CN113692710B - 相位同步电路 - Google Patents

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CN113692710B CN201980095397.8A CN201980095397A CN113692710B CN 113692710 B CN113692710 B CN 113692710B CN 201980095397 A CN201980095397 A CN 201980095397A CN 113692710 B CN113692710 B CN 113692710B
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Abstract

现有的相位同步电路存在无法使输入信号的相位与输出信号的相位一致这样的课题。本发明的相位同步电路具有：信号源，其输出信号；信号分离器，其输出信号源输出的信号的一部分作为发送信号，并且被输入发送信号的反射信号；第一相位控制器，其按照控制信号，使信号分离器输出的发送信号的相位变化；信号反射器，其使第一相位控制器输出的发送信号通过而作为输出信号输出，并且将输出信号的一部分作为反射信号输出；以及相位比较器，其被输入信号源输出的信号的一部分作为基准信号，对基准信号的相位与信号反射器输出且经由第一相位控制器和信号分离器的反射信号的相位进行比较，将与其相位差对应的控制信号输出到第一相位控制器。

Description

相位同步电路
技术领域
本发明涉及相位同步电路。
背景技术
一般而言，在相位同步电路中，当在缆线中传播微波时，在缆线周围存在温度变化或针对缆线的振动时，产生缆线的伸缩，因此，缆线长度变动。因此，由于缆线的传输长度变动，缆线传输后的信号产生相位变动。因此，为了提高输出信号的相位稳定性进行输出，需要对由于缆线长度的变动而产生的相位变动进行补偿。
作为用于解决上述课题的现有的相位同步电路，存在如下电路：将由于缆线长度的变动而产生相位变动的信号与在缆线中传输之前的信号进行比较，对该变动进行补偿(专利文献1)。
现有的相位同步电路由微波信号源、信号分离器、延迟控制器、相位比较器、延迟控制器、缆线和信号反射器构成。从微波信号源输出的信号输入到信号分离器和相位比较器。输入到信号分离器的信号改变相位而被输出，输入到延迟控制器。输入到延迟控制器的信号以与来自相位比较器的控制信号对应的通过相位从延迟控制器输出，通过缆线输入到信号反射器。输入到信号反射器的信号通过信号反射器，成为本相位同步电路的输出信号。另外，针对信号反射器的输入信号的一部分被反射。由信号反射器反射后的反射信号经由缆线、延迟控制器和信号分离器输入到相位比较器。
在相位比较器中，对经由缆线、延迟控制器和信号分离器的反射信号与来自微波信号源的信号的相位差进行比较，以使该相位差恒定(例如相位差＝0度)的方式向延迟控制器输出控制信号。
这样，现有的相位同步电路构建反馈控制。因此，即使连接延迟控制器和信号反射器的缆线的传输长度由于温度变化或振动而变动，也能够对该相位变动进行补偿。
现有技术文献
专利文献
日本特开2014-11561号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，在专利文献1公开的相位同步电路中，从信号反射器输出的信号在通过信号反射器时被施加信号反射器的通过相位，因此，在输入到相位同步电路的信号的相位与输出的信号的相位之间产生相位差。因此，存在无法使输入到相位同步电路的信号的相位与相位同步电路输出的信号的相位一致这样的课题。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，针对现有的相位同步电路，提供能够使输出信号的相位与针对相位同步电路的输入信号的相位一致的相位同步电路。
用于解决课题的手段
本发明的相位同步电路具有：信号源，其输出信号；信号分离器，其输出信号源输出的信号的一部分作为发送信号，并且被输入发送信号的反射信号；第一相位控制器，其按照控制信号，使信号分离器输出的发送信号的相位变化；信号反射器，其使第一相位控制器输出的发送信号通过而作为输出信号输出，并且将输出信号的一部分作为反射信号输出；以及相位比较器，其被输入信号源输出的信号的一部分作为基准信号，对基准信号的相位与信号反射器输出且经由第一相位控制器和信号分离器的反射信号的相位进行比较，将与其相位差对应的控制信号输出到第一相位控制器。
发明效果
根据本发明，能够使相位同步电路的输入信号的相位与输出信号的相位一致。
附图说明
图1是示出实施方式1的相位同步电路的一个结构例的结构图。
图2是实施方式1的信号分离器中使用的90度混合器的结构图。
图3是示出实施方式2的相位同步电路的一个结构例的结构图。
图4是示出实施方式2的信号反射器的另一个结构例的结构图。
具体实施方式
实施方式1
图1是示出实施方式1的相位同步电路的一个结构例的结构图。
本相位同步电路具有信号分离器39(信号分离器的一例)、相位控制器3(第一相位控制器的一例)、缆线4、信号反射器40(信号反射器的一例)和相位比较器7(相位比较器的一例)。
下面，参照附图对本发明的实施方式1进行详细说明。另外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的标号进行说明。此外，在各图中，缆线用实线表示。
微波信号源1(信号源的一例)是将基准信号输出到信号分离器39的信号源。例如，微波信号源1使用能够输出准确频率的石英振荡器等。
信号分离器39是如下的信号分离器：对微波信号源1输出的基准信号进行分配，将分配出的一个基准信号作为本相位同步电路的基准信号输出到相位比较器7，将分配出的另一个基准信号作为发送信号输出到相位控制器3，并且，将信号反射器40反射后的反射信号输出到相位比较器7。这里，反射信号是信号分离器39输出且信号反射器40反射后的发送信号。例如，信号分离器39使用由耦合线路构成的90度混合器等。
图2是实施方式1的信号分离器39中使用的90度混合器32的结构图。90度混合器32(第一90度混合器的一例)在从第一端子(输入端子)朝向第二端子(第一输出端子)通过时，使相位变化90度。此外，90度混合器32在从第一端子(输入端子)朝向第四端子(第二输出端子)通过和从第二端子(第一输出端子)朝向第三端子(隔离端子)通过时，使相位变化180度。此后，在实施方式1中，设信号分离器39使用90度混合器32进行说明。
相位控制器3是如下的相位控制器：按照相位比较器7输出的控制信号，使信号分离器39输出的发送信号的相位变化，将使相位变化后的发送信号输出到信号反射器40，并且，使信号反射器40反射后的反射信号的相位变化，将使相位变化后的反射信号输出到信号分离器39。相位控制器3具有3个端子，针对从第一端子(输入端子)输入的信号，按照从第三端子(控制端子)输入的控制信号使通过相位变化，从第二端子(输出端子)输出。此外，在向相位控制器3的第二端子(输出端子)输入了信号的情况下，相位控制器3针对该信号，按照控制信号使通过相位变化与从第一端子向第二端子输出时相同的量，从第一端子(输入端子)输出。例如，相位控制器3使用由硅IC(Integrated Circuit：集成电路)构成的相位控制器。
缆线4是如下的缆线：连接相位控制器3和信号反射器40，将相位控制器3输出的发送信号输出到信号反射器40。另一方面，缆线4将信号反射器40输出的反射信号输出到相位控制器3。例如，缆线4使用同轴缆线等。
信号反射器40是如下的信号反射器：输出相位控制器3输出的发送信号的一部分作为本相位同步电路的输出信号，并且，将发送信号的一部分作为反射信号反射到相位控制器3。信号反射器40具有2个端子，在从第一端子(输入端子)朝向第二端子(输出端子)通过时，使相位变化90度。此外，信号反射器40针对从第一端子(输入端子)输入的发送信号的一部分，使相位变化270度，作为反射信号从第一端子(输入端子)输出。例如，信号反射器40使用一端被端接的90度混合器等。利用电阻401对90度混合器35(第二90度混合器的一例)的第三端子(隔离端子)进行端接，连接第二端子(第一输出端子)和第四端子(第二输出端子)，由此构成信号反射器40。另外，90度混合器35的结构与图2所示的90度混合器相同。
相位比较器7是如下的相位比较器：对信号分离器39输出的基准信号的相位与信号反射器40反射后的反射信号的相位进行比较，将与其相位差对应的控制信号输出到相位控制器3。相位比较器7具有3个端子，对输入到第一端子(第一输入端子)和第二端子(第二输入端子)的信号的相位彼此进行比较，以使其相位差成为0度的方式，将控制信号从第三端子(输出端子)输出到相位控制器3。例如，相位比较器7使用由硅IC构成的相位比较器。
接着，参照图1对本发明的实施方式1的相位同步电路的动作进行说明。
微波信号源1将基准信号输出到信号分离器39。
信号分离器39使微波信号源1输出的基准信号的相位变化90度，作为发送信号从第二端子输出到相位控制器3。此外，信号分离器39使微波信号源1输出的基准信号的相位变化180度，从第四端子输出到相位比较器7。
相位控制器3根据来自相位比较器7的控制信号使信号分离器39输出的发送信号的相位变化，将使相位变化后的发送信号从第二端子经由缆线4输出到信号反射器40。
信号反射器40输出从第一端子输入的发送信号的一部分作为本相位同步电路的输出信号。此外，信号反射器40将从第二端子输出的输出信号的一部分输入到第四端子，使相位变化180度，作为反射信号从第一端子输出。信号反射器40从第一端子输出的反射信号经由缆线4输入到相位控制器3的第二端子。
相位控制器3按照相位比较器7输出的控制信号，使信号反射器40输出的反射信号的相位变化，将使相位变化后的反射信号输出到信号分离器39的第二端子。
信号分离器39使相位控制器3输出的反射信号的相位变化180度，从第三端子输出到相位比较器7。
相位比较器7对信号分离器39输出的反射信号的相位与信号分离器39输出的基准信号的相位进行比较，将与其相位差对应的控制信号输出到相位控制器3。
相位控制器3按照相位比较器7输出的控制信号，使发送信号和反射信号的相位变化。
通过这样进行控制，能够消除通过信号分离器39、相位控制器3、缆线4和信号反射器40时产生的通过相位量，能够使输出信号的相位与输入信号的相位(微波信号源1输出的基准信号的相位)一致。
下面，使用数学式对本相位同步电路的动作进行说明。
相位同步电路38输出的输出信号的相位θout由式(1)表示。这里，设微波信号源1输出的基准信号的初始相位为θ0，设相位控制器3的通过相位为θtune，设缆线4的通过相位为θcable。
【数学式1】
θout＝θ0-180+θtune+θcable…(1)
微波信号源1经由信号分离器39(90度混合器32)输出到相位比较器7的基准信号的相位θ1由式(2)表示。
【数学式2】
θ1＝θ0+180…(2)
信号反射器40(90度混合器35)从第一端子输出且经由缆线4、相位控制器3和信号分离器39(90度混合器32)输入到相位比较器7的反射信号的相位θ2由式(3)表示。
【数学式3】
θ2＝θ0+540+2θtune+2θcable…(3)
相位比较器7对相位控制器3进行控制，以使信号分离器39输出的基准信号的相位与反射信号的相位相等，因此，在稳定状态下，θ1＝θ2。由此，根据式(2)＝式(3)得到以下的式(4)。
【数学式4】
180+θtune+θcable＝0…(4)
在将式(4)代入式(1)中时，得到以下的式(5)。
【数学式5】
θout＝θ0…(5)
根据式(5)可知，输入到相位同步电路38的基准信号的相位与相位同步电路38输出的输出信号的相位相等。
如上所述，根据该实施方式1，信号分离器39和信号反射器40使用90度混合器，使用输出输出信号的一部分作为反射信号的信号反射器40将相位同步电路的反射信号和输出信号关联起来，由此，能够使本相位同步电路的输入信号(基准信号)的相位与输出信号(发送信号)的相位一致。
另外，在实施方式1中，信号分离器39和信号反射器40使用90度混合器，但是，也可以是以下这种部件。
信号分离器39是具有如下特征的部件即可：在从第一端子朝向第二端子通过时，使相位变化θα度，在从第一端子朝向第四端子通过和从第二端子朝向第三端子通过时，使相位变化2θα度。
信号反射器40是具有如下特征的部件即可：使输入到第一端子的信号的相位变化θα度而从第二端子输出，并且，针对输入到第一端子的信号的一部分，使相位变化3θα度而从第一端子输出。
这样，信号分离器39和信号反射器40也可以不是90度混合器，只要是从第一端子朝向第三端子的通过相位成为从第一端子朝向第二端子的通过相位的整数倍的部件即可。
实施方式2
在实施方式2中示出如下结构：在信号分离器39的隔离有限且基准信号的一部分漏入反射信号输出端子而使反射信号的相位变化的情况下，也能够使相位同步电路的输出信号的相位与相位同步电路的输入信号的相位一致。
图3是示出本发明的实施方式2的相位同步电路的一个结构例的结构图。
基本上，图3所示的实施方式2中的相位同步电路48对实施方式1中的相位同步电路38追加相位控制器42(第二相位控制器的一例)，将信号分离器39变更成信号分离器51。相位控制器42和信号分离器51以外的结构要素相同，标注相同标号并省略其说明。
信号分离器51是如下的信号分离器：将微波信号源1输出的信号作为发送信号输出到相位控制器3，并且，将信号反射器40输出的反射信号输出到相位比较器7。信号分离器51具有3个端子，在从第一端子(输入端子)朝向第二端子(第一输出端子)通过时，使相位变化90度，在从第二端子(第一输出端子)朝向第三端子(隔离端子)通过时，使相位变化180度。例如，信号分离器51使用由耦合线路构成的90度混合器等。90度混合器32的结构与图2相同，因此省略说明。利用电阻511对90度混合器32的第四端子(第二输出端子)进行端接，由此能够实现信号分离器51。
相位控制器42是如下的相位控制器：使微波信号源1输出的基准信号的相位变化，将使相位变化后的基准信号输出到相位比较器7。在信号分离器51中，基准信号的一部分漏入隔离端子，由此，反射信号产生相移，但是，相位控制器42使基准信号的相位变化该相移量。例如，相位控制器42使用由硅IC构成的相位控制器。
接着，参照图3对该实施方式2的相位同步电路的动作进行说明。
微波信号源1输出的基准信号被输入到信号分离器51的第一端子和相位控制器42。信号分离器51将被输入到第一端子的基准信号分支成2个。分支后的一个基准信号被信号分离器51内的电阻511吸收。
分支后的另一个基准信号使相位变化90度，作为发送信号从第二端子输出，输入到相位控制器3。
此后的相位控制器3、缆线4和信号反射器40的动作与实施方式1相同，因此省略说明。与实施方式1同样，发送信号的一部分由信号反射器40反射，反射信号经由缆线4和相位控制器3输入到信号分离器51的第二端子。
信号分离器51使输入到第二端子的反射信号的相位变化180度，将使相位变化180度后的反射信号从第三端子输出到相位比较器7。
另一方面，微波信号源1输出的基准信号被输入到相位控制器42。相位控制器42使基准信号的相位变化在信号分离器51中基准信号的一部分漏入隔离端子而产生的反射信号的相移量，将使相位变化后的基准信号输出到相位比较器7。由此，能够对由于基准信号的漏入而引起的反射信号的相移进行补偿。此后的动作与实施方式1相同，因此省略。
通过这样构成，能够对从构成信号分离器51的90度混合器32的第一端子输入的基准信号漏入第三端子而产生的反射信号的相移进行补偿，能够正确地控制相位控制器3。
下面，根据各信号的相位关系对动作进行说明。
本发明的实施方式2的相位同步电路48输出的发送信号的相位θout2由式(6)表示。在以下的式(6)中，θ0是输入到信号分离器51的基准信号的相位。
【数学式6】
θout＝θ0+180+θtune+θcable…(6)
微波信号源1经由相位控制器42输出到相位比较器7的基准信号的相位θ21由式(7)表示。
【数学式7】
θ21＝θ0+θv…(7)
这里，θv表示相位控制器42的通过相位，θv＝180+Δθ0。Δθ0表示输入到90度混合器32的第一端子的基准信号漏入第三端子而产生的反射信号的相移量。
信号反射器40输出且经由缆线4、相位控制器3和90度混合器32输入到相位比较器7的反射信号的相位θ22由式(8)表示。
【数学式8】
θ22＝θ0+540+2θtune+2θcable+Δθ0…(8)
相位控制器42对基准信号的相位进行控制，使得θv＝180+Δθ0。另外，例如，使用网络分析器等测定输入到90度混合器32的第二端子的反射信号的相位与从第三端子输出的反射信号的相位，计算相位差，由此求出反射信号的相移量Δθ0。
在本相位同步电路48充分收敛时，由相位比较器7比较的基准信号的相位(θ21)和反射信号的相位(θ22)相等，因此，θ21＝θ22。由此，在设式(7)＝式(8)时，得到以下的式(9)。
【数学式9】
540+2θtune+2θcable+Δθ0-θv＝0···(9)
在将式(9)代入式(6)中时，得到式(10)。
【数学式10】
θout2＝θ0-90+(θv-Δθ0)/2…(10)
θv＝180+Δθ0，因此，在将θv代入式(10)并整理时，得到以下的式(11)。
【数学式11】
θout2＝θ0···(11)
根据式(11)可知，相位同步电路48输出的发送信号的相位与从相位同步电路48输入的基准信号的相位相等。
如上所述，根据该实施方式2，在构成信号分离器51的90度混合器32的隔离有限且基准信号的一部分漏入反射信号输出端子而使反射信号的相位变化的情况下，本相位同步电路也能够使输出信号的相位与输入到相位同步电路的输入信号的相位一致。进而，在本相位同步电路中，即使输入到90度混合器32的第二端子的反射信号漏入第四端子，由于第四端子被端接，因此，也不会对输入到相位比较器7的基准信号造成影响。
另外，信号分离器51是具有如下特征的部件即可：从第一端子朝向第二端子的通过相位变化θα度，从第二端子朝向第三端子的通过相位变化2θα度。该情况下，相位控制器42对相位进行调整，以使基准信号的相位成为θ0+2θα+Δθ0。
在上述情况下，信号反射器40是具有如下特征的部件即可：使输入到第一端子的信号的相位变化θα度而从第二端子输出，使从第一端子输入的信号的一部分信号的相位变化3θα度，作为反射信号从第一端子输出。
这样，信号分离器51和信号反射器40也可以不是90度混合器，而是从第一端子朝向第三端子的通过相位成为从第一端子朝向第二端子的通过相位的整数倍的部件即可。
进而，也可以代替信号反射器40而使用以下结构的信号反射器41。
图4是信号反射器41的一个结构例。
信号反射器41具有90度混合器35、分配器36(第一分配器的一例)和分配器37(第二分配器的一例)。
分配器36是如下的分配器：对90度混合器35输出的发送信号进行二分配，将分配出的一个发送信号作为本相位同步电路的输出信号输出，并且，将分配出的另一个发送信号输出到分配器37。分配器36具有3个端子，对输入到第一端子的信号进行分配，从第二端子和第三端子输出。此时，第一端子与第二端子之间的通过相位和第一端子与第三端子之间的通过相位相等。例如，分配器36使用由传输线路构成的分配器、威尔金森分配器等。
分配器37是具有与分配器36相同的通过特性的分配器，对分配器36输出的信号进行二分配，将分配出的一个信号作为发送信号的反射信号输出到90度混合器35的第四端子，将分配出的另一个信号输出到电阻411。分配器37具有3个端子，针对输入到第一端子的信号赋予与分配器36相同的通过相位，从第二端子输出到90度混合器35的第四端子。分配器37的第三端子利用电阻411进行端接。
如上所述，使用2个具有相同的通过相位的分配器构成信号反射器41，由此，能够消除分配器36的通过相位的影响，能够使相位同步电路48的输入信号的相位与输出信号的相位一致。
在实施方式2中说明了信号反射器41，但是，在实施方式1中也可以使用信号反射器41。
标号说明
1：微波信号源；3、42：相位控制器；4：缆线；7：相位比较器；32、35：90度混合器；36、37：分配器；38、48：相位同步电路；39、51：信号分离器；40、41：信号反射器；401、411、511：电阻。

Claims (7)

1.一种相位同步电路，其特征在于，所述相位同步电路具有：
信号源，其输出信号；
信号分离器，其输出所述信号源输出的所述信号的一部分作为发送信号，并且被输入所述发送信号的反射信号；
第一相位控制器，其按照控制信号，使所述信号分离器输出的所述发送信号的相位变化；
信号反射器，其使所述第一相位控制器输出的所述发送信号通过而作为输出信号输出，并且将所述输出信号的一部分作为所述反射信号输出；以及
相位比较器，其被输入所述信号源输出的所述信号的一部分作为基准信号，对所述基准信号的相位与所述信号反射器输出且经由所述第一相位控制器和所述信号分离器的所述反射信号的相位进行比较，将与其相位差对应的所述控制信号输出到所述第一相位控制器。
2.根据权利要求1所述的相位同步电路，其特征在于，
所述信号反射器对所述反射信号赋予的相位是所述信号反射器对输出的所述发送信号赋予的相位的整数倍。
3.根据权利要求2所述的相位同步电路，其特征在于，
所述信号分离器对所述反射信号赋予的相位是所述信号分离器对所述信号赋予的相位的整数倍。
4.根据权利要求3所述的相位同步电路，其特征在于，
所述信号分离器是第一90度混合器，将所述信号源输出的所述信号的一部分从输出端子输出到所述第一相位控制器，将从所述输出端子输入的所述反射信号输出到所述相位比较器。
5.根据权利要求4所述的相位同步电路，其特征在于，
所述信号反射器是第二90度混合器，所述信号反射器的隔离端子被端接，将从第一输出端子输出的所述输出信号的一部分输入到第二输出端子。
6.根据权利要求5所述的相位同步电路，其特征在于，
所述相位同步电路具有：
第一分配器，其对所述信号反射器输出的所述发送信号进行分配；以及
第二分配器，其具有与所述第一分配器相同的电气特性，对所述第一分配器分配出的所述发送信号进行分配，将分配出的所述发送信号输出到所述第二90度混合器的所述第二输出端子。
7.根据权利要求5所述的相位同步电路，其特征在于，
所述相位同步电路具有第二相位控制器，该第二相位控制器对所述信号源输出的所述信号的相位进行控制，作为所述基准信号输出到所述相位比较器。
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