RU2109303C1

RU2109303C1 - Device for measuring of microwave signal phase difference (variants)

Info

Publication number: RU2109303C1
Application number: RU96111051A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Небылов; Анатолий Петрович Ванаев
Original assignee: Александр Владимирович Небылов; Анатолий Петрович Ванаев
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: meter has input circuit, generator of microwave signal modulation period, phase inverter, control signal former, control signal generator, modulator, mixer, microwave generator, time switch, output circuit, first filter, second filter, and indicator. EFFECT: higher measurement results. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения разности фаз СВЧ-сигналов, и может найти применение как в стационарных измерительных установках, так и в бортовых измерительных комплексах различного назначения, например в радиолокационных измерителях дистанций. The invention relates to measuring equipment, in particular for measuring the phase difference of microwave signals, and can find application both in stationary measuring systems and in on-board measuring complexes for various purposes, for example, in radar distance meters.

Известно устройство для измерения разности фаз СВЧ-сигналов, содержащее генератор, выходную цепь, входную цепь, указатель разности фаз [1, с. 319]. A device for measuring the phase difference of microwave signals containing a generator, an output circuit, an input circuit, a phase difference indicator [1, p. 319].

Наиболее близким к изобретению является известное устройство для изменения разности фаз СВЧ-сигналов [1, с. 318], содержащее СВЧ-генератор и выходную цепь, входную цепь, первый и второй смесители, первый и второй фильтры и указатель разности фаз, генератор гетеродинного сигнала, схему автоподстройки частоты. При изменениях разности фаз СВЧ-сигналов значительную величину погрешности составляют ошибки из-за взаимных наводок и несовершенства импульсных устройств с высокой частотой следования импульсов, заполняющих временные интервалы. Поэтому для повышения точности измерения в нем используется понижение величин частот обрабатываемых сигналов. Однако это понижение величины частот не может быть настолько значительным, чтобы максимизировать точность измерения. Closest to the invention is a known device for changing the phase difference of microwave signals [1, p. 318], comprising a microwave generator and an output circuit, an input circuit, a first and second mixer, a first and second filter and a phase difference indicator, a heterodyne signal generator, a frequency lock circuit. When changing the phase difference of the microwave signals, a significant amount of error is made up of errors due to mutual interference and imperfection of pulse devices with a high pulse repetition rate filling time intervals. Therefore, to increase the accuracy of measurement, it uses a decrease in the frequencies of the processed signals. However, this decrease in frequency cannot be so significant as to maximize the accuracy of the measurement.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение точности измерения разности фаз СВЧ-сигналов. Достижение технической задачи, решаемой изобретением, для первого варианта достигается тем, что в устройстве определенным образом оптимизируются величины частот, на которых производятся измерения, и в СВЧ-тракте измерителя разности фаз СВЧ-сигналов происходит смещение частоты фазовращателем, и СВЧ-сигнал имеет модуляцию в виде частотной манипуляции. В устройство измерения разности фаз СВЧ-сигналов, содержащее входную цепь, СВЧ-генератор, выходную цепь, смеситель, первый и второй фильтры, указатель разности фаз, дополнительно введены генератор периода модуляции СВЧ-сигнала, модулятор, фазовращатель, формирователь управляющего сигнала, генератор управляющего сигнала, временной коммутатор, генератор периода модуляции СВЧ-сигнала, последовательно соединенный с модулятором, выходная цепь которого подключена к управляющему входу СВЧ-генератора, а управляющий вход фазовращателя соединен с входной цепью, а его выход-с первым входом смесителя, временной коммутатор, первый вход которого подключен к выходу генератора периода модуляции СВЧ-сигнала, а второй вход подключен к выходу смесителя, а выходы временного коммутатора - соответственно к входам первого и второго фильтров, выходы фильтров подсоединены к входам указателя, генератор управляющего сигнала последовательно соединен с формирователем управляющего сигнала, выход которого подсоединен к управляющему входу фазовращателя, причем второй вход смесителя подключен к выходу СВЧ-сигнала. The problem to which this invention is directed is to increase the accuracy of measuring the phase difference of microwave signals. The achievement of the technical problem solved by the invention for the first embodiment is achieved by the fact that in the device, the frequencies at which measurements are made are optimized in a certain way, and the frequency shifter of the microwave signal phase difference is shifted by the phase shifter, and the microwave signal has modulation in form of frequency manipulation. A microwave signal phase difference measuring device comprising an input circuit, a microwave generator, an output circuit, a mixer, a first and second filter, a phase difference indicator, further includes a microwave signal modulation period generator, a modulator, a phase shifter, a control signal driver, a control generator signal, temporary switch, microwave signal modulation period generator, connected in series with a modulator, the output circuit of which is connected to the control input of the microwave generator, and the control input of the phase shifter is connected n with an input circuit, and its output with the first input of the mixer, a temporary switch, the first input of which is connected to the output of the generator of the modulation period of the microwave signal, and the second input is connected to the output of the mixer, and the outputs of the temporary switch are respectively to the inputs of the first and second filters , the outputs of the filters are connected to the inputs of the pointer, the control signal generator is connected in series with the driver of the control signal, the output of which is connected to the control input of the phase shifter, and the second input of the mixer is connected to microwave signal output.

Достижение технической задачи, решаемой изобретением, для второго варианта достигается тем, что в устройстве определенным образом оптимизируется величины частот, на которых производятся измерения, и в СВЧ-тракте измерителя разности фаз СВЧ-сигналов происходит смещение частоты фазовращателем, и СВЧ-сигнал имеет модуляцию в виде частотной манипуляции. В устройстве измерения разности фаз СВЧ-сигналов, содержащее входную цепь, СВЧ-генератор, выходную цепь, смеситель, первый и второй фильтры, указатель разности фаз, дополнительно введены генератор периода модуляции СВЧ-сигнала, модулятор, фазовращатель, формирователь управляющего сигнала, временной коммутатор, генератор периода модуляции СВЧ-сигнала, последовательно соединенный с модулятором, выходная цепь которого подключена к управляющему входу СВЧ-генератора, а управляющий вход фазовращателя соединен с выходом СВЧ-генератора, а его выход- с входом выходной цепи, временной коммутатор, первый вход которого подключен к выходу генератора периода модуляции СВЧ-сигнала, а второй вход подключен к выходу смесителя, а выходы временного коммутатора - соответственно к входам первого и второго фильтров, выходы фильтров подсоединены к входам указателя, генератор управляющего сигнала последовательно соединен с формирователем управляющего сигнала, выход которого подсоединен к управляющему входу фазовращателя, причем второй вход смесителя подключен к выходу СВЧ-сигнала. The achievement of the technical problem solved by the invention for the second embodiment is achieved by the fact that in the device, the frequencies at which measurements are made are optimized in a certain way, and in the microwave path of the phase difference meter of the microwave signals, the frequency is shifted by the phase shifter, and the microwave signal has modulation in form of frequency manipulation. In the device for measuring the phase difference of microwave signals, comprising an input circuit, a microwave generator, an output circuit, a mixer, first and second filters, a phase difference indicator, a microwave signal modulation period generator, a modulator, a phase shifter, a control signal shaper, a time switch are additionally introduced , the generator of the modulation period of the microwave signal, connected in series with the modulator, the output circuit of which is connected to the control input of the microwave generator, and the control input of the phase shifter is connected to the output of the microwave generator, and the output is with the input of the output circuit, a temporary switch, the first input of which is connected to the output of the generator of the microwave signal modulation period, and the second input is connected to the mixer output, and the outputs of the temporary switch are respectively to the inputs of the first and second filters, the filter outputs are connected to the pointer inputs , the control signal generator is connected in series with the driver of the control signal, the output of which is connected to the control input of the phase shifter, and the second input of the mixer is connected to the output of the microwave signal.

Указанные первый и второй варианты устройства для измерения разности фаз СВЧ-сигналов охвачены единым изобретательским замыслом, поскольку относятся к объектам одного вида, одинакового назначения и обеспечивают получение одного и того же результата одинаковым путем, заключающимся в том, что используется частотная манипуляция и что создание величины частоты, на которой происходит измерение разности фаз, в обоих вариантах достигается вращением фазы. The indicated first and second variants of the device for measuring the phase difference of microwave signals are covered by a single inventive concept, since they relate to objects of the same type, of the same purpose and ensure the same result in the same way, namely, that frequency manipulation is used and that the creation of a quantity the frequency at which the phase difference is measured, in both cases, is achieved by phase rotation.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства измерения разности фаз СВЧ-сигналов для первого варианта. На фиг.2 представлена блок-схема устройства измерения разности фаз СВЧ-сигналов для второго варианта. На фиг. 3 приведена блок-схема наиболее близкого аналога (прототипа). На фиг. 4, 5 представлены эпюры напряжений на выходах отдельных блоков, поясняющие работу устройства, где а) - эпюра напряжения на управляющем входе СВЧ-генератора 8, б) - график частоты на выходе блока 10 для первого варианта, в) - график частоты на выходе блока 10 для второго варианта, г) - эпюра напряжения на выходе смесителя 7, д), е) - эпюры напряжений на выходах временного коммутатора 9 Δφ - разность фаз двух СВЧ-сигналов после прохождения среды), ж) - график изменения фазы на выходе блока для аналогового фазовращателя, з) - график изменения фазы на выходе блока 3 для дискретного фазовращателя. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for measuring the phase difference of microwave signals for the first embodiment. Figure 2 presents a block diagram of a device for measuring the phase difference of microwave signals for the second option. In FIG. 3 shows a block diagram of the closest analogue (prototype). In FIG. 4, 5 are diagrams of the voltages at the outputs of individual blocks that explain the operation of the device, where a) is a plot of the voltage at the control input of the microwave generator 8, b) is a graph of the frequency at the output of block 10 for the first option, c) is a graph of the frequency at the output of the block 10 for the second option, d) - voltage plot at the output of the mixer 7, e), e) - voltage plot at the outputs of the temporary switch 9 Δφ - phase difference of two microwave signals after passing through the medium), g) - phase change diagram at the output of the unit for an analog phase shifter, h) is a graph of the phase change at the output of the bl ka 3 for digital phase shifter.

Устройство для измерения разности фаз СВЧ-сигналов для первого (фиг.1) и второго (фиг.2) вариантов содержит: 1 - входная цепь, 2 - генератор периода модуляции СВЧ-сигнала, 3 - фазовращатель, 4 - формирователь управляющего сигнала, 5 - генератор управляющего сигнала, 6 - модулятор, 7 - смеситель, 8 - СВЧ-генератор, 9 - временной коммутатор, 10 - выходная цепь, 11 - первый фильтр, 12 - второй фильтр, 13 - указатель. Причем для первого варианта генератор периода модуляции СВЧ-сигнала 2, модулятор 6, СВЧ-генератор 8, выходная цепь 10 соединены последовательно. Входная цепь 1, фазовращатель 3, смеситель 7, временной коммутатор 9, первый фильтр 11, указатель 13 включены также последовательно. Второй фильтр 12 включен между вторым выходом временного коммутатора 9 и вторым входом указателя 13, а к управляющему входу фазовращателя 3 подсоединены последовательно включенные формирователь 4 управляющего сигнала и генератор 5 управляющего сигнала. Причем выход генератора 2 периода модуляции СВЧ-сигнала соединен с первым входом временного коммутатора 9, а выход СВЧ-генератора 8 соединен с вторым входом смесителя 7. Причем для второго варианта генератор 2 периода модуляции СВЧ-сигнала, модулятор 6, СВЧ-генератор 8, фазовращатель 3, выходная цепь 10 соединены последовательно. Входная цепь 1, смеситель 7, временной коммутатор 9, первый фильтр 11, указатель 13 включены также последовательно. Второй фильтр 12 включены между вторым выходом временного коммутатора 9 и вторым входом указателя 13, а к управляющему входу фазовращателя 3 подсоединены последовательно включенные формирователь 4 управляющего сигнала и генератор 5 управляющего сигнала. Причем выход генератора 2 периода модуляции СВЧ-сигнала соединен с первым входом временного коммутатора 9, а выход СВЧ-генератора 8 соединен с вторым входом смесителя 7. A device for measuring the phase difference of microwave signals for the first (figure 1) and second (figure 2) options contains: 1 - input circuit, 2 - generator of the modulation period of the microwave signal, 3 - phase shifter, 4 - driver of the control signal, 5 - control signal generator, 6 - modulator, 7 - mixer, 8 - microwave generator, 9 - time switch, 10 - output circuit, 11 - first filter, 12 - second filter, 13 - pointer. Moreover, for the first embodiment, the generator of the modulation period of the microwave signal 2, the modulator 6, the microwave generator 8, the output circuit 10 are connected in series. Input circuit 1, phase shifter 3, mixer 7, time switch 9, first filter 11, pointer 13 are also connected in series. The second filter 12 is connected between the second output of the temporary switch 9 and the second input of the pointer 13, and serially connected driver 4 of the control signal and generator 5 of the control signal are connected to the control input of the phase shifter 3. Moreover, the output of the generator 2 of the modulation period of the microwave signal is connected to the first input of the temporary switch 9, and the output of the microwave generator 8 is connected to the second input of the mixer 7. Moreover, for the second embodiment, the generator 2 of the period of modulation of the microwave signal, modulator 6, microwave generator 8, phase shifter 3, output circuit 10 are connected in series. Input circuit 1, mixer 7, time switch 9, first filter 11, pointer 13 are also connected in series. The second filter 12 is connected between the second output of the temporary switch 9 and the second input of the pointer 13, and serially connected control signal generator 4 and the control signal generator 5 are connected to the control input of the phase shifter 3. Moreover, the output of the generator 2 of the modulation period of the microwave signal is connected to the first input of the temporary switch 9, and the output of the microwave generator 8 is connected to the second input of the mixer 7.

В конкретных вариантах реализации устройства для измерения разности фаз СВЧ-сигналов его отдельные структурные элементы могут быть выполнены следующим образом, причем одинаковым для первого и второго вариантов. Входная цепь 1 может содержать приемную антенну, в том числе в интегральном исполнении, или приемное устройство из согласующих СВЧ-узлов. Генератор 2 периода модуляции СВЧ-сигнала может состоять из кварцованного генератора прямоугольных импульсов и выдает сигналы, поступающие в модулятор 6 и на вход временного коммутатора 9 для управления его ключами для разделения сигналов. Фазовращатель 3 может содержать либо аналоговый СВЧ-фазовращатель, либо дискретный СВЧ-фазовращатель, соответственно для него формируются формирователем 4 управляющего сигнала либо аналоговые сигналы управления, либо дискретные импульсные. Генератор 5 управляющего сигнала может представлять собой задающий импульсный генератор низкой частоты, имеющий частоту следования импульсов либо несколько килогерц в случае аналогового фазовращателя, либо несколько десятков килогерц в случае дискретного фазовращателя. Модулятор 6 может состоять из усилителя, вырабатывающего сигналы с параметрами, необходимыми для модуляции СВЧ-генератора 8. Смеситель 7 может состоять из СВЧ-детекторной секции. СВЧ-генератор 8 может представлять собой твердотельный генератор на основе либо диода Ганна, либо транзистора, либо лавинно-пролетного диода с электронной перестройкой варактором. Временной коммутатор 9 может состоять из ключей, управляемых импульсными сигналами. Выходная цепь 10 может содержать передающую антенну, в том числе в интегральном исполнении, или приемной устройство, состоящее из согласующих СВЧ-узлов. Первый и второй фильтры 11 и 12 могут состоять из полосовых фильтров с центральной частотой настройки, равной частотному сдвигу сигнала фазовращателем. Указатель 13 может представлять собой индикаторное устройство с преобразователем разности фаз выходных сигналов фильтров 11, 12 в цифровой код или аналоговый сигнал. In specific embodiments of the device for measuring the phase difference of the microwave signals, its individual structural elements can be performed as follows, the same for the first and second options. The input circuit 1 may contain a receiving antenna, including in integral design, or a receiving device from matching microwave nodes. The generator 2 of the period of modulation of the microwave signal can consist of a quartz-square-wave generator of rectangular pulses and provides signals to the modulator 6 and to the input of the temporary switch 9 to control its keys for signal separation. Phase shifter 3 may contain either an analog microwave phase shifter or a discrete microwave phase shifter, respectively, for it are generated by the driver 4 of the control signal either analog control signals or discrete pulse. The control signal generator 5 may be a low-frequency driving pulse generator having a pulse repetition rate of either several kilohertz in the case of an analog phase shifter or several tens of kilohertz in the case of a discrete phase shifter. The modulator 6 may consist of an amplifier that generates signals with the parameters necessary for modulating the microwave generator 8. The mixer 7 may consist of a microwave detector section. The microwave generator 8 may be a solid-state generator based on either a Gunn diode, or a transistor, or an avalanche-span diode with electronic varactor tuning. Temporary switch 9 may consist of keys controlled by pulse signals. The output circuit 10 may contain a transmitting antenna, including in integral design, or a receiving device, consisting of matching microwave nodes. The first and second filters 11 and 12 may consist of band-pass filters with a central tuning frequency equal to the frequency shift of the signal by the phase shifter. The pointer 13 may be an indicator device with a phase difference converter of the output signals of the filters 11, 12 into a digital code or an analog signal.

Устройство для измерения разности фаз СВЧ-сигналов по первому варианту работает следующим образом. СВЧ-генератор 8 генерируется попеременно напряжения двух частот f₁ или f₂ (фиг.2б). Для этого на его модуляционный вход с выхода модулятора 6 подается прямоугольное напряжение величиной U_м1 или U_м2 (фиг. 2а), причем это напряжение формируется из выходного сигнала генератора периода модуляции СВЧ-сигнала 2. Выходной сигнал генератора СВЧ, пройдя выходную цепь 10, проходит в среду распространения. После прохождения среды распространения генерируемые СВЧ-напряжения приобретают сдвиги фаз, разность которых пропорциональна пройденному сигналами расстоянию. Далее сигнал принимается входной цепью 1. Измерять эту разность фаз возможно после понижения частот принятых сигналов. Для этой цели в предлагаемом устройстве создается сдвиг частоты принятого сигнала в фазовращателе 3 и осуществляется смещение сигнала, смещенного по частоте с частью излученного. Причем фазовращатель управляется формирователем 4 управляющего сигнала, на вход которого поступает сигнал генератора 3 управляющего сигнала. После смесителя 7, при этом, образуется сигнал U_см вида, приведенного на эпюре (фиг.2г). Этот сигнал представляет собой сумму двух напряжений U_1Ф (фиг.2д), U_2Ф (фиг.2е), каждое из которых получилось после преобразований напряжений частот f₁, f₂ соответственно. Разделение сигнала U_см на U_1ф и U_2a производится временным коммутатором 9, который управляется выходным сигналом генератора 2 периода модуляции СВЧ-сигнала. Поэтому после фильтрации напряжений U_1ф, U_2ф полосовыми фильтрами (первый фильтр 11 и второй фильтр 12) выделяются два сигнала низкой частоты (частоты сдвига), разность фаз которых измеряется в указателе 13. Для того, чтобы низкочастотные сигналы были узкополосными, непрерывный фазовращатель изменяет фазу по закону, близкому к пилообразному или пилообразно-ступенчатому (фиг.2ж, 2з). Причем размах изменения фазы должен обеспечить отсутствие разрывов в сигнале.A device for measuring the phase difference of microwave signals according to the first embodiment works as follows. The microwave generator 8 is alternately generated by the voltage of two frequencies f ₁ or f ₂ (figb). To do this, a rectangular voltage of U _m1 or U _m2 (Fig. 2a) is supplied to its modulation input from the output of modulator 6 (Fig. 2a), and this voltage is generated from the output signal of the generator of the modulation period of the microwave signal 2. The output signal of the microwave generator, passing the output circuit 10, takes place on Wednesday distribution. After passing through the propagation medium, the generated microwave voltages acquire phase shifts, the difference of which is proportional to the distance traveled by the signals. Further, the signal is received by the input circuit 1. It is possible to measure this phase difference after lowering the frequencies of the received signals. For this purpose, the proposed device creates a frequency shift of the received signal in the phase shifter 3 and the signal is shifted, shifted in frequency with part of the emitted. Moreover, the phase shifter is controlled by the driver 4 of the control signal, the input of which receives the signal generator 3 of the control signal. After the mixer 7, in this case, a signal U _{cm of the} form shown in the diagram is generated (Fig. 2d). This signal is the sum of two voltages U _1F (fig.2d), U _2F (fig.2e), each of which turned out after conversion of voltage frequencies f ₁ , f _2, respectively. The separation of the signal U _cm into U _1ph and U _{2a is} done by a temporary switch 9, which is controlled by the output signal of the generator 2 of the modulation period of the microwave signal. Therefore, after filtering the voltages U _1ph , U _{2ph by} band-pass filters (first filter 11 and second filter 12), two low-frequency signals (shear frequencies) are distinguished, the phase difference of which is measured in pointer 13. In order for the low-frequency signals to be narrow-band, the continuous phase shifter changes phase according to a law close to a sawtooth or sawtooth-step (fig.2zh, 2z). Moreover, the magnitude of the phase change should ensure the absence of gaps in the signal.

Устройство для измерения разности фаз СВЧ-сигналов по второму варианту работает следующим образом. СВЧ-генератор 8 генерирует попеременно напряжения двух частот f₁ или f₂ (фиг.2в). Для этого на его модуляционный вход с выхода модулятора 6 подается прямоугольное напряжение величиной U_м1 или U_м2 (фиг. 2а), причем это напряжение формируется из выходного сигнала генератора 2 периода модуляции СВЧ-сигнала. Выходной сигнал генератора СВЧ, пройдя фазовращатель 3 и выходную цепь 10, проходит в среду распространения. Причем фазовращатель управляется формирователем 4 управляющего сигнала, на вход которого поступает сигнал генератора 5 управляющего сигнала. После прохождения среды распространения генерируемые СВЧ-напряжения приобретают сдвиги фаз, разность которых пропорциональна пройденному сигналами расстоянию. Далее сигнал принимает входной цепью 1. Измерять эту разность фаз возможно после понижения частот принятых сигналов. Для этой цели в предлагаемом устройстве осуществляется смещение сигнала, смещенного по частоте в фазовращателе 3, с частью генерируемого СВЧ-генератором 8 сигнала. После смесителя 7, при этом, образуется сигнал U_см вида, приведенного на эпюре (фиг.2г). Этот сигнал представляет собой сумму двух напряжений U_1ф (фиг.2д), U_2ф (фиг.2е), каждое из которых получилось после преобразований напряжений частот f₁, f₂ соответственно. Разделение сигнала U_см на U_1ф и U_2ф производится временным коммутатором 9, который управляется выходным сигналом генератора 2 периода модуляции СВЧ-сигнала. Поэтому после фильтрации напряжений U_1ф, U_2ф полосовыми фильтрами (первый фильтр 11 и второй фильтр 12) выделяются два сигнала низкой частоты (частоты сдвига), разность фаз которых измеряется в указателе 13. Для того, чтобы низкочастотные сигналы были узкополосными, непрерывный фазовращатель изменяет фазу φ по закону, близкому к пилообразному или пилообразно-ступенчатому (фиг.2ж, 2з). Причем размах изменения фазы должен обеспечить отсутствие разрывов в сигнале. В предлагаемом устройстве используется частотная манипуляция и разделение обрабатываемого сигнала на два, соответствующих двум частотам манипуляции. Основным преимуществом такого метода является возможность выделить набег фазы, полученный только за счет протяженности пути распространения сверхвысокочастотного сигнала, и повышает точность измерений при случайном характере изменения длительности пути распространения сигнала. Сигнал с частотной манипуляцией, используемый в схеме, позволяет производить измерения на основании следующих соотношений. При частотной манипуляции излучение с частотной модуляции F_m осуществляется поочередно в виде двух сигналов, частоты которых f₁ и f₂ отличаются от центральной частоты f₀ на величину девиаций Δf:f₁= f_o-Δf, f₂= f_o+Δf. . Сигналы после смесителя 7 в соседних полупериодах модуляции, соответствующие частотам f₁ и f₂, выражаются формулами:

где
f_ф - частотный сдвиг после фазовращателя, τ_з - временная задержка, определяемая расстоянием, проходимым СВЧ-сигналом в среде, E_пр - амплитуда сигнала, t - текущее время. В предлагаемом измерителе разности фаз измеряется разность фаз сигналов ε_пр1, ε_пр2 .A device for measuring the phase difference of microwave signals according to the second embodiment works as follows. The microwave generator 8 generates alternately the voltage of two frequencies f ₁ or f ₂ (pigv). To do this, a rectangular voltage of U _m1 or U _m2 (Fig. 2a) is supplied to its modulation input from the output of modulator 6 (Fig. 2a), and this voltage is generated from the output signal of the generator 2 of the microwave signal modulation period. The output signal of the microwave generator, passing the phase shifter 3 and the output circuit 10, passes into the propagation medium. Moreover, the phase shifter is controlled by the driver 4 of the control signal, the input of which receives the signal generator 5 of the control signal. After passing through the propagation medium, the generated microwave voltages acquire phase shifts, the difference of which is proportional to the distance traveled by the signals. Further, the signal is received by the input circuit 1. It is possible to measure this phase difference after lowering the frequencies of the received signals. For this purpose, in the proposed device, the signal is shifted, shifted in frequency in the phase shifter 3, with a part of the signal generated by the microwave generator 8. After the mixer 7, in this case, a signal U _{cm of the} form shown in the diagram is generated (Fig. 2d). This signal is the sum of the two voltages U _1F (2E), U _2F (2e), each of which turned after frequency transformation stress f _1, f _2, respectively. The separation of the signal U _cm into U _1f and U _{2f is} made by a temporary switch 9, which is controlled by the output signal of the generator 2 of the period of modulation of the microwave signal. Therefore, after filtering the voltages U _1ph , U _{2ph by} band-pass filters (first filter 11 and second filter 12), two low-frequency signals (shear frequencies) are distinguished, the phase difference of which is measured in pointer 13. In order for the low-frequency signals to be narrow-band, the continuous phase shifter changes phase φ according to a law close to a sawtooth or sawtooth-step (fig.2zh, 2z). Moreover, the magnitude of the phase change should ensure the absence of gaps in the signal. The proposed device uses frequency manipulation and the separation of the processed signal into two, corresponding to two frequencies of manipulation. The main advantage of this method is the ability to isolate the phase incursion obtained only due to the length of the microwave propagation path, and increases the measurement accuracy with a random nature of the change in the length of the signal propagation path. The frequency-shift signal used in the circuit allows measurements to be made based on the following relationships. During frequency manipulation, radiation with frequency modulation F _{m is} carried out alternately in the form of two signals whose frequencies f ₁ and f ₂ differ from the center frequency f ₀ by the deviations Δf: f ₁ = f _o -Δf, f ₂ = f _o + Δf. . The signals after the mixer 7 in adjacent modulation half-cycles, corresponding to the frequencies f ₁ and f ₂ , are expressed by the formulas:

Where
f _f is the frequency shift after the phase shifter, τ _s is the time delay determined by the distance traveled by the microwave signal in the medium, E _pr is the signal amplitude, t is the current time. The proposed phase difference meter measures the phase difference of the signals ε _CR1 , ε _CR2 .

Достоинством предложенного измерителя разности фаз является повышенная точность измерения в СВЧ-диапазоне по сравнению с аналогами, так как оптимизируется величина частоты, на которой происходит измерение, осуществляется смещение частоты и используется частотная манипуляция. The advantage of the proposed phase difference meter is the increased measurement accuracy in the microwave range compared to analogs, as the frequency value at which the measurement is optimized, the frequency is shifted, and frequency manipulation is used.

Claims

1. A device for measuring the phase difference of microwave signals, containing serially connected microwave generator and output circuit, input circuit, mixer, first and second filters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the pointer, characterized in that the device further comprises a series-connected modulation period generator Microwave signal and a modulator, the output circuit of which is connected to the control input of the microwave generator, a phase shifter, the information input of which is connected to the output of the input circuit, and the output to the first input m mixer, a temporary switch, the first input of which is connected to the output of the generator of the modulation period of the microwave signal, and the second input is connected to the output of the mixer, and the outputs, respectively, to the inputs of the first and second filters, and a series-connected control signal generator and control signal generator, output which is connected to the control input of the phase shifter, and the second input of the mixer is connected to the output of the microwave generator.

2. A device for measuring the phase difference of microwave signals, containing serially connected microwave generator and output circuit, input circuit, mixer, first and second filters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the pointer, characterized in that the device further comprises a series-connected modulation period generator The microwave signal and the modulator, the output circuit of which is connected to the control input of the microwave generator, is a phase shifter, and the microwave generator is connected through the phase shifter to the input of the output circuit, temporary a switch, the first input of which is connected to the output of the generator of the modulation period of the microwave signal, and the second input is connected to the output of the mixer, and the outputs, respectively, to the inputs of the first and second filters, and a series-connected control signal generator and driver of the control signal, the output of which is connected to the control the input of the phase shifter, and the second input of the mixer is connected to the output of the microwave generator.