CN101685113B - 相移测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相移测量方法，特别是双端口网络相移测量，产生二初始信号x1、x2，其中初始信号x1为测试信号，经双端口网络成为相移信号x3；初始信号x2为参考信号，作为测试信号的参考基准；将初始信号x2和相移信号x3送鉴相器测量相移信息，判断所测量的相移信息是否位于鉴相器的线性区，若是，则所测量的相移信号为双端口网络相移；若否，则移相初始信号x1或x2，附加一初相位Φ0，使鉴相器所测量的信号x2、x3相位差信息位于鉴相器的线性区，即可精确测量双端口网络相移。优点是：1、电路简单、体积小；2、测量频率范围宽；3、测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种相移测量方法，特别是一种精确测量双端口网络相移的相移测量方法及装置。
背景技术
目前，测量双端口网络相移一般使用网络分析仪等仪器。而在需要实时测量相移的场合一般的相移测量方法是用检波和比较器的方法测量，或者使用同步实时取样技术获得取样序列，从而计算两信号之间的相位差的方法。前种方法的测量精度低，后者计算复杂且运算量大。两种方法的被测信号的频率范围都很低，无法满足高频相移测量要求。
对于高频相移的测量方法是采用鉴相器，测量电路见图1，具体是将信号源产生的一信号分成两路同相信号，其中一路作为参考信号送鉴相器的输入A端；另一路作为测量信号经双端口网络，形成相移信号送鉴相器的输入B端；鉴相器根据二输入信号的相差，将输出一反应移相信号的移相位的电压值。由于鉴相器的非线性原因(见图3)，在器件的非线性区测量误差大，无法满足高精度测量的要求；该方法的改进措施如图2，增加移相器，将测量信号附加一初相位，可以使部分测量点避开鉴相器的非线性区，但由于移相器是增加固定相移，如90度移相器，无法连续、高精度的改变相位，因此无法满足宽范围内高精度的 测量要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种电路简单、体积小、测量频率范围宽、测量精度高的相移测量方法。
本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的。
一种双端口网络相移测量方法，用于精确测量双端口网络相移，其特征在于：产生二初始信号x1、x2，其中初始信号x1为测试信号，经双端口网络成为相移信号x3；初始信号x2为参考信号，作为测试信号的参考基准；将初始信号x2和相移信号x3送鉴相器测量相移信息，判断所测量的相移信息是否位于鉴相器的线性区，若是，则所测量的相移信号为双端口网络相移；若否，则移相初始信号x1或x2，附加一初相位Φ0，使鉴相器所测量的信号x2、x3相位差信息位于鉴相器的线性区，即可精确测量双端口网络相移。
所述双端口网络相移测量方法，其特征在于：若所述的初相位Φ0附加于参考信号x2上，则双端口网络相移的角度Φ＝鉴相器的测量值Φ1+初相位Φ0；若所述的初相位Φ0附加于测量信号x1上，则双端口网络相移的角度Φ＝鉴相器的测量值Φ1-初相位Φ0。
所述双端口网络相移测量方法，其特征在于：所述二初始信号x1、x2为同频信号。
本发明还提供一种用于上述方法的双端口网络相移测量装置，包括：信号源、鉴相器、信号源移相控制器及连接被测双端口网络的输出、输入接线端，其特征在于：所述信号源为双路信号源，所述双路信号源的两路信号输出中的 一路参考信号接鉴相器的输入A端，所述双路信号源的另一路测试信号输出接输出接线端；所述输入接线端接鉴相器的输入B端，所述鉴相器的输出端接信号源移相控制器的输入，所述信号源移相控制器的输出接双路信号源。
所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：所述的信号源移相器是由模数转换器和微处理器所构成，所述鉴相器的输出通过模数转换器接微处理器，微处理器的输出接双路信号源；当鉴相器测量的相移信息的电压值位于鉴相器输出电压值的非线性区，则微处理器根据预先储存的软件程序移相双路信号源的参考信号的初相位，或移相测试信号的初相位，使鉴相器输出电压值位于线性区内。
所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：所述的模数转换器是高速高精度ADC转换器。
所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：一高精度稳压电源作为模数转换器ADC基准电压源，连接所述模数转换器，以提高采样准确度。
所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：所述微处理器通过通信口接外部显示或上位机。
本发明的有益效果：
1、电路简单，体积小，适用于测量各种双端口网络相移。
2、克服了鉴相器芯片本身在特定相差范围内非线性相移测量误差。
3、测量频率范围宽，准确度高。
为对本发明的原理及其功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1是现有的一种相移测量装置的原理框图。
图2是图1装置的改进原理框图。
图3是鉴相器的响应曲线图。
图4是本发明相移测量方法的流程图。
图5是本发明相移测量装置的电路图。
具体实施方式
图4是本发明所提供的双端口网络相移测量方法，用于精确测量双端口网络相移，包括以下步骤：由双路信号源产生二初始信号x1、x2，其中初始信号x1为测试信号，经双端口网络成为相移信号x3；初始信号x2为参考信号，作为测试信号的参考基准；将初始信号x2和相移信号x3送鉴相器测量相移信息，判断所测量的相移信息是否位于鉴相器的线性区，若是，则所测量的相移信号为双端口网络相移；若否，则移相初始信号x1或x2，附加一初相位Φ0，使鉴相器所测量的信号x2、x3相位差信息位于鉴相器的线性区，即可精确测量双端口网络相移。
若所述的初相位Φ0附加于参考信号x2上，则双端口网络相移的角度Φ＝鉴相器的测量值Φ1+初相位Φ0；若所述的初相位Φ0附加于测量信号x1上，则双端口网络相移的角度Φ＝鉴相器的测量值Φ1-初相位Φ0。
所述二初始信号x1、x2为同频信号，其相位可以相同，也可以不同，当二初始信号x1、x2相位不同，所述检测的双端口网络相移的角度Φ还要减去二初始信号x1与x2的相位差Φ(x1-x2)。
本发明还提供一种用于上述双端口网络相移测量方法的装置，其电路示于图5，包括：信号源1、鉴相器2、信号源移相控制器3及连接被测双端口网络的输出、输入接线端4、5，其中：所述信号源1为双路信号源，所述双路信号源1的两路信号输出中的一路参考信号接鉴相器2的输入A端，所述双路信号源的另一路测试信号接输出接线端4；所述输入接线端5接鉴相器2的输入B端，所述鉴相器2的输出端接信号源移相控制器3的输入，所述信号源移相控制器3的输出接双路信号源1。
测试时，将被测双端网络接于输出、输入接线端4、5之间，双路信号源1产生二初始信号x1、x2，其中初始信号x1作为测试信号通过输出接线端4，经由双端网络移相成为信号x3，并由输入接线端5接至鉴相器2的输入B端；初始信号x2为参考信号，作为测试信号的参考基准接鉴相器2的输入A端；鉴相器工作在测量模式，根据初始信号x2和相移信号x3的相位差，由鉴相器2的输出端送出测量相移信息—电压值至信号源移相控制器3，信号源移相控制器3判断所测量的相移信息是否位于鉴相器2的线性区，若是，则所测量的相移信号为双端口网络相移值；若否，则信号源移相控制器3移相初始信号x1或x2一初相位Φ0，使鉴相器2所测量的信号x2、x3的相移信息位于鉴相器2的线性区，即可或得精确测量双端口网络相移。
所述的信号源移相控制器3是由模数转换器和微处理器所构成，如图5所示，所述鉴相器2的输出通过模数转换器ADC接微处理器MCU，微处理器MCU的输出接双路信号源1；当鉴相器2测量的相移信息的电压值位于鉴相器的非线性区，微处理器则根据预先储存的软件程序移相双路信号源的参考信号的初相位，或移相测试信号的初相位，使鉴相器输出电压值位于线性区内。
所述的模数转换器是高速高精度ADC转换器。
一高精度稳压电源作为模数转换器ADC基准电压源，连接所述模数转换器，以提高采样准确度。
所述微处理器通过通信口接外部显示或上位机。
本发明用模数转换器ADC转换器对检测信号进行采样，采用外接高精度稳压电源作为ADC的参考电压以提高精度。检测的结果可以通过通信口用于外部显示或传递给上位机。存储于微处理器中的软件算法思路为首先判断检测信号是否在鉴相器线性范围内，若不在则改变信号源参考信号或者测试信号初始相位，直到检测信号在鉴相器线性范围内，精确测量信号的相差，再加上信号源的偏移相差，即为该频率下被测网络的相位值。该软件算法简单有效，速度快，精度高。
本发明与现有技术的区别是：1、采用双路输出信号源；2、采用鉴相器测量相移信息，3、应用软件算法弥补鉴相器芯片本身非线性带来的测量误差，达到高精度测量要求。
双路输出信号源，采用同一个晶振电路，可以保证两路信号的同步性，输出信号的相位可控制，可以精确控制每路输出的信号初始相位。
鉴相器的工作原理是测量两路输入信号的相位差，输出的电压信号与输入两路信号的相移差成正比，在0度和180度附近，由于鉴相器非线性原因，输出电压信号与真实相移差不成正比，最大误差可达5度以上，见图3鉴相器响应曲线。
微处理器采样鉴相器的输出信号，根据鉴相器的响应特性(见图3)，判断鉴相器是否工作在线性区，当不在线性区时，控制双路输出信号源，改变信号 的初始相位，使鉴相器的两路输入信号的相位差在其测量的线性区内，从而达到精确测量被测网络相移的目的。
Claims (8)
1.一种双端口网络相移测量方法，用于精确测量双端口网络相移，其特征在于：产生二初始信号x1、x2，其中初始信号x1为测试信号，经双端口网络成为相移信号x3；初始信号x2为参考信号，作为测试信号的参考基准；将初始信号x2和相移信号x3送鉴相器测量相移信息，判断所测量的相移信息是否位于鉴相器的线性区，若是，则所测量的相移信号为双端口网络相移；若否，则移相初始信号x1或x2，附加一初相位Φ0，使鉴相器所测量的信号x2、x3相位差信息位于鉴相器的线性区，精确测量双端口网络相移。
2.根据权利要求1所述双端口网络相移测量方法，其特征在于：所述的初相位Φ0附加于参考信号x2上，则双端口网络相移的角度Φ＝鉴相器的测量值Φ1+初相位Φ0；所述的初相位Φ0附加于测量信号x1上，则双端口网络相移的角度Φ＝鉴相器的测量值Φ1-初相位Φ0。
3.根据权利要求1所述双端口网络相移测量方法，其特征在于：所述二初始信号x1、x2为同频信号。
4.一种用于权利要求1所述方法的双端口网络相移测量装置，包括：信号源、鉴相器、信号源移相控制器及连接被测双端口网络的输出、输入接线端，其特征在于：所述信号源为双路信号源，所述双路信号源的两路信号输出中的一路参考信号接鉴相器的输入A端，所述双路信号源的另一路测试信号输出接输出接线端；所述输入接线端接鉴相器的输入B端，所述鉴相器的输出端接信号源移相控制器的输入，所述信号源移相控制器的输出接双路信号源。
5.根据权利要求4所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：所述的信号源移相控制器是由模数转换器和微处理器所构成，所述鉴相器的输出通过模数转换器接微处理器，微处理器的输出接双路信号源；当鉴相器测量的相移信息的电压值位于鉴相器输出电压值的非线性区，则微处理器根据预先储存的软件程序移相双路信号源的参考信号的初相位，或移相测试信号的初相位，使鉴相器输出电压值位于线性区内。
6.根据权利要求4所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：所述的模数转换器是高速高精度ADC转换器。
7.根据权利要求6所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：一高精度稳压电源作为模数转换器ADC基准电压源，连接所述模数转换器，以提高采样准确度。
8.根据权利要求5所述的双端口网络相移测量装置，其特征在于：所述微处理器通过通信口接外部显示或上位机。
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