionneur 60 par l'intermédiaire   d'un    conducteur électrique 57. Des impulsions vidéo positives provenant de la diode 51 sont additionnées, dans le circuit additionneur 60, à des impulsions vidéo négatives appliquées simultanément et provenant de la diode 53. On voit donc que l'orientation des diodes 51 et 53 forme, en combinaison avec le circuit additionneur 60, l'équivalent d'un circuit soustracteur, ce qui permet de réaliser un montage plus simple que dans un circuit soustracteur   classi-    que à chacune des entrées duquel sont appliquées des impulsions de même polarité.

   L'amplitude de l'impulsion vidéo appliquée à l'additionneur 60 à partir de la diode 51 est identique à l'amplitude de l'impulsion vidéo appliquée à l'additionneur 60 à partir de la diode 53, lorsque les signaux d'entrée sont en phase ; par conséquent, 1'additionneur 60 ne fournit aucun signal de sortie lorsque les signaux d'entrée sont en phase. Par contre, chaque fois qu'il y a une différence de phase entre les signaux appliqués aux bornes d'entrée 11 et 12, les amplitudes des impulsions vidéo provenant des diodes 51 et 53 diffèrent,   1'une    ou l'autre d'entre elles fournissant les impulsions de la plus grande amplitude, selon que le signal appliqué à l'une des bornes d'entrée est en avance ou on retard de phase par rapport au signal appliqué à l'autre borne d'entrée.

   Par conséquent, le signal de sortie du circuit additionneur 60 est polarisé en fonction des relations de phase, avance ou retard, entre les signaux d'entrée.



   Le signal de sortie de   17addi, tionneur 60    est appliqué à un amplificateur vidéo 70 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 71. L'amplificateur vidéo 70 présente une largeur de bande de   l'ordre d'envi-    ron 50 mégacycles et un gain suffisant pour assurer une gamme désirée d'amplitude de la tension commandée. Le signal de sortie de l'amplificateur vidéo constitue la tension de commande désirée, désignée ici par V.

   La tension V se présente sous la forme d'impulsions vidéo tirées des impulsions de signal haute fréquence appliquées aux bornes d'entrée 11 et 12, chaque impulsion de sortie étant d'une polarité ou de l'autre selon que le signal appliqué à l'une des bornes d'entrée est en avance ou en retard de phase par rapport au signal appliqué à l'autre borne d'entrée et la hauteur des impulsions de sortie étant déterminée par la différence de phase   AX,    entre les signaux appliqués aux bornes d'entrée.



   La boucle d'asservissement est fermée en appliquant la tension de commande V en réaction, depuis la sortie de l'amplificateur vidéo 70, par   l'intermé-    diaire d'un conducteur électrique 81 et d'un diviseur de phase   80,    aux dispositifs déphaseurs 20 et 30, le diviseur de phase 80 étant connecté de manière à commander les déphasages des TOP 20 et 30 en sens inverses en appliquant un signal positif à l'hélice de l'un des TOP et un signal négatif à l'hélice de l'autre. Dans le mode de réalisation   re-    présenté, le diviseur de phase 80 se présente sous la forme   d'un    amplificateur déphaseur, un amplificateur déphaseur étant actuellement préféré étant donné qu'il constitue un type d'inverseur de phase à autocompensation.

   L'une des sorties du diviseur de phase 81 est connectée à la borne d'hélice 21 du TOP 20 par un conducteur électrique 82, I'autre sortie de l'analyseur de phase 80 étant connectée à la borne d'hélice 31 du TOP   30    par un conducteur électrique 83. Les deux sorties du diviseur 80 sont couplées à une borne de tension d'alimentation d'hélice 84 par un conducteur électrique 85. La borne positive d'une source de potentiel continu Eo est connectée à la borne 84 pour appliquer la tension   d'hélice néces-    saire aux TOP 20 et   30.    La borne négative de la source de courant continu Eo est mise à la masse.



  Pour faciliter les explications, on considérera que l'amplificateur déphaseur constituant le diviseur de phase 80 assure un gain égal à l'unité. Grâce à son action d'inversion de phase l'amplificateur déphaseur divise chaque impulsion V en deux et superpose une impulsion d'amplitude V/2 à la tension d'hélice continue, la tension appliquée à l'hélice du TOP 20 étant   Eo + V/2    tandis que la tension appliquée à l'hélice du TOP 30 est Eo-V/2, pendant la durée d'une impulsion de signal positive V.



   La relation entre une impulsion de tension de commande V et la différence de phase   A 0 entre    les signaux provoquant la génération de l'impulsion V est obtenue comme suit : soient A020 = déphasage dans le TOP 20
   A030    = déphasage dans le TOP 30
   A      =    différence de phase des signaux entre
 les bornes 11 et 12
 V = amplitude de la tension de commande
 /= fréquence du signal
   fo    = fréquence à laquelle les TOP 20 et
 30 sont équilibrés pour des signaux
 d'entrée en phase par l'organe ajus
 teur de phase 17
 K20 = pente de la caractéristique déphasage/
 tension d'hélice du TOP 20 à la   fré-   
 quence fo 
 et   Kso    = pente de la caractéristique déphasage/
 tension d'hélice du TOP 30 à la  <RTI  

   ID=4.2> fré-       quence f,,.   



   Le déphasage dans le TOP 20 est donné par le calcul suivant :
 On a:
 ?Ï20 = V/2 K20 f/f0
 De mÛme:   
 V/
 D'où :
 D'ou :
 D'où :    ou   AO      = V f (K.,"-f-Kio] (1)   
 2 f0
 On voit d'apr¯s l'Úquation (1) que la tension de commande V est directement proportionnelle à la différence de phase   AX    entre les signaux, pour des signaux de fréquence connue. Ainsi le branchement d'un voltmètre en vue du contrôle de la tension de commande V fournit la lecture désirée de l'information relative à la phase. Une borne de sortie 86 est prévue en vue du branchement d'un voltmètre approprié, la borne 86 étant couplée à un point approprié du circuit de sortie de l'analyseur de phase 80 par un conducteur électrique 87, comme il sera exposé plus loin de façon plus détaillée.

   Le voltmètre est branché de manière à mesurer la tension entre la borne 86 et la masse. Un oscilloscope à rayon cathodique assure un contrôle visuel constant des impulsions de tension de commande apparaissant sur la borne 84.



  Selon une variante, la borne 84 peut être couplée à la tête magnétique d'un enregistreur à bande et l'on peut alors effectuer un enregistrement des impulsions de la tension de commande en vue de leur reproduction ultérieure.



   En raison de la réponse extrêmement rapide, et des caractéristiques de déphasage linéaires des TOP utilisés comme dispositifs déphaseurs, la boucle d'asservissement est rapidement mise en position   d'équi-    libre ou de zéro en réponse à des différences de phase entre les signaux appliqués aux bornes d'entrée 11 et 12. La durée de réponse du système d'asservissement, dans le mode de réalisation représenté, est de l'ordre de 0, 03 microseconde, ce qui permet une mise en position d'équilibre ou de zéro au cours d'impulsions de signal d'une durée de l'ordre de 0, 1 microseconde.

   En raison de la réponse   extrême-    ment rapide de la boucle d'asservissement, il pourrait se produire un léger dépassement des flancs avant raides des impulsions de la tension de commande ; toutefois il est entendu que la tension V cor  respond    à la valeur de régime permanent des impulsions de la tension de commande, valeur qui est atteinte de façon presque instantanée.



   On va maintenant décrire brièvement la fig. 2 qui représente le schéma d'un montage vidéo qui est utilisé pour la boucle d'asservissement de la fig.



  1. Le circuit additionneur 60 est constitué par des ré  sistances    61, 62, 63, 64 et 65, et par l'enroulement primaire 66 d'un transformateur d'impulsions vidéo 67. La résistance 61 est connectée entre la borne de cathode de la diode 51 et le conducteur électrique 71.



  La résistance 62 est connectée entre la borne d'anode de la diode 53 et le conducteur électrique   71.    La résistance 65 est connectée entre le conducteur électrique 71 et la masse. La résistance 63 est connectée entre la cathode de la diode 51 et la masse et la résistance 64 est connectée entre l'anode de la diode 53 et la masse. L'enroulement primaire 66 du transformateur d'impulsions 67 est connecté entre la borne de cathode de la diode 51 et la borne d'anode de la diode 53. Les résistances 61-65 forment un réseau de sommation, les valeurs ohmiques des résistances 61 et 62 étant égales et représentant environ un dixième à un centième de la valeur ohmique de la résistance 65 et dix à cent fois la valeur ohmique des résistances 63 et 64.

   Les résistances 63 et 64 sont de même valeur ohmique et t constituent la résistance de charge correcte des détecteurs à cristal 51 et 53. L'une des extrémités de l'enroulement secondaire 66 du transformateur 65 est mise à la masse et l'autre extrémité dudit enroulement est connectée à une borne 67. La borne 67 est prévue pour permettre d'y connecter un dispositif sensible à la tension, pour contrôler   l'im-    pulsion vidéo dans le circuit additionneur 60. Ce contrôle permet à l'opérateur du phasemètre d'établir un seuil et de déterminer immédiatement si le rapport signal/bruit est correct, tout en établissant une discrimination contre la mesure de signaux d'entrée en phase et une intensité de signal qui simplement ne convient pas.



   L'amplificateur vidéo est constitué par cinq étages amplificateurs vidéo à tubes à vide utilisant un couplage par résistances à tous les étages. Le diviseur de phase 80 est un montage amplificateur déphaseur utilisant des penthodes montés en parallèle pour fournir la puissance de sortie nécessaire. Un transformateur d'impulsions 88 est prévu pour permettre la mesure de l'amplitude, V, des impulsions vidéo, à la sortie de l'amplificateur déphaseur, 1'enroulement primaire étant connecté entre les anodes des tubes de l'amplificateur déphaseur, comme représenté.



  L'une des extrémités de l'enroulement secondaire du transformateur d'impulsions 88 est mise à la masse, tandis que l'autre extrémité dudit enroulement est connectée à la borne de sortie 86 par le conducteur électrique 87. Le transformateur d'impulsions 88 comporte un rapport de nombre de spires de   1/1    de manière à rétablir l'amplitude V des impulsions aux bornes de l'enroulement secondaire, étant donné que des impulsions d'une amplitude de V/2 et de polarités opposées sont appliquées respectivement aux deux extrémités de son enroulement primaire. Le montage décrit ci-dessus de l'additionneur 60, de l'amplificateur vidéo 70 et de l'analyseur de phase   80    est de conception simple. 



   Pour donner un exemple de la grande adaptabilité du phasemètre à système d'asservissement en boucle fermée 10 de la fig. 1, on a représenté sur la fig. 3 une première forme d'exécution constituée par un ra  diogoniomètre à hypedréquence.    Le phasemètre de la fig. 1 est directement adaptable pour l'usage radiogo  niométrique    par simple branchement sur un système d'antennes. Dans le mode de réalisation de la fig. 3, on a représenté un système à deux antennes, les antennes étant respectivement désignées par les références numériques 111 et 112. L'antenne 111 est connectée à la borne d'entrée 11 du phasemètre   10    par un conducteur électrique d'entrée 113. L'antenne 112 est connectée à la borne d'entrée 12 du phasemètre 10 par un conducteur électrique d'entrée 114.



   Pour donner un exemple spécifique de l'utilisation du dispositif dans un radiogoniomètre, on supposera que les antennes 111 et 112 sont disposées à une distance d et qu'un front d'onde de signal incident de fréquence f indiqué par la ligne en trait interrompu 116, arrive suivant un angle a par rapport à   l'ensem-    ble d'antennes, comme représenté. Le front d'onde 116 vient frapper l'antenne 112 avant de parvenir sur l'antenne 111, avec une avance dont la grandeur est en   rel, ation avec la distan, ce.    Par suite, un signal est appliqué à la borne 12 du phasemètre   10    légèrement avant l'application du signal à la borne d'entrée 11 de celui-ci.

   La différence de phase présente avec   et a    la relation suivante :
EMI5.1     
   D'où    :
EMI5.2     
 où c = vitesse de la lumière.



   Les signaux d'entrée sont amplifiés par les TOP 30 et 20 et appliqués à la jonction différentielle 40 où ils sont combinés de façon vectorielle en quadrature de phase. La tension apparaissant sur la borne de sortie 44 de la jonction différentielle 40 diffère alors de celle qui apparaît sur la borne de sortie 43, en raison de la différence de phase entre les signaux résultant du retard de l'application du signal à la borne d'entrée 41 par rapport au signal appliqué à la borne d'entrée 42. En conséquence, les amplitudes des impulsions de tension apparaissant aux sorties des diodes détectrices 51 et 53 diffèrent également dans une mesure correspondante.

   La différence entre ces impulsions constitue l'impulsion de tension de commande résultante qui est transmise à la borne de sortie 79 et au diviseur de phase 80, en vue   d'être    appliquée aux hélices des TOP 30 et 20 pour commander leurs caractéristiques de déphasage de la manière décrite ci-dessus. On remarquera que, dans cette application   radiogoniométrique,    chaque mesure est effectuée entre des. signaux tirés d'une unique onde électromagnétique arrivant aux bornes d'entrée à des instants légèrement différents ; ainsi, il n'y a aucune différence de fréquence entre les signaux comparés à un instant donné quelconque.

   Bien que le dispositif soit réglé à l'origine à la position   d'équi-    libre ou de zéro, si les signaux d'entrée sont en phase, à une fréquence fox par l'organe ajusteur de phase 17, la direction d'ondes électromagnétiques d'autres fréquences peut également être déterminée sans autre réglage manuel du système, étant donné que le déphasage correspondant   t à un    angle d'arrivée donné est directement proportionnel à la fréquence et qu'il en est de même des déphasages compensateurs des TOP pour une tension de commande donnée. Ainsi, aucune variation de la tension de commande n'est nécessaire en présence de changements de fréquence, pour un angle d'arrivée donné.

   Le fait que le radiogoniomètre est indépendant de la   fré-    quence sera mieux compris en remarquant que :    A < =   
 En remplaçant   AO    par sa valeur dans l'équation (1), on obtient :    -, = [Ko +Kgo]   
 c 2    fez   
 D'où :
 Vc    vc [K20 + K3 ()]   
 Ainsi donc, la détermination de   t    est   indépen-    dante de la fréquence et l'angle d'arrivée a est alors donnÚ par:
   &alpha;    = cos-1?
 d et l'on a donc :
EMI5.3     

 On voit donc que le type de commande de phase à retard variable qui caractérise les TOP permet d'effectuer une mesure des angles d'arrivée de signaux, cette mesure étant indépendante de la fréquence.



   On considérera maintenant la fig. 4 qui représente une seconde forme d'exécution du circuit, constituant un fréquencemètre pour hyperfréquence. Dans cette forme d'exécution, un signal d'entrée est frac  tionné    dans un diviseur d'énergie en deux signaux.



  L'un de ces signaux est appliqué directement au phasemètre tandis que l'autre est transmis à une ligne à retard, qu'il traverse avant d'être appliqué au phasemètre. Une borne d'entrée de signaux 121 est prévue ; elle est destinée à être connectée à une source d'impulsions de signal dont la fréquence doit être mesurée. La borne d'entrée 121 est connectée électriquement à la seconde borne d'entrée 122 d'un diviseur d'énergie se présentant sous la forme   d'une    jonction différentielle 123, par un conducteur électrique 124. La première borne d'entrée 125 de la jonction différentielle 123 se termine sur son   impé-    dance caractéristique Ro pour éviter des réflexions indésirables entre les bornes de sortie 127 et 128 de la jonction différentielle.

   La borne de sortie 128 de la jonction différentielle 123 est connectée à la borne d'entrée 12 du phasemètre 10 par un conducteur électrique 131. La borne de sortie 127 de la jonction différentielle 123 est couplée à la borne d'entrée 11 du phasemètre 10 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 132, d'une ligne à retard 133 et d'un conducteur électrique 134. Les caractéristiques de la ligne à retard 133 sont telles qu'un retard de phase (qui inclut le retard différentiel introduit par la jonction différentielle 123) d'un nombre entier de demi-longueurs d'onde soit introduit, à la fréquence moyenne   f, de    la gamme de fréquence dans laquelle on désire mesurer la fréquence.

   On a constaté qu'un déphasage de 450  à travers la ligne à retard 133, à la fréquence moyenne (conjointement au déphasage de 90¯ de la jonction différentielle 123 utilisée comme diviseur d'énergie) assure une utilisation maximum de la sensibilité du phasemètre 10 tout en évitant des lectures ambiguës sur une gamme de fréquence de 2/1   (,, = 2,).   



   L'organe ajusteur de phase 17 est réglé à la   fré-    quence   moyenne f",    avec des signaux d'entrée en phase, pour assurer des déphasages égaux à travers les TOP 20 et   30,    comme le montre la tension de commande de sortie nulle sur la borne 86. Lorsqu'une impulsion de signal à la fréquence moyenne   / est appliquée à    la borne d'entrée 121, elle est fractionnée en deux signaux par la jonction différentielle de division de l'énergie 123, l'un de ces signaux apparaissant à la borne de sortie 128 et l'autre à la borne de sortie 127. Le signal apparaissant à la borne de sortie 128 est appliqué à la borne d'entrée 12 du phasemètre 10 et au TOP 30 de celui-ci.



  Le signal apparaissant à la borne d'entrée 127 de la jonction différentielle 123 est en avance de   900    sur le signal apparaissant simultanément sur la borne 128, mais il est retardé, dans la ligne à retard 133, de   4500    électriques avant d'être appliqué à la borne d'entrée 11 du phasemètre 10 et au TOP 20 de celui-ci. En conséquence, l'application d'une impulsion de signal de fréquence   f,,    à la borne d'entrée 121 a pour effet la création d'une différence de phase de   3600    électriques entre le signal appliqué au TOP 20 et le signal appliqué au TOP 30.



   En traversant le phasemètre 10, les signaux sont détectés et amplifiés de la manière décrite ci-dessus pour engendrer une impulsion de tension de commande d'amplitude prédéterminée. L'amplitude de l'impulsion de commande apparaissant sur la borne de sortie 86 est en relation avec la fréquence comme indiqué par le calcul ci-après :
 La différence entre les déphasages à travers les deux voies est donnée par la relation :
EMI6.1     
 où n est un nombre entier positif, et où le premier terme entre crochets comprend le déphasage à travers la ligne à retard 133, tandis que le second terme entre crochets comprend le déphasage à travers la jonction différentielle 123 divisant l'Únergie.



   En fonction de la différence de phase dans les déphaseurs la solution générale de l'équation (4) de  vient    :
EMI6.2     

 Dans le cas particulier où les déphaseurs sont du type à retard variable, comme avec des TOP, on peut remplacer le terme   (Ao-Ao)    dans   l'équa-    tion (5) par une expression dans laquelle entre en jeu la tension de commande V tirée de l'équation (1).



   Si l'on effectue cette substitution, l'équation (5) devient alors :
 f = f0/ 1-V/2?n + ? (K20 + K30) (6)
 En raison de la gamme de fonctionnement caracéristique du phasemètre 10, la différence des   dé-    phasages à travers les deux voies du fréquencemètre de la fig. 4 ne peut pas varier de plus de         180     sur la gamme de fréquences de fonctionnement, ce qui limite la longueur de la ligne à retard 133, qui fournit la partie sensible à la fréquence de la différence de phase.

   La valeur maximum du déphasage dans la ligne à retard   ,"est déterminée    par les relations suivantes:
 fmax/f0 Ï0-Ï0 ?? ou ? fmaxÏ0/? + Ï0
 Ï0-fmin/fo Ï0 ? ? ou f0 ? fminÏ0/Ï0 - ?
 Donc :
 fmin Ï0/Ï0 - ? ? f0 ? fmax Ï0/Ï0 + ?    D'où :   
 fmax    (t}  <  fmin   
 Fmax/fmin -1 (7)
 Une étude des relations ci-dessus montre que le déphasage dans la ligne à retard à la fréquence moyenne   f,, peut    avoir une valeur de 450¯ sans provoquer d'ambiguïté sur une largeur de bande de 2/1, étant donné que le déphasage et la fréquence sont en relation directe.



   En appliquant un signal de   fréquence/ (/étant    différent de fo et compris dans la gamme de frÚquence du système) le signal appliqué à la borne d'entrée 11 du phasemètre 10 n'est plus retardé de   4500    par rapport au signal appliqué à la borne d'entrée 12. Le retard du signal à travers la ligne à retard 133 varie plutôt, alors, en proportion directe du rapport entre la fréquence appliquée f et la   fré-    quence moyenne fox comme on peut le voir en étudiant l'équation (4).



   Dans ces conditions, une superposition des impulsions de sortie de la tension de commande à la tension d'hélice dans les TOP 20 et 30 peut encore être utilisée pour amener le système d'asservissement à une position d'équilibre ou de zéro. En outre, étant donné que la relation entre la fréquence des signaux appliqués et l'amplitude des impulsions de sortie de la tension de commande est une équation du premier degré, comme le montre l'équation (6), le voltmètre branché sur la borne de sortie 86 peut être étalonné en unités de fréquence.



   On voit qu'on a décrit ci-dessus un phasemètre perfectionné comportant un système d'asservissement en boucle fermée tendant à établir une position d'équilibre ou de zéro, ce système d'asservissement présentant une réponse extrêmement rapide, ce qui permet son fonctionnement en réponse à des impulsions uniques d'une valeur inférieure à la microseconde. On a également décrit deux formes   d'exécu-    tion du circuit comprenant ce phasemètre : un radiogoniomètre à hyperfréquence et un fréquencemètre à hyperfréquence.


Claims (1)

  1. REVENDICATION Circuit électronique comprenant un phasemètre destiné à mesurer la différence de phase relative entre deux signaux électriques de fréquence connue, l'un de ces signaux étant appliqué à une première borne d'entrée et l'autre étant simultanément applique à une seconde borne d'entrée, caractérisé en ce que le phasemètre comprend un système d'asservissement en boucle fermée comprenant lui-même des premier et second dispositifs déphaseurs variables dont les déphasages sont réglables en fonction de l'amplitude d'une tension de commande appliquée, l'entrée du premier dispositif déphaseur étant couplée à la première borne d'entrée de signal, l'entrée du second dispositif déphaseur étant couplée à la seconde borne d'entrée de signal,
    les dispositifs dé- phaseurs variables étant réglables de façon qu'ils assurent des déphasages identiques pour des signaux d'entrée en phase, à une fréquence prédéterminée ; des organes combinateurs de phase comportant des première et seconde bornes d'entrée et des première et seconde bornes de sortie, capables d'engendrer, aux bornes de sortie, des combinaisons vectorielles différentes de signaux en quadrature de phase appliqués à leurs première et seconde bornes d'entrée, la première borne d'entrée des organes combinateurs de phase étant couplée à la sortie du premier dispositif déphaseur, la seconde borne d'entrée des organes combinateurs de phase étant couplée à la sortie du second dispositif déphaseur ;
    une première diode dé- tectrice couplée à la première borne de sortie des organes combinateurs de phase ; une seconde diode détectrice couplée à la seconde borne d'entrée des moyens combinateurs de phase ; un circuit additionnant algébriquement et comportant des première et seconde bornes d'entrée et capable de produire un signal de sortie électrique en fonction des amplitudes des signaux appliquées à ses bornes d'entrée, la pre mière borne d'entrée de ce circuit additionneur étant t couplée à la sortie de la première diode détectrice, la seconde borne d'entrée du circuit additionneur étant couplée à la sortie de la seconde diode détec- trice, et le signal de sortie du circuit additionneur constituant une tension de commande,
    des organes permettant d'appliquer de façon différentielle la tension de commande constituée par le signal de sortie du circuit additionneur aux premier et second dispositifs déphaseurs variables pour commander les déphasages de ceux-ci de manière à amener le système d'asservissement à une position d'équilibre ou de zéro, et des organes de couplage de sortie, dans le système d'asservissement, pour engendrer un signal de sortie électrique directement proportionnel à la tension de commande et à la différence de phase relative entre les signaux d'entrée appliqués.
    SOUS-REVENDICATIONS 1. Circuit suivant la revendication, caractérisé en ce que le phasemètre comprend des organes permettant d'amplifier le signal de sortie du circuit additionneur, un dispositif diviseur de phase couplé à la sortie des organes amplificateurs, l'une des sorties du dispositif diviseur de phase étant couplée au premier dispositif déphaseur variable de manière à lui appliquer une tension de commande, l'autre sortie du dispositif diviseur de phase étant couplée au second dispositif déphaseur variable de manière à lui appliquer une tension de commande,
    le couplage des sorties du dispositif diviseur de phase avec les dispositifs déphaseurs variables en vue de leur appliquer une tension de commande complétant ainsi le système d'asservissement en boucle fermée précité qui est ainsi amené à sa position d'équilibre ou de zéro par une variation des déphasages des dispositifs dépha- seurs variables en fonction de l'amplitude de la tension de commande.
    2. Circuit suivant la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second dispositifs déphaseurs variables sont identiques ; en ce que des organes ajusteurs de phase sont couplés audit premier dispositif déphaseur, lesdits organes ajusteurs de phase étant capables d'ajuster le déphasage introduit par le premier dispositif déphaseur de façon à le rendre égal au déphasage introduit par le second dispositif déphaseur, pour des signaux d'entrée en phase, à une fréquence prédéter- minée, en ce que les organes combinateurs de phase sont constitués par une jonction différentielle, la pre mière borne d'entrée de la jonction différentielle étant couplée à la sortie du premier dispositif dépha- seur par l'intermédiaire des organes ajusteurs de phase,
    et en ce que le circuit additionneur est électrique.
    3. Circuit suivant la revendication et les sous-revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdispositifs déphaseurs variables identiques sont cons titués chacun par un amplificateur à tube à ondes progressives, les. déphasages des amplificateurs étant variables en fonction de l'amplitude d'une tension d'hélice appliquée, par le fait que le premier signal de sortie du dispositif diviseur de phase est superposé à la tension continue d'hélice appliquée au premier amplificateur à tube à ondes progressives, par le fait que le second signal de sortie du dispositif diviseur de phase est mis en opposition de phase avec le premier et est superposé à la tension continue d'hélice appliquée au second amplificateur à tube à ondes progressives,
    la superposition des signaux de sortie différentiels du dispositif analyseur de phase aux tensions d'hélice des amplificateurs à ondes progressives, complétant ainsi le système d'asservissement en boucle fermée précité qui est ainsi amené à sa condition d'équilibre ou de zéro en réponse à des variations des tensions d'hélice en fonc- tion de l'intensité des signaux de sortie du dispositif diviseur de phase, et par le fait que le signal de sortie électrique engendré par les organes de couplage de sortie du système d'asservissement est directement proportionnel à la tension de sortie du circuit addi tionneur et à la différence de phase relative entre les signaux d'entrée appliquée.
    4. Circuit suivant la revendication et les sous-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anode de la première diode détectrice est couplée à la pre mière borne de sortie des organes combinateurs de phase, en ce que la borne de cathode de la seconde diode détectrice est couplée à la seconde borne de sortie des organes combinateurs de phase, en ce que le circuit additionneur engendre un signal de sortie électrique qui est en fonction de la somme des amplitudes des signaux appliqués à ses bornes d'entrée ; et en ce que la première borne d'entrée du circuit additionneur est couplée à la borne de cathode de la première diode détectrice tandis que sa seconde borne d'entrée est couplée à la borne d'anode de la seconde diode détectrice.
    5. Circuit suivant la revendication et la sous-revendication 1, constitué par un appareil radiogoniométrique destiné à mesurer l'angle d'arrivée d'une onde électromagnétique sur deux antennes, par rapport à une ligne droite passant par celles-ci, caracté- risé par le fait que ses premier et second dispositifs déphaseurs variables assurent des déphasages directement proportionnels à la fréquence des signaux ap pliqués, et représentant une fonction connue d'une tension de commande appliquée, par le fait que l'en- trée du premier dispositif déphaseur est couplée à la première antenne, tandis que l'entrée du second dispositif déphaseur est couplée à la seconde antenne,
    et par le fait que le signal de sortie électrique engen dré par les organes de couplage de sortie du système d'asservissement est directement proportionnel à la tension de commande et à l'angle d'arrivée de l'onde électromagnétique.
    6. Circuit suivant la revendication et les sous-revendications 1, 3 et 5, caractérisé en ce que l'entrée de son premier amplificateur est couplée à la pre mière antenne tandis que l'entrée de son second amplificateur est couplée à la seconde antenne.
    7. Circuit suivant la revendication et la sous-revendication 1, constitué par un fréquencemètre destiné à déterminer la fréquence d'une impulsion à hyperfréquence appliquée à une borne d'entrée, caractérisé en ce qu'il comprend des organes diviseurs d'énergie couplés à cette borne d'entrée, ces organes diviseurs d'énergie comportant des première et seconde bornes de sortie, ces organes diviseurs d'éner- gie étant capables de fractionner une impulsion de signal d'entrée appliquée en deux impulsions de sortie séparées, l'une de ces impulsions apparaissant sur la première borne de sortie tandis que l'autre apparait sur la seconde borne de sortie, des organes propres à retarder la phase couplés à la première borne de sortie, ces organes propres à retarder la phase assurant un retard de phase électrique prédéterminé,
    à une fréquence prédéterminée, l'entrée du premier dispositif déphaseur étant couplée à la sortie des organes propres à retarder la phase, tandis que l'en- trée du second dispositif déphaseur est couplée à la seconde borne de sortie des organes diviseurs d'éner- gie, et en. ce que le signal de sortie électrique en gendré par les moyens de c uplage de sortie du système d'asservissement est directement proportionnel à la tension de commande et à la fréquence de l'im- pulsion à hyperfréquence par rapport à la fréquence prédéterminée.
    8. Circuit suivant la revendication et les sous-revendications 1 et 7, caractérisé en ce que l'impul- sion de signal est appliquée à une borne d'entrée de signaux, en ce qu'il comprend une jonction différentielle munie de première et seconde bornes d'entrée et de première et seconde bornes de sortie, la pre mière borne d'entrée de la jonction différentielle se terminant sur l'impédance caractéristique de celle-ci, la seconde borne d'entrée de la jonction différentielle étant couplée à la borne d'entrée de signaux, une ligne à retard étant couplée à la première borne de sortie de la jonction différentielle, cette ligne à retard étant capable d'introduire un retard de phase électrique prédéterminé à une fréquence prédéterminée,
    et en ce que l'entrée du premier dispositif déphaseur du phasemètre est couplée à la première borne de sortie de la jonction différentielle par l'intermédiaire de la ligne à retard tandis que l'entrée du second dispositif déphaseur du phasemètre est couplée à la seconde borne de sortie de la jonction différentielle.
    9. Circuit suivant la revendication et les sousrevendications 1, 3, 7 et 8 comprenant une pre mière jonction différentielle suivant la sous-revendication 8 et une seconde jonction différentielle suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que l'entrée de son premier amplificateur est couplée à la sortie de la ligne à retard tandis que l'entrée de son second amplificateur est couplée à la seconde sortie de la première jonction différentielle.
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