RU1800384C - Двухканальный фазометр - Google Patents

Abstract

Использование: в технике фазовых измерений , в частности в устройствах радиолокации , радионавигации и радиоуправлени . Сущность изобретени : повышение точности измерени  малых фазовых сдвигов достигаетс  за счет введени  в фазометр блока пам ти, блока вычитани , измерител  отношений, переключател  и фазовращате- л  на 45°, вход которого  вл етс  одним из входов фазометра. Введены элементы и соответствующие св зи составл ют дополнительный канал измерени  малых фазовых сдвигов. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике фазовых измерений и может быть использовано в устройствах радиолокации, радионавигации и радиоуправлени .

Цель изобретени  - повышение точности измерени  малых фазовых сдвигов.

Цель достигаетс  тем, что в двухканаль- ный фазометр введены последовательно соединенные блок пам ти, блок вычитани , измеритель отношений, переключатель и блок индикации, а также фазовращатель на 45°, вход которого  вл етс  вторым входом фазометра, а выход соединен с входом управл емого фазовращател , кроме того, первый выход низкочастотного коммутатора соединен с входом блока пам ти, а второй выход - с вторым входом блока вычитани  и вторым входом измерител  отношений , а выход арктангенсного преобразовател  соединен с вторым входом переключател .

При сравнении известного фазометра с предлагаемым видим, что за вл емое устройство про вл ет новые технические свойства , выраженные в повышении точности измерени  малых фазовых сдвигов. Это позвол ет повысить эффективность использо- вани  измерительной аппаратуры и сократить стоимость измерени  за счет объединени  в одном устройстве двух измерителей . Указанное свойство изобретени   вл етс  новым, так как с помощью прототипа из-за отсутстви  в нем новых элементов и св зей нельз  измер ть с высокой точностью малые фазовые сдвиги. В св зи с этим отличительные признаки изобретени   вл ютс  существенными.

На чертеже приведена структурна  схема двухканального фазометра.

Двухканальный фазометр содержит СВЧ-тракт, состо щий из блока 1 сумма- разность, фазовращател  2, дифференциального квадратичного детектора 3, состо щего из детекторов 4, 5 и блока 6 вычитани , низкочастотный коммутатор 7, арктангенсный преобразователь 8, блок 9 управлени , блок 10 пам ти, второй блок 11

(Л

С

00

о о

со

00

вычитани , измеритель 12 отношени , переключатель 13 и блок 14 индикации.

О до 360°

Двухканальный фазометр работает следующим образом.

Режиму измерени  фазовых сдвигов от предшествует режим калибровки.

В режиме калибровки переключатель 13 устанавливаетс  во второе положение. Фа- зовращатель 15 от СВЧ-тракта отключен. Путем регулировки фазовращател  2 оператор добиваетс  нулевого сигнала на выходе детектора 3.

Ui Ео Еи Кд S|n (f ,

где ЕО и Е и амплитуды опорного и исследуемого сигналов СВЧ на входах детектора 3;

Кд - коэффициент преобразовани  детектора 3;

р - дифференциональный фазовый сдвиг, обусловленный неравенством электрических длин каналов фазометра.

В режиме измерени  фазовых сдвигов от 0 до 360° двухканальный фазометр работает следующим образом.

Переключатель 13 устанавливаетс  во второе положение.

Цикл измерени  состоит из двух тактов. В первом такте блок 9 устанавливает фазовращатель 2 в состо ние нулевого фазового сдвига, а коммутатор 7 в положение, при котором сигнал детектора 3 поступает на первый вход преобразовател  8. При этом

Ui Ео Еи Кд sin ,

где рх, - искомый фазовый сдвиг.

Сигнал Ui запоминаетс  в преобразователе 8 до конца цикла измерени .

В начале второго такта на управл ющий вход фазовращател  2 с блока 9 поступает сигнал, устанавливающий фазовращатель 2 в состо ние, когда фазовый сдвиг, вносимый им, равен 90°. Одновременно с этим на управл ющий вход коммутатора 7 с блока 9 поступает импульс, перебрасывающий коммутатор 7 в положение, при котором выход дифференциального квадратичного детектора 3 оказываетс  подключенным к второму входу преобразовател  8, на который поступает сигнал

U2 Ео Еи Кд COS $ х,

После этого с блока 9 на управл ющий вход преобразовател  8 поступает сигнал,

по которому преобразователем 8 реализуетс  алгоритм

1)з Кз arc tg(U 1/1)2)

С учетом выражений дл  Ui, U2 напр жение на выходе преобразовател  8 можно выразить следующим образом:

из К3 (рх,.

где Кз- коэффициент преобразовател  8.

Напр жение Us поступает в блок 14 индикации , одна из шкал которого проградуи- рована в значени х , от 0 до 360°.

Режиму измерени  малых фазовых сдвигов предшествует режим калибровки.

В режиме калибровки переключатель 13 устанавливаетс  в первое положение. Фазовращатель 15 в СВЧ-тракт включен. В конце второго такта сигналы на выходах коммутатора 7 имеют вид

U 1 ЕоЕи Кд sin (45° + ); U 2 Е0Еи Кд cos (45° + -Д0),

где Ау) - отклонение фазового сдвига от 45° в фазовращателе 15.

Регулировкой фазовращател  15 опера- тор добиваетс  нулевого уровн  сигнала U 12 на входе индикатора 14:

35

U%2 Ueg(UlzUi) 1)2

При этом U 2 U 1 , что соответствует равенству sin 45° cos 45° и, следовательно, установке фазовращател  15 на его номинальное значение 45°.

В режиме измерени  малых фазовых сдвигов двухканальный фазометр работает следующим образом.

Переключатель 13 устанавливаетс  в первое положение. Цикл измерени  состоит из двух тактов. Аналогично описанному выше режиму, последовательно во времени на выходах коммутатора 7 формируютс  квадратурные составл ющие

Ui E0EMKAsin( + 45°); и2 Е0Еи Кд cos ( р х + 45°).

Сигнал Ui поступает на блок 10 пам ти, представл ющий собой схему выборки-хранени , где запоминаетс . С выхода блока 10 напр жение Ui подаетс  на первый вход блока 11 вычитани . Вслед за ним сигнал U2 с второго выхода коммутатора 7 поступает

на второй вход блока 11. Напр жение Due выхода блока 11 подаетс  на первый вход измерител  12 отношений.

Uii Kn(U2-Ui),

где Ki 1 - масштабный коэффициент блока 11 вычитани .

На второй вход измерител  12 поступает сигнал Ui2. Измеритель 12 отношений реализует алгоритм

Ul2 Uefl К11 -tg( рх + 45°)

где Кед - напр жение единичного уровн .

Получим выражение дл  - погрешности измерени  р х:

рх arctg(1 U12

Kl1 Кед

)-45с

Формула дл  определ етс  по общему правилу из следующего.выражени  (см. книгу: Пискунов Н.В, Дифференциальное и интегральное вычисление дл  втузов. М.: Гос. издат. физико-математической литературы , 1962, с. 259):

Дрх

AU12 +

ЭКп

Откуда получим

+ ТЙТАК11+1Т&Аид1 -tg(c+45°) . 1+tg2(px+45°)

(5иед )

где 5иед , 5кц , 5щ2 . относительные погрешности установки напр жений 1)ед, Ui2 и масштабного коэффициента Кц.

Погрешность измерени  малых р. темслабее зависит от 5иед . 5кц (5ui2 чем меньше фазовый сдвиг, измер емый фазометром, т.е. чем ближе к единице tg ( х + +45°) и, следовательно , чем меньше первый сомножитель. При 1° расчетна  погрешность измерени  составл ет ± 0,002° при относительных погрешност х установки напр жени  иед Ui2 и масштабного коэффициента Кц - -±10%.

Расчеты показывают, что при максимальном уровне напр жени  на выходе детектора , равном 10 В, сигнал, соответствующий 0,001°, составл ет 174

мкВ. Поэтому выравнивание электрических длин каналов при первой калибровке можно осуществить с точностью не хуже «0,001°.

Расчетна  погрешность установки сорокоп тиградусного фазовращател  при второй калибровке может быть также сведена к значению 0,001°, которому соответствует напр жение на входе индикатора 14, равное 70 мкВ.

Таким образом, введение в фазометр новых элементов и св зей позвол ет повысить точность измерени  малых фазовых сдвигов.

Использование предлагаемого измерител  позвол ет снизить затраты на измерени  за счет расширени  функциональных возможностей, так как фазометр работает с высокой точностью как в обычном режиме, так и в режиме измерени  малых фазовых

сдвигов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   Двухканальный фазометр, содержащий последовательно соединенные управл емый фазовращатель, блок сумма-разность,

дифференциальный квадратичный детектор , низкочастотный коммутатор и арктан- генсный преобразователь, а также блок управлени , первый выход которого соединен с управл ющим входом управл емого

фазовращател , второй выход-с управл ющим входом низкочастотного коммутатора и третий выход - с управл ющим входом арк- тангенсного преобразовател , причем второй вход блока сумма - разность  вл етс 

первым входом фазометра, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности измерени  малых фазовых сдвигов, в него введены последовательно соединенные блок пам ти, блок вычитани , измеритель

отношений, переключатель и блок индикации , а также фазовращатель на 45°, вход которого  вл етс  вторым входом фазометра , а выход соединен с входом управл емого фазовращател , кроме того, первый

выход низкочастотного коммутатора соединен с входом блока пам ти, а второй выход - с вторым входом блока вычитани  и вторым входом измерител  отношений, а выход арктангенсного преобразовател  соединен

с вторым входом переключател .