RU2011998C1 - Calibrator of phase shifts - Google Patents
Calibrator of phase shifts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2011998C1 RU2011998C1 SU4923835A RU2011998C1 RU 2011998 C1 RU2011998 C1 RU 2011998C1 SU 4923835 A SU4923835 A SU 4923835A RU 2011998 C1 RU2011998 C1 RU 2011998C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- frequency
- inputs
- calibrator
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике фазометрии и может быть использовано в метрологической практике для проведения поверочных работ в качестве источника колебаний с заданным сдвигом фаз. The invention relates to a phase metering technique and can be used in metrological practice for conducting calibration work as a source of oscillations with a given phase shift.
Известно устройство, содержащее преобразователь электрического сигнала в оптический, два светоделителя, оптический клин, две призмы, два фотопреобразователя, переменную оптическую линию задержки, фотоприемник, оптический переключатель, усилитель, фазоинвертор. A device is known that contains an electric signal to optical converter, two beam splitters, an optical wedge, two prisms, two photo converters, a variable optical delay line, a photodetector, an optical switch, an amplifier, a phase inverter.
Недостатком устройства является его невысокая точность. The disadvantage of this device is its low accuracy.
Известно также устройство, содержащее преобразователь электрического сигнала в оптический, светоделитель, устройства ввода оптического излучения в оптическое волокно, оптические переключатели, блок оптических волокон, фотопреобразователи, переменную линию задержки, переключатели, измеритель частоты, генератор исходных электрических гармонических колебаний, блок коммутируемых оптических задержек на основе калиброванных по оптической длине волоконных световодов, коммутируемых оптическими переключателями. В данном устройстве исходный сигнал от задающего генератора исходных электрических колебаний модулирует преобразователь электрического сигнала в оптический (излучатель), с которого после светоделителя (разветвителя оптических каналов) сигнал поступает в два оптических канала - оптические задержки на основе оптики и волоконно-оптической техники. На выходах оптических каналов в фотопреобразователях (фотоприемниках) производится обратное преобразование оптических сигналов в электрические. Требуемая задаваемая разность фаз выходных сигналов калибратора обеспечивается за счет коммутации дискретных оптических задержек и изменения положения подвижной призмы в регулируемой оптической задержке устройства. A device is also known that contains an electric signal to optical converter, a beam splitter, devices for inputting optical radiation into an optical fiber, optical switches, an optical fiber unit, photoconverters, a variable delay line, switches, a frequency meter, an initial harmonic oscillation generator, a unit for switched optical delays on based on optical fibers calibrated along the optical length, switched by optical switches. In this device, the initial signal from the master oscillator of the initial electric oscillations modulates the electrical signal to optical converter (emitter), from which, after the beam splitter (optical channel splitter), the signal enters two optical channels - optical delays based on optics and fiber-optic technology. At the outputs of the optical channels in the photoconverters (photodetectors), the optical signals are inversely converted to electrical ones. The required set phase difference of the output signals of the calibrator is ensured by switching discrete optical delays and changing the position of the movable prism in the adjustable optical delay of the device.
Как показали исследования, устройство обеспечивает необходимую точность задания разностей фаз, но на сравнительно короткое время. Оказалось, что в данном устройстве и оптикоэлектронных устройствах подобного типа возникает необходимость в полной идентичности фотоприемников, обратно преобразующих оптические сигналы в электрические, и в высокой стабилизации выходной мощности излучателя. В результате даже очень небольших изменений выходной мощности излучателя (что может быть обусловлено, например, тепловыми эффектами и рядом других причин) из-за неодинакового затухания в оптических каналах на входы фотоприемников поступают неодинаковой интенсивности изменяющиеся со временем нестабильности выходной мощности излучателя сигналы, соответственно неодинаково изменяющие входные сопротивления фотоприемников. Указанные входные сопротивления фотоприемников образуют цепи, определяющие собственный дополнительный фазовый сдвиг в схеме фотоприемника, и, следовательно, и выходной фазовый сдвиг калибратора. Нестабильность указанного фазового сдвига приводит к дрейфу во времени задаваемой разности фаз калибратора. Kак показали исследования данной схемы, при предварительном установлении задаваемой разности фаз каналов калибратора с погрешностью порядка 0,01о, затем наблюдается дрейф выходной разности фаз, определяемый значением порядка 0,3о в час, что во многом сводит на нет полученные при предварительной настройке и калибровке устройства точности.As studies have shown, the device provides the necessary accuracy for setting phase differences, but for a relatively short time. It turned out that in this device and optoelectronic devices of a similar type, the need arises for the complete identity of the photodetectors, which inversely convert optical signals into electrical ones, and for high stabilization of the output power of the emitter. As a result of even very small changes in the output power of the emitter (which can be caused, for example, by thermal effects and a number of other reasons), due to unequal attenuation in the optical channels, the inputs of the photodetectors receive unequal intensities, which vary with the time of instability of the output power of the emitter, and accordingly vary input resistances of photodetectors. The indicated input resistances of the photodetectors form circuits that determine their own additional phase shift in the photodetector circuit, and, consequently, the output phase shift of the calibrator. The instability of the indicated phase shift leads to a drift in time of the specified phase difference of the calibrator. As studies of this scheme showed, upon preliminary establishment of a preset phase difference of the calibrator channels with an error of the order of 0.01 о , then a drift of the output phase difference, determined by a value of the order of 0.3 o per hour, is observed, which largely negates the results obtained during preliminary tuning and calibration device accuracy.
Целью изобретения является повышение точности и стабильности задаваемых разностей фаз в результате компенсации влияния дрейфа разности фаз выходных сигналов калибратора. The aim of the invention is to improve the accuracy and stability of the set phase differences as a result of compensation for the influence of drift of the phase difference of the output signals of the calibrator.
Цель достигается тем, что в калибратор фазовых сдвигов, содержащий преобразователь электрическогоо сигнала в оптический, соединенный с оптическим разветвителем, который через первый и второй волоконные световоды разной длины соединен соответственно с первым и вторым фотопреобразователями, генератор опорной частоты, две выходные клеммы, введены первый и второй синтезаторы частот, два высокоизбирательных фильтра, пять однополосных смесителей, два регулятора амплитуды, фазоизмеритель, вычислительно-управляющий блок, два выходных канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные усилитель, управляемый аттенюатор и выходной усилитель, причем выход генеpатора опорной частоты соединен с сигнальным входом первого регулятора амплитуды, выход первого регулятора амплитуды соединен с первым входом первого однополосного смесителя, выход которого соединен с объединенными первыми входами второго и третьего однополосных смесителей, к второму входу первого однополосного смесителя подключен выход первого синтезатора частот, соединенный с входом преобразователя электрического сигнала в оптический, при этом выходы первого и второго фотоприемников соединены с вторыми входами соответственно второго и третьего однополосных смесителей, выходы второго и третьего однополосных смесителей соединены с входами соответственно первого и второго избирательных фильтров, выходы первого и второго избирательных фильтров соединены с первыми входами соответственно четвертого и пятого однополосных смесителей, выход второго избирательного фильтра соединен с управляющим входом первого регулятора амплитуды, к объединенным вторым входам четвертого и пятого однополосных смесителей подключен выход второго регулятора амплитуды, сигнальный вход которого соединен с выходом второго синтезатора частот, выходы четвертого и пятого однополосных смесителей соединены с входами соответственно первого и второго выходных каналов, выход усилителя второго выходного канала соединен с управляющим входом второго регулятора амплитуды, выходы каналов подключены к выходным клеммам калибратора, соединенным раздельно с входами фазоизмерителя, выход которого подключен к входу вычислительно-управляющего блока, выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого, второго синтезаторов частот и управляемых аттенюаторов первого и второго выходных каналов калибратора. The goal is achieved in that a phase-shift calibrator containing an electrical to optical converter connected to an optical splitter, which is connected through the first and second optical fibers of different lengths to the first and second photoconverters, a reference frequency generator, two output terminals, the first and the second frequency synthesizers, two highly selective filters, five single-band mixers, two amplitude controllers, a phase meter, a computer-control unit, two output channels a, each of which contains a series-connected amplifier, a controlled attenuator and an output amplifier, wherein the output of the reference frequency generator is connected to the signal input of the first amplitude controller, the output of the first amplitude controller is connected to the first input of the first single-band mixer, the output of which is connected to the combined first inputs of the second and the third single-band mixer, the output of the first frequency synthesizer connected to the input of the converter is connected to the second input of the first single-band mixer an electrical signal into an optical signal, while the outputs of the first and second photodetectors are connected to the second inputs of the second and third single-band mixers, the outputs of the second and third single-band mixers are connected to the inputs of the first and second selective filters, the outputs of the first and second selective filters are connected to the first inputs, respectively the fourth and fifth single-band mixers, the output of the second selective filter is connected to the control input of the first amplitude controller, to the combined second inputs of the fourth and fifth single-band mixers are connected to the output of the second amplitude controller, the signal input of which is connected to the output of the second frequency synthesizer, the outputs of the fourth and fifth single-band mixers are connected to the inputs of the first and second output channels, the output of the amplifier of the second output channel is connected to the control input of the second amplitude regulator, the channel outputs are connected to the output terminals of the calibrator, connected separately to the inputs of the phase meter, the output of which dklyuchen entry to computationally control unit, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the first, second frequency synthesizers controlled attenuators and first and second output channel of the calibrator.
Сущность предложения можно пояснить схемой на фиг. 1, где обозначено: 1 - генератор опорной частоты (кварцевый генератор гармонических колебаний стабильной частоты); 2 - первый регулятор амплитуды; 3,4,5 - соответственно первый, второй и третий однополосные смесители; 6 - первый синтезатор частот; 7 - преобразователь электрического сигнала в оптический (излучатель на основе полупроводникового лазера - линейный электрооптический преобразователь); 8 - оптический разветвитель (разветвитель оптической мощности волоконно-оптический); 9, 10 - отрезки соответственно первого и второго волоконных световодов с заданной разностью длин; 11, 12 - соответственно первый и второй фотоприемники - линейные преобразователи оптических сигналов в оптические (фотопреобразователи); 13, 14 - соответственно первый и второй высокоизбирательные фильтры опорной частоты; 15, 16 - соответственно четвертый и пятый однополосные смесители; 17 - второй регулятор амплитуды; 18 - второй синтезатор частот; 19 - усилитель первого выходного канала калибратора; 20 - управляемый аттенюатор первого выходного канала калибратора; 21 - выходной усилитель первого выходного канала калибратора; 22 - усилитель второго выходного канала калибратора; 23 - управляемый аттенюатор второго выходного канала калибратора; 24 - выходной усилитель второго выходного канала калибратора; 25, 26 - выходные клеммы калибратора фазовых сдвигов; 27 - фазоизмеритель (точный измеритель разности фаз); 28 - вычислительно-управляющий блок (может быть выполнен на базе микроЭВМ); 29 - двухфазный генератор опорной частоты; 30 - преобразователь частоты; 31 - первый выходной канал калибратора; 32 - второй выходной канал калибратора. The essence of the proposal can be illustrated by the diagram in FIG. 1, where it is indicated: 1 - reference frequency generator (crystal oscillator of harmonic oscillations of a stable frequency); 2 - the first amplitude regulator; 3,4,5 - respectively the first, second and third single-band mixers; 6 - the first frequency synthesizer; 7 - converter of an electric signal into an optical one (emitter based on a semiconductor laser — a linear electro-optical converter); 8 - optical splitter (optical power splitter fiber optic); 9, 10 - segments, respectively, of the first and second fiber optical fibers with a given difference in lengths; 11, 12 - respectively, the first and second photodetectors - linear converters of optical signals into optical ones (photoconverters); 13, 14, respectively, the first and second highly selective reference frequency filters; 15, 16 - respectively, the fourth and fifth single-band mixers; 17 - the second amplitude regulator; 18 - second frequency synthesizer; 19 - amplifier of the first output channel of the calibrator; 20 - controlled attenuator of the first output channel of the calibrator; 21 - output amplifier of the first output channel of the calibrator; 22 - amplifier of the second output channel of the calibrator; 23 - controlled attenuator of the second output channel of the calibrator; 24 - output amplifier of the second output channel of the calibrator; 25, 26 - output terminals of the phase shift calibrator; 27 - phase meter (accurate meter of phase difference); 28 - computing and control unit (can be performed on the basis of microcomputers); 29 - two-phase reference frequency generator; 30 - frequency converter; 31 - the first output channel of the calibrator; 32 - the second output channel of the calibrator.
Выход генератора 1 опорной частоты соединен с сигнальным входом первого регулятора 2 амплитуды, имеющего два входа - сигнальный и управляющий. Выход первого регулятора 2 амплитуды соединен с первым входом первого однополосного смесителя 3. Выход смесителя 3 соединен с объединенными первыми входами второго и третьего однополосных смесителей 4 и 5 соответственно. К второму входу первого однополосного смесителя 3 подключен выход первого синтезатора 6 частот. Выход первого синтезатора 6 частот соединен также с входом преобразователя 7 электрического сигнала в оптический. Выход преобразователя 7 оптически сопряжен с входом волоконно-оптического разветвителя 8 оптической мощности, имеющего два выхода, сопрягаемых с волоконными световодами. К одному из выходов разветвителя 8 подсоединен первый отрезок волоконного световода 9, к другому выходу разветвителя 8 подсоединен второй отрезок волоконного световода 10. Световод 9 другим своим концом соединен с первым фотоприемником 11, а световод 10 другим своим концом соединен с вторым фотоприемником 12. Выход первого фотоприемника 11 соединен с вторым входом второго однополосного смесителя 4, а выход второго фотоприемника 12 соединен с вторым входом третьего однополосного смесителя 5. Выход второго смесителя 4 соединен с входом первого высокоизбирательного фильтра 13, а выход третьего смесителя 5 соединен с входом второго высокоизбирательного фильтра 14. Выход первого избирательного фильтра 13 соединен с первым входом четвертого однополосного смесителя 15, а выход второго избирательного фильтра 14 соединен с первым входом пятого однополосного смесителя 16. Выход второго избирательного фильтра 14 соединен также с управляющим входом первого регулятора 2 амплитуды. Вторые входы однополосных смесителей 15 и 16 объединены и подключены к выходу второго регулятора 17 амплитуды, сигнальный вход которого соединен с выходом второго синтезатора 18 частот. Выход четвертого однополосного смесителя 15 соединен с входом первого выходного канала калибратора, который содержит последовательно соединенные усилитель 19, управляемый аттенюатор 20 и выходной усилитель 21. Выход пятого однополосного смесителя 16 соединен с входом второго выходного канала калибратора, который содержит последовательно соединенные усилитель 22, управляемый аттенюатор 23 и выходной усилитель 24. При этом выход усилителя 22 второго выходного канала соединен также с управляющим входом второго регулятора 17 амплитуды. Выходы первого и второго каналов калибратора (выходы усилителей 21 и 24) подключены соответственно к выходным клеммам 25 и 26 калибратора, служащим для соединения калибратора с поверяемым устройством. Выходные клеммы первого и второго выходных каналов калибратора (соответственно клеммы 25 и 26) соединены раздельно с входами фазоизмерителя 27. Выход фазоизмерителя 27 подключен к входу вычислительно-управляющего блока 28, выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго синтезаторов 6 и 18 частот для установки по командам вычислительно-управляющего блока 28 требуемых задаваемых частот, а также подключены к управляющим входам управляемых аттенюаторов первого и второго выходных каналов калибратора (соответственно аттенюаторов 20 и 25) для установки требуемых ослаблений сигналов в каждом из выходных каналов калибратора. Для обеспечения когерентности сигналов в калибраторе первый и второй синтезаторы частот (соответственно синтезаторы 6 и 18) синхронизуются от задающего опорного кварцевого генератора 1, что указано на фиг. 1 связями, показанными пунктирными линиями, исходящими от выхода опорного генератора 1. The output of the
Работу устройства можно пояснить следующим образом. The operation of the device can be explained as follows.
В калибраторе использован частотный метод задания фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами на выходе высокостабильной широкополосной задержки и до нее, с последующим преобразованием частоты. Поясним смысл этого метода подробнее. The calibrator used a frequency method for setting phase shifts between two harmonic signals at the output of a highly stable broadband delay and before it, with subsequent frequency conversion. Let us explain the meaning of this method in more detail.
Если от генератора Гf (см. фиг. 2) гармонические сигналы с частотой f одновременно подавать в опорный канал (без задержки сигнала в канале) и в канал, в который включена высокостабильная широкополосная задержка (ВШЗ) с постоянным стабильным временем задержки τ , то на выходах указанных каналов (соответственно I и II) будут наблюдаться два гармонических сигнала, разность фаз между которыми Δ φ можно определить из следующего выражения:
Δ φ = 360о ˙ τ ˙ f, (1)
определяющего линейную зависимость Δ φ от частоты генерируемых колебаний f.If harmonic signals with frequency f from the generator Г f (see Fig. 2) are simultaneously supplied to the reference channel (without signal delay in the channel) and to the channel into which the highly stable broadband delay (VSW) is included with a constant stable delay time τ, then at the outputs of these channels (respectively I and II), two harmonic signals will be observed, the phase difference between which Δ φ can be determined from the following expression:
Δ φ = 360 о ˙ τ ˙ f, (1)
determining the linear dependence of Δ φ on the frequency of generated oscillations f.
При постоянном значении τ схема, приведенная на фиг. 2, обеспечивает изменение Δ φ сигналов на выходах I и II каналов только с изменением частоты f входных сигналов соответствует лишь одна определяемая выражением (1) разность фаз выходных сигналов Δ φ . With a constant value of τ, the circuit shown in FIG. 2, provides a change in Δ φ of the signals at the outputs of channels I and II only with a change in the frequency f of the input signals corresponds to only one phase difference of the output signals Δ φ determined by expression (1).
Для получения на одной фиксированной частоте fo входных сигналов разных значений Δ φ схему на фиг. 2 можно преобразовать, как это показано на фиг. 3, где дополнительно включены генератор Гfo (генератор стабильных по частоте fo гармонических колебаний) и два однополосных смесителя ОСМ1 и ОСМ2. При этом смеситель ОСМ1 обеспечивает линейное перемножение двух гармонических сигналов от генераторов Гf и Гfoс соответственно частотами выходных сигналов f и fo, а на выходе смесителя ОСМ1 (в точке А на фиг. 3) выделяется гармонический сигнал разностной частоты f1= f-fo. Смеситель ОСМ2 обеспечивает линейное перемножение двух гармонических сигналов с частотами f1 (выходной сигнал смесителя ОСМ1) и f (от генератора Гf). На выходе смесителя ОСМ2 (выход II) выделяется гармонический сигнал разностной частоты
f2= f-f1= f-f+fo= fo
Т. е. на выходах I и II устройства, показанного на фиг. 3, наблюдаются два гармонических сигнала с частотой fo.To obtain input signals of different values Δφ at one fixed frequency f o, the circuit in FIG. 2 can be converted as shown in FIG. 3, which additionally includes a generator Г fo (generator of stable in frequency f o harmonic oscillations) and two single-band mixer OSM 1 and OSM 2 . In this case, the OSM 1 mixer provides linear multiplication of two harmonic signals from the generators G f and G fo with the frequencies of the output signals f and f o , respectively, and the harmonic signal of the difference frequency f 1 is allocated at the output of the OSM 1 mixer (at point A in Fig. 3) = ff o . The OSM 2 mixer provides linear multiplication of two harmonic signals with frequencies f 1 (the output signal of the OSM 1 mixer) and f (from the generator G f ). At the output of the OSM 2 mixer (output II), a harmonic signal of the difference frequency
f 2 = ff 1 = f-f + f o = f o
That is, at the outputs I and II of the device shown in FIG. 3, there are two harmonic signals with a frequency f o .
Рассмотрим вопрос о разности фаз сигналов на выходах I и II. Для этого предварительно рассмотрим фазу сигнала в точке А на выходе смесителя ОСМ1 на фиг. 3. Известно, что при линейном перемножении гармонических сигналов с частотами fo и f в смесителе происходит вычитание начальных фаз сигналов, если выделяется сигнал разностной частоты. Т. е. в точке А на фиг. 3 наблюдается сигнал с частотой f1= f-fo и начальной фазой сигнала φA = φ - φo . Можно показать, что на выходе в точке II будет наблюдаться гармонический сигнал с частотой fo и начальной фазой сигнала φ2 = φτ - φA = φτ - φ + φo (где φτ - начальная фаза сигнала, прошедшего ВШЗ).Consider the question of the phase difference of the signals at the outputs I and II. For this, we first consider the phase of the signal at point A at the output of the OSM 1 mixer in FIG. 3. It is known that when linearly multiplying harmonic signals with frequencies f o and f in the mixer, the initial phases of the signals are subtracted if a difference frequency signal is extracted. That is, at point A in FIG. 3 there is a signal with a frequency f 1 = ff o and the initial phase of the signal φ A = φ - φ o . It can be shown that at the output at point II there will be a harmonic signal with a frequency f o and an initial phase of the signal φ 2 = φ τ - φ A = φ τ - φ + φ o (where φ τ is the initial phase of the signal that passed the high-frequency shock wave).
Тогда можно убедиться, что на выходах I и II устройства, представленного на фиг. 3, наблюдаются гармонические сигналы U1 и U2 с частотой fo и разностью фаз Δ φ , равной:
Δ φ = φ2 - φo = φτ - φ + φo - φo = φτ - φ
(2)
Учитывая, что выражение (2) соответствует разности фаз Δ φ , определяемой выражением (1), описывающим разность фаз сигналов на выходах устройства, представленного на фиг. 2, можем написать, что
Δ φ = 360о ˙ τ ˙ f. Таким образом, на выходах I и II устройства на фиг. 3 наблюдаются соответственно гармонические сигналы U1 и U2 фиксированной частоты fo, разность фаз между которыми определяется выражением (1), и при постоянном значении времени задержки τ может регулироваться или задаваться изменением частоты f генератора Гf. Однако в схеме, представленной на фиг. 3, двойное преобразование частоты производится лишь в одном из каналов. Для обеспечения одинакового двойного преобразования сигналов одновременно в обоих каналах эту схему можно несколько преобразовать (фиг. 4) в схему, которая представляет собой фазовращатель на опорной частоте fo (выделенный на фиг. 4 пунктиром) и переносчик частоты сигналов фазовращателя с частоты fo на заданную частоту выходных сигналов fk. В схему включены два генератора гармонических колебаний, которые условно обозначим Гφ и Гf и которые для обеспечения когерентности выходных сигналов синхронизируются от одного внешнего задающего стабильного по частоте генератора Гfо с частотой fo. Генератор Гφ обеспечивает регулировку разности фаз фазовращателя, указанного на фиг. 4, в который по сравнению с фиг. 3 введен дополнительный однополосный смеситель. Идентичное преобразование сигналов одновременно в двух каналах позволяет существенно уменьшить систематические погрешности, связанные с неидентичностью преобразования сигналов в каналах фазовращателя. На выходах фазовращателя наблюдаются два когерентных гармонических сигнала U1 и U2 частоты fo с разностью фаз Δ φ , определяемой выражением (1), регулируемой изменением частоты генератора Гφ .Then you can make sure that at the outputs I and II of the device shown in FIG. 3, there are harmonic signals U 1 and U 2 with a frequency f o and a phase difference Δ φ equal to:
Δ φ = φ 2 - φ o = φ τ - φ + φ o - φ o = φ τ - φ
(2)
Considering that the expression (2) corresponds to the phase difference Δ φ defined by the expression (1) describing the phase difference of the signals at the outputs of the device shown in FIG. 2, we can write that
Δ φ = 360 о ˙ τ ˙ f. Thus, at the outputs I and II of the device in FIG. 3, respectively, harmonic signals U 1 and U 2 of a fixed frequency f o are observed, the phase difference between which is determined by expression (1), and at a constant value of the delay time τ can be controlled or set by changing the frequency f of the generator G f . However, in the circuit shown in FIG. 3, double frequency conversion is performed in only one of the channels. To ensure the same double signal conversion at the same time in both channels, this circuit can be somewhat converted (Fig. 4) into a circuit that is a phase shifter at the reference frequency f o (indicated by a dotted line in Fig. 4) and a carrier of the frequency of the phase shifter signals from the frequency f o to a given frequency of output signals f k . The circuit includes two harmonic oscillation generators, which we arbitrarily designate Г φ and Г f and which, to ensure the coherence of the output signals, are synchronized from one external master frequency-stable oscillator Г fо with a frequency f o . Generator G φ adjusts the phase difference of the phase shifter shown in FIG. 4, in which, in comparison with FIG. 3 an optional single-lane mixer is introduced. Identical signal conversion simultaneously in two channels can significantly reduce systematic errors associated with the non-identical signal conversion in the phase shifter channels. At the outputs of the phase shifter, there are two coherent harmonic signals U 1 and U 2 of frequency f o with a phase difference Δ φ defined by expression (1), controlled by a change in the frequency of the generator G φ .
Сигналы U1 и U2, пройдя одинаковые высокоизбирательные фильтры Ф1 и Ф2, поступают далее на два идентичных однополосных смесителя ОСМ4 и ОСМ5. На вторые входы указанных смесителей поступают сигналы от генератора Гf с частотой f= fo+fk, где fk - частота сигналов, которую требуется задать на выходе калибратора.The signals U 1 and U 2 , having passed the same highly selective filters Ф 1 and Ф 2 , then go to two identical single-band mixers OSM 4 and OSM 5 . The second inputs of these mixers receive signals from the generator Г f with a frequency f = f o + f k , where f k is the frequency of the signals that must be set at the output of the calibrator.
Поскольку ОСМ4 и ОСМ5 выделяют сигналы разностной частоты, то на выходах I и II устройства на фиг. 4 будут наблюдаться два когерентных гармонических сигнала с частотой fk и разностью фаз Δ φ , определяемой выражением (1), обеспечиваемой частотой fφ выходных сигналов генератора Гφ и стабильностью задержки сигналов генератора Гφ , поступающих на смесители ОСМ2 и ОСМ3. Далее эти сигналы частоты fk могут быть введены в выходные каналы калибартора для соответствующего усиления по мощности и обеспечения необходимого выходного сопротивления каналов калибратора.Since OSM 4 and OSM 5 distinguish difference frequency signals, the outputs I and II of the device in FIG. 4, two coherent harmonic signals with a frequency f k and a phase difference Δ φ determined by expression (1), provided by the frequency f φ of the output signals of the generator G φ and the stability of the delay of the signals of the generator G φ supplied to the OSM 2 and OSM 3 mixers, will be observed. Further, these signals of frequency f k can be introduced into the output channels of the calibrator for the corresponding gain in power and provide the necessary output resistance of the channels of the calibrator.
Для обеспечения высокой стабильности времени задержки τ и обеспечения широкополосности задержки в устройстве применена оптическая задержка на основе волоконно-оптической техники. Схема такой задержки приведена на фиг. 5, где обозначено:
ИМОИ - источник модулированного оптического излучения - линейный преобразователь электрического напряжения в его оптический эквивалент (модулированный по интенсивности световой поток);
ОР - разветвитель оптической мощности, делящий исходный световой поток на два равных по мощности потока и направляющий эти световые потоки в оптические задержки ОЗ1 и ОЗ2;
ОЗ1 и ОЗ2 - оптические задержки на основе волоконных световодов с разностью оптических длин, обеспечивающих при прохождении через них модулированного по интенсивности оптического сигнала задержку сигналов на выходах задержек на заданную величину τ;
ФП1 и ФП2 - идентичные фотоприемники - фотоэлектрические преобразователи, линейно преобразующие оптические сигналы в электрические эквиваленты.To ensure high stability of the delay time τ and ensure broadband delay in the device, an optical delay based on fiber-optic technology is used. A diagram of such a delay is shown in FIG. 5, where indicated:
IMOI - a source of modulated optical radiation - a linear converter of electrical voltage into its optical equivalent (intensity-modulated light flux);
OR - optical power splitter, dividing the initial luminous flux into two equal power fluxes and directing these light fluxes into optical delays of OZ 1 and OZ 2 ;
OZ 1 and OZ 2 - optical delays based on fiber optical fibers with a difference in optical lengths, which ensure that, through them, a signal modulated by the intensity of the optical signal is delayed at the delay outputs by a predetermined value τ;
FP 1 and FP 2 are identical photodetectors - photoelectric converters that linearly convert optical signals into electrical equivalents.
Если на вход ИМОИ подавать сигнал, то на выходах задержки 1 и 2 (см. фиг. 5) наблюдаются два сигнала U1 и U2, сдвинутые друг относительно друга по времени на значение τ , определяемое выражением
τ = 
с - скорость распространения электромагнитных волн.If a signal is supplied to the IMOI input, then at the
τ =
C is the propagation velocity of electromagnetic waves.
Экспериментальные исследования такой волоконно-оптической задержки показали высокую линейность зависимости разности фаз выходных сигналов U1 и U2 задержки от частоты входного сигнала, определяемую выражением (1). Экспериментально измеренные зависимости разности фаз выходных сигналов волоконно-оптической задержки от частоты для разных длин задержек, построенных на кварцевых световодах с градиентным профилем преломления, представлены на фиг. 6.Experimental studies of such a fiber-optic delay showed a high linearity in the dependence of the phase difference of the output signals U 1 and U 2 on the frequency of the input signal, defined by expression (1). The experimentally measured dependences of the phase difference of the output signals of the fiber-optic delay on the frequency for different delay lengths built on quartz optical fibers with a gradient refractive profile are presented in FIG. 6.
В схеме калибратора фазовых сдвигов в узлах преобразования частоты для выделения требуемой суммарной или разностной частоты преобразования очень нежелательно применять избирательные частотные фильтры, поскольку последние могут внести существенную фазовую погрешность из-за своей частотно-фазовой характеристики, особенно резкой вблизи резонансной частоты. И, кроме того, при изменении частоты преобразования эти фильтры должны быть перестраиваемыми, что может привести к заметным техническим трудностям. In the phase shift calibrator circuit of the frequency conversion nodes, it is very undesirable to use selective frequency filters to extract the required total or differential frequency of the conversion, since the latter can introduce a significant phase error due to their frequency-phase characteristic, especially sharp near the resonant frequency. And, in addition, when changing the conversion frequency, these filters must be tunable, which can lead to noticeable technical difficulties.
Избирательные фильтры в калибраторе возможно применить лишь в узлах схемы, которые работают на стабильной опорной частоте. Поэтому для использования преобразования частот в схеме рассматриваемого калибратора предложено применить так называемые однополосные смесители, использующие метод фазового подавления зеркального канала. Selective filters in the calibrator can only be used in circuit nodes that operate at a stable reference frequency. Therefore, to use the frequency conversion in the circuit of the calibrator under consideration, it is proposed to use the so-called single-band mixers using the phase-suppression method of the mirror channel.
В указанных смесителях сигнал требуемой частоты выделяется без применения частотных фильтров после суммирования или вычитания преобразованных сигналов (полезного и зеркального каналов с соответствующими фазами). Исследование указанных однополосных смесителей (а точнее их сумматоров) выявило один из их существенных недостатков : зависимость амплитуды выходных сигналов смесителя от частоты выходных сигналов. Чем ниже частота преобразованного сигнала (чем ближе друг к другу смешиваемые частоты), тем амплитуда выше. In these mixers, the signal of the required frequency is extracted without the use of frequency filters after adding or subtracting the converted signals (useful and mirror channels with the corresponding phases). The study of these single-band mixers (or rather their adders) revealed one of their significant drawbacks: the dependence of the amplitude of the output signals of the mixer on the frequency of the output signals. The lower the frequency of the converted signal (the closer the mixed frequencies are to each other), the higher the amplitude.
Поэтому в схему предлагаемого калибратора фазовых сдвигов введены два так называемых регулятора амплитуды, первый из которых следит и стабилизирует амплитуды выходных сигналов двухфазного генератора 29 и опорной частоты (по схеме на фиг. 1), а второй стабилизирует амплитуду уже выходных сигналов калибратора фазовых сдвигов. Therefore, two so-called amplitude controllers are introduced into the circuit of the proposed phase shift calibrator, the first of which monitors and stabilizes the amplitudes of the output signals of the two-phase generator 29 and the reference frequency (according to the circuit in Fig. 1), and the second stabilizes the amplitude of the output signals of the phase shift calibrator already.
В качестве такого регулятора амплитуды может применен усилитель с регулируемым (управляемым от напряжения из заданной точки схемы) коэффициентом усиления. As such an amplitude controller, an amplifier with an adjustable gain (controlled from voltage from a given point in the circuit) can be used.
После приведенных выше пояснений и рассуждений обратимся к схеме на фиг. 1. Как видно из фиг. 1, в устройстве выделены следующие блоки : двухфазный генератор опорной частоты, преобразователь частоты, I и II выходные каналы калибратора, фазоизмеритель и вычислительно-управляющий блок. After the above explanations and reasoning, we turn to the circuit in FIG. 1. As can be seen from FIG. 1, the following blocks are allocated in the device: a two-phase reference frequency generator, a frequency converter, I and II output channels of the calibrator, a phase meter and a computing-control unit.
Элементы схемы 1-14 образуют двухфазный генератор 29 опорной частоты fo. Работа этого генератора практически уже описана выше при рассмотрении схемы на фиг. 4. Здесь в качестве высокостабильной широкополосной задержки применена волоконно-оптическая задержка, описанная выше (фиг. 5), а в качестве генератора Гφ используется синтезатор 6 частот, например типа Г3-119 или Ч6-31. В данном блоке для стабилизации уровней выходных сигналов двухфазного генератора между задающим опорным кварцевым генератором 1 и первым однополосным смесителем 3 включен первый регулятор 2 амплитуды, на управляющий вход которого поступает сигнал с выхода одного из выходных фильтров двухфазного генератора (в схеме на фиг. 1 с выхода фильтра 14). Работа этого регулятора амплитуды аналогична работе второго регулятора амплитуды, включенного в блок преобразования частоты и описанного ниже.Elements of the circuit 1-14 form a two-phase generator 29 of the reference frequency f o . The operation of this generator is almost already described above when considering the circuit in FIG. 4. Here, as a highly stable broadband delay, the fiber-optic delay described above is used (Fig. 5), and a frequency synthesizer 6 is used as a generator Г φ , for example, type G3-119 or Ch6-31. In this block, to stabilize the levels of the output signals of the two-phase generator between the master
Элементы 15-18 образуют преобразователь (переносчик) частоты 30 сигналов с частоты fo на частоту fk, и эта часть также описана при рассмотрении схемы на фиг. 4. Здесь в качестве генератора Гf применен второй синтезатор 18 частот, аналогичный синтезатору 6. И здесь для стабилизации уровней выходных сигналов калибратора на выходе синтезатора 18 частот установлен второй регулятор 17 амплитуды, с выхода которого сигналы поступают на входы смесителей 15 и 16 (ОСМ4 и ОСМ5). На управляющий вход регулятора 17 амплитуды поступает сигнал с выхода усилителя одного из выходных каналов калибратора. На схеме на фиг. 1 этот сигнал поступает после усилителя 22, установленного во втором выходном канале калибратора. При увеличении амплитуды сигнала в данном канале (причиной этого в первую очередь является указанная выше частотная зависимость амплитуды выходного напряжения смесителя ОСМ4 и ОСМ5) сигнал с выхода усилителя 22 поступает на управляющий вход регулятора 17 амплитуды, вызывая уменьшение коэффициента усиления его усилителя. При этом на входы смесителей ОСМ4 и ОСМ5 от синтезатора 18 частот через регулятор 17 амплитуды поступает сигнал уже более низкого уровня, в результате чего уменьшается амплитуда выходных напряжений в каналах до достижения необходимого заданного предварительно уровня.Elements 15-18 form a converter (carrier) of a signal frequency 30 from a frequency f o to a frequency f k , and this part is also described when considering the circuit in FIG. 4. Here, as a generator Г f , a second frequency synthesizer 18 is used, similar to synthesizer 6. And here, to stabilize the output signals of the calibrator, a second amplitude regulator 17 is installed at the output of the frequency synthesizer 18, from which the signals are fed to the inputs of the mixers 15 and 16 (OSM 4 and OSM 5 ). The control input of the amplitude controller 17 receives a signal from the amplifier output of one of the output channels of the calibrator. In the diagram of FIG. 1, this signal comes after an amplifier 22 installed in the second output channel of the calibrator. When the amplitude of the signal in this channel increases (the cause of this is primarily the frequency dependence of the amplitude of the output voltage of the OSM 4 and OSM 5 mixer), the signal from the output of the amplifier 22 is fed to the control input of the amplitude controller 17, causing a decrease in the gain of its amplifier. In this case, the inputs of the OSM 4 and OSM 5 mixers from the frequency synthesizer 18 through the amplitude regulator 17 receive a signal of a lower level, as a result of which the amplitude of the output voltages in the channels decreases until the desired preset level is reached.
Аналогично регулятор амплитуды стабилизирует уровень сигнала в канале и при уменьшении амплитуды сигнала. При этом в регуляторе амплитуды увеличивается коэффициент усиления. Similarly, the amplitude regulator stabilizes the signal level in the channel and with a decrease in the amplitude of the signal. In this case, the gain in the amplitude controller increases.
Элементы 19 - 21 образуют первый выходной канал калибратора 31 и служат для усиления по уровню и мощности выходных сигналов в данном канале калибратора, а также для установки требуемого калиброванного ослабления сигнала при помощи управляемого аттенюатора 20. Elements 19 - 21 form the first output channel of the calibrator 31 and serve to amplify the level and power of the output signals in this channel of the calibrator, as well as to set the required calibrated signal attenuation using a controlled attenuator 20.
Аналогично назначение элементов 22-24, которые образуют второй выходной канал калибратора 32. Similarly, the purpose of the elements 22-24, which form the second output channel of the calibrator 32.
Между выходами усилителей 21 и 24 включен фазоизмеритель 27. Between the outputs of the amplifiers 21 and 24 included phase meter 27.
В настоящей схеме точный фазоизмеритель 27 имеет выход, выдающий информацию в вычислительно-управляющий блок 28 о результате измеренной указанным фазоизмерителем 27 разности фаз сигналов, поступающих на его входы (т. е. сигналов на выходных клеммах калибраторов 25 и 26). In the present scheme, the exact phase meter 27 has an output that provides information to the computing and control unit 28 about the result of the phase difference of the signals arriving at its inputs (i.e., the signals at the output terminals of the
Вычислительно-управляющий блок 28 служит для задания требуемой разности фаз выходных сигналов калибратора путем автоматической установки требуемой частоты сигналов fφ первого синтезатора 6 частот, обеспечивающего согласно выражению (1) и фиг. 6 разность фаз на выходах двухфазного генератора 29 опорной частоты. Требуемое изменение разностей фаз выходных сигналов калибратора во времени можно осуществить по введенной в вычислительно-управляющий блок соответствующей программе, определяющей требуемое во времени изменение частоты сигналов синтезатора 6 частот.The computing-control unit 28 serves to set the required phase difference of the output signals of the calibrator by automatically setting the required frequency of the signals f φ of the first frequency synthesizer 6, which, according to expression (1) and FIG. 6, the phase difference at the outputs of the two-phase generator 29 of the reference frequency. The required change in the phase difference of the output signals of the calibrator in time can be implemented using the corresponding program introduced into the control unit, which determines the time-required change in the frequency of the signals of the synthesizer 6 frequencies.
Аналогично от вычислительно-управляющего блока 28 задается управляющий сигнал на второй синтезатор 18 частот, устанавливающий на выходе второго синтезатора 18 частот сигнал с частотой f= fo+fk, определяющий частоту fk выходных сигналов калибратора.Similarly, from the computing and control unit 28, a control signal is set to a second frequency synthesizer 18, which sets a signal with a frequency f = f o + f k determining the frequency f k of the output signals of the calibrator at the output of the second frequency synthesizer 18.
Как уже указывалось, с фазоизмерителя 27 в вычислительно-управляющий блок 28 поступает информация о разности фаз выходных сигналов калибратора. В современных точных фазоизмерителях, например типа Ф2-34 или ФК2-35, это осуществляется посредством соответствующих кодовых посылок. В вычислительно-управляющем блоке 28 производится сравнение задаваемого значения разности фаз с реальным значением на выходах калибратора, измеренным фазоизмерителем 27. Если наблюдается какое-то отклонение от задаваемого значения разности фаз, вычислительно-управляющий блок 28 вырабатывает команды соответствующего изменения частоты выходных сигналов первого синтезатора 6 частот до изменения (выравнивания) разности фаз на выходах калибратора до заданного в программе значения. Если отклонения разностей фаз сигналов на выходах калибратора вызваны нестабильностью любого из элементов схемы калибратора, вычислительно-управляющий блок 28 будет компенсировать эти нестабильности, "удерживая" разность фаз выходных сигналов калибратора с точностью фазоизмерителя 27. As already indicated, from the phase meter 27 to the computing and control unit 28 receives information about the phase difference of the output signals of the calibrator. In modern precision phase meters, for example, type Ф2-34 or ФК2-35, this is done by means of the corresponding code premises. In the computing-control unit 28, the set value of the phase difference is compared with the actual value at the outputs of the calibrator measured by the phase meter 27. If there is any deviation from the set value of the phase difference, the computing-control unit 28 generates commands for the corresponding change in the frequency of the output signals of the first synthesizer 6 frequencies before the change (alignment) of the phase difference at the outputs of the calibrator to the value specified in the program. If the deviations of the phase differences of the signals at the outputs of the calibrator are caused by the instability of any of the elements of the calibrator circuit, the computing-control unit 28 will compensate for these instabilities by "holding" the phase difference of the output signals of the calibrator with the accuracy of the phase meter 27.
В данном устройстве отсутствуют подвижные элементы, которые имеются в других оптико-электронных калибраторах разности фаз (подвижные призмы, прецизионные механические узлы и т. д. ). Регулировка изменений задаваемых разностей фаз осуществляется частотным методом. Экспериментальные исследования разработанного по данной схеме калибратора показали, что при включении в схему фазовращателя калибратора волоконно-оптической задержки с разностью геометрических длин световодов порядка 150 м, изменения разности фаз выходных сигналов калибратора на 1о осуществлятюся изменением частоты сигналов синтезатора 6 на величину порядка 40 Гц.In this device, there are no movable elements that are available in other optoelectronic phase difference calibrators (movable prisms, precision mechanical components, etc.). Adjustment of changes in the set phase differences is carried out by the frequency method. Experimental studies of the calibrator developed according to this scheme showed that when a fiber-optic delay with a difference in the geometric lengths of the optical fibers of the order of 150 m is included in the phase shifter circuit of the calibrator, a change in the phase difference of the calibrator output signals by 1 ° is carried out by changing the frequency of the synthesizer 6 signals by an order of 40 Hz.
Выпускаемые в настоящее время синтезаторы частот имеют шаг изменения сетки частот выходных сигналов порядка 0,1 Гц (а у синтезатора частот Ч6-31 и 0,01 Гц). Поэтому при включении в схему предлагаемого калибратора фазоизмерителя 27 с соответствующей точностью погрешность и стабильность задания разностей фаз выходных сигналов калибратора в диапазоне частот до 10 МГц может быть снижена до 0,0001о и ниже.Currently produced frequency synthesizers have a step of changing the frequency grid of the output signals of the order of 0.1 Hz (and for the frequency synthesizer Ch6-31 and 0.01 Hz). Therefore, when a phase meter 27 is included in the circuit of the proposed calibrator, with an appropriate accuracy, the error and stability of setting the phase differences of the calibrator output signals in the frequency range up to 10 MHz can be reduced to 0.0001 o and lower.
Применение вычислительно-управляющего блока 28 в рассматриваемой схеме позволяет задавать разности фаз выходных сигналов и задаваемых выходных частот калибратора, а также уровни выходных сигналов по определенной программе, высвобождая от этих функций оператора-поверителя. При этом, если поверяемое устройство сопрягается автоматически с вычислительно-управляющим блоком 28, выдавая, как и фазоизмеритель 27, информацию об измеренном этим поверяемым устройством фазовом сдвиге, данный вычислительно-управляющий блок сравнивает показания поверяемого устройства с задаваемым значением разностей фаз и может автоматически выдавать аттестат поверки при всех условиях поверки. Это позволяет автоматизировать процесс поверки фазоизмерительных устройств и таким образом повысить производительность работ повторителя. The use of the computing and control unit 28 in the considered circuit allows you to set the phase differences of the output signals and the set output frequencies of the calibrator, as well as the levels of the output signals according to a specific program, freeing the verification operator from these functions. In this case, if the device under verification mates automatically with the computing and controlling unit 28, giving out, like the phase meter 27, information about the phase shift measured by this verified device, this computing and controlling unit compares the readings of the verified device with the set value of phase differences and can automatically issue a certificate verification under all conditions of verification. This allows you to automate the verification process of phase measuring devices and thus increase the performance of the repeater.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4923835 RU2011998C1 (en) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | Calibrator of phase shifts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4923835 RU2011998C1 (en) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | Calibrator of phase shifts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011998C1 true RU2011998C1 (en) | 1994-04-30 |
Family
ID=21567702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4923835 RU2011998C1 (en) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | Calibrator of phase shifts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2011998C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110068287A (en) * | 2019-04-24 | 2019-07-30 | 杭州光粒科技有限公司 | Method for correcting phase, device, computer equipment and computer readable storage medium |
-
1991
- 1991-04-01 RU SU4923835 patent/RU2011998C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110068287A (en) * | 2019-04-24 | 2019-07-30 | 杭州光粒科技有限公司 | Method for correcting phase, device, computer equipment and computer readable storage medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0448832A2 (en) | Automatic bias controller for electro-optic modulator | |
| JPH079386B2 (en) | Optical fiber dispersion characteristics measurement method | |
| US6034976A (en) | Method and apparatus for laser frequency stabilization | |
| CN112054795B (en) | Compact beat frequency and frequency locking phase locking device for atomic interferometer | |
| EP0526073B1 (en) | Atomic clock system with improved servo system | |
| CN113823986B (en) | Photo-induced microwave device | |
| RU2011998C1 (en) | Calibrator of phase shifts | |
| US7420689B2 (en) | Method for determining the refractive index during interferometric length measurement and interferometric arrangement therefor | |
| CN113471807B (en) | Raman optical pulse power stabilizing system for cold atom interferometer | |
| EP4332667A1 (en) | Optical frequency comb generator control device | |
| JP2726881B2 (en) | Backscattered light measurement device | |
| JP2012513617A (en) | Laser system with frequency servo | |
| US7076121B2 (en) | Polarization controller using spatial filtering | |
| RU2687303C1 (en) | Method of calibration / verification of laser radiation power measuring devices | |
| RU2801676C1 (en) | Method for automatic measurement and control of the wavelength of a tuneable source of optical radiation and a device for its implementation | |
| RU2282302C1 (en) | Generator of frequency-modulated signals | |
| RU2431909C2 (en) | System to stabilise frequency of laser radiation | |
| RU44902U1 (en) | FREQUENCY-MODULATED SIGNALS FORMER | |
| JP4981482B2 (en) | Method and apparatus for adjusting optical fiber characteristic measuring apparatus | |
| JP3223521B2 (en) | Optical frequency standard and optical frequency standard calibration device | |
| SU1599831A1 (en) | Calibrator of phase shifts | |
| JPH0644656B2 (en) | Frequency stabilized semiconductor laser device | |
| RU1793218C (en) | Method of measuring distance | |
| SU1241866A2 (en) | Device for measuring angular velocity | |
| JP2023000359A (en) | Optical comb generation apparatus for optical comb distance measurement |