SU1000931A1

SU1000931A1 - Device for measuring phase difference average value

Info

Publication number: SU1000931A1
Application number: SU802993521A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Баржин; Александр Алексеевич Зеленский; Евгений Сергеевич Колесник; Александр Владимирович Тоцкий
Original assignee: Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1980-10-15
Filing date: 1980-10-15
Publication date: 1983-02-28

Description

(Б) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ,НИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ .РАЗНОСТИ ФАЗ(B) DEVICE FOR MEASUREMENT, NII OF AVERAGE VALUE. PHASE FEATURES

Изобретение относитс .к измерительной , технике св занной с измерением фазовых сдвигов электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазометров, пред назначенных дл различных .радиотехни ческих систем.. Известно фазометрическое устройство , содержащее блоки формировани опорного и измер емогосигналов и фа зовый .детектор, на выходе которого выдел ют посто нное напр жение, по величине к1эторого-суд т об измер емо разности фаз С Т.. Недостаток известного устройства низка точность измерений из-за малой разрешающей способности фазовых детекторов. . . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс фаЗометрическое устройство, содержащее формирователи опорного и информацион ного сигналов в виде-двух преобразователей частоты с общим гетеродином. . . 2 ..-.. преобразователь фазового сдвига во временной интервал и цифровой измеритель временного интервала. Достоинством такого устройства вл етс представление результата в цифровой форг ме 2., Однако такие устройства Имеют недостаточную точность измерений. Цель изобретени - повышение точности измерений. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл измерени среднего значени разности фаз, содержащее два преобразователи частоты в опорном и информационном каналёх собщим гетеродином, подключенным к входам преобразователей частоты, введены последовательно соединенные первый однополосный смеситель, второй однополосный смеситель, узкополосный ре-зонансный усилитель, третий оДнополосный смеситель, четвертый однополосный смеситель и широкополосный усилитель, выход которого соединен с первым вхоThe invention relates to a measuring, technique associated with measuring phase shifts of electrical oscillations, and can be used in the development of phase meters intended for various radiological systems. A phase meter device is known that contains reference signal forming and measuring units of phase signals and a phase detector , at the output of which a constant voltage is allocated, the measured value of the phase difference C T is measured by the value of k1 eto rto. The disadvantage of this known device is low measurement accuracy due to the low resolution th ability of phase detectors. . . The closest to the proposed technical entity is a phase mapping device containing shapers of the reference and information signals in the form of two frequency converters with a common local oscillator. . . 2 ..- .. phase-to-phase time converter and digital time-meter. The advantage of such a device is the presentation of the result in the digital format 2. However, such devices have insufficient measurement accuracy. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. This goal is achieved in that the device for measuring the average value of the phase difference containing two frequency converters in the reference and information channels by a common local oscillator connected to the inputs of frequency converters is connected in series the first single-band mixer, the second single-band mixer, a narrowband resonant amplifier, the third single-band mixer, the fourth single-band mixer and a broadband amplifier, the output of which is connected to the first input

дом первого смесител , причем выход преобразовател частоты в информационном канале соединен с вторым входом первого смесител , а выход преобразовател частоты в опорном йанале coe динен с вторым входом четвертого смесител , кроме того, дополнительно установлены лини задержки и последовательно соединенные фазовый детектор, блок перестройки и перестраиваемый по частоте генератор, при этом входы фазового детектора соединены cbofветственно с входом и выходом резонансного усилител выход перестраиваемого генератора соединен с вторым входом третьего смесител и через линию задержки с вторым входом второго смесител . Введение четырех однополосных the house of the first mixer, where the output of the frequency converter in the information channel is connected to the second input of the first mixer, and the output of the frequency converter in the reference coe channel is connected to the second input of the fourth mixer, in addition, a delay line and a series-connected phase detector, a tuning unit and tunable frequency generator, while the inputs of the phase detector are connected cb, respectively, with the input and output of the resonant amplifier, the output of the tunable generator is connected to the second the third mixer and through the delay line with the second input of the second mixer. Introduction of four single lanes

сйтёлей, узкополосного резонансного усилител , широкополосного усилител , solders, narrowband resonant amplifier, wideband amplifier,

линии задержки фазового детектора, блока перестройки и перестраиваемого по частоте генератора, а также соответствующих св зей между узлами позвол ет повысить точность измерений. the delay lines of the phase detector, the tuning unit, and the frequency tunable generator, as well as the corresponding connections between the nodes, improve measurement accuracy.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.The drawing shows a block diagram of the proposed device.

Устройство содержит два преобразовател 1 и 2 частоты соответствен-. но в информацио нном и опорном каналах и общий дл этих преобразователей Ретеродин 3, а также последователыйо соединенные первый однополосный смеситель k, второй однополосный смеситель 5, узкополосный резонансный усилитель 6, третий однополосный смеситель 7, четвертый однополосный сме ситель 8, широкополосный усилитель 9, выход которого соединен с входом первого смесител k. Второй вход первого смесител соединен с выходом преобразовател 1 частоты в информационном канале, а второй вход четвертого смесител 8 - с выходом преобразовател 2 частоты ,в опорном канале. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные фазовый детектор 10, блок 11 перестройки , перестраиваемый по частоте генератор 12 и линию 13 задержки. Входы фазового детектора 10 подключены соответственно к входу и выходу резонансного усилител 6, выход линии 13 заг. держки соединен с вторым входом второго смесител 5, а выход генератора 12 - с вторым входом третьего смесител 7Устройство работает следующим об разом.The device contains two frequency converters 1 and 2, respectively. but in the information and reference channels and common for these converters, the coredin 3, and also the first single-band mixer k, the second single-band mixer 5, the narrow-band resonant amplifier 6, the third single-band mixer 7, the fourth single-band mixer 8, the broadband amplifier 9, output which is connected to the input of the first mixer k. The second input of the first mixer is connected to the output of the frequency converter 1 in the information channel, and the second input of the fourth mixer 8 to the output of the frequency converter 2, in the reference channel. In addition, the device contains a series-connected phase detector 10, a tuning unit 11, a tunable frequency generator 12 and a delay line 13. The inputs of the phase detector 10 are connected respectively to the input and output of the resonant amplifier 6, the output line 13 zag. The holder is connected to the second input of the second mixer 5, and the output of the generator 12 is connected to the second input of the third mixer 7 The device operates as follows.

Входные опорный и информационный сигналы с помощью преобразователей 1 и 2 частоты с общим гетеродином 3 преобразуютс в,колебани с промежуточной частотой и)о , причем измер ема разность фаз , содержаща с в информационном входном сигнале, без изменени переноситс на колебание , выдел емое на выходе преобразовател 1 частоты в информационном канале . Это колебание поступает на второй вход первого однополосного смесител 4, на первый вход которого подаетс с широкополосного усилител 9 колебание с частотойш, в результате гетеродинировани на выходе этого смесител выдел етс колебание с суммарнойШд+и), или разностной ии Q -ш частотой. Это колебание подаетс на вход второго однополосного смесител 5, на второй вход которого поступает с выхода линии 13 задержки колебание с частотой ш 2. На выходе второго смесител 5 выдел етс колебание с суммарной Ш0+ -t 2 ( разностной частотой, которое затем усиливаетс в узкополосном резонансном усилителе 6 и поступает на вход третьего однополосного смесител 7- На второй вход смесител 7 поступает колебание с частотойШ2с генератора 12,в результате гетеродинировани на его выходе выдел етс колебание с разностной су, ;марной ЦШдЧи |-ал2|+Ш2 |и))частотой.The input reference and information signals using converters 1 and 2 frequencies with common local oscillator 3 are converted into, oscillations with an intermediate frequency i) o, and the measured phase difference contained in the information input signal is transferred without change to the oscillation allocated at the output 1 frequency converter in the information channel. This oscillation is fed to the second input of the first single-band mixer 4, to the first input of which a oscillation with a frequency m is supplied from the wideband amplifier 9, as a result of heterodyning at the output of this mixer an oscillation is given with the total Sd + i) or difference and Qi frequency. This oscillation is fed to the input of the second single-band mixer 5, to the second input of which comes from the output of the delay line 13 an oscillation with a frequency w 2. At the output of the second mixer 5 an oscillation is released with a total 0 0 + -t 2 (differential frequency, which is then amplified in a narrow-band resonant the amplifier 6 and enters the input of the third single-band mixer 7; The second input of the mixer 7 receives an oscillation with a frequency W2 of the generator 12, as a result of heterodyning at its output it oscillates with a difference cy,; 2 | and)) frequency.

Это колебание поступает на вход широкополосного усилител 9. Последователе но соединенные первый смеситель k, второй смеситель 5, резонансный уси Ъитель 6, третий смеситель 7 и четвертый смеситель 8 образуют ,цепь обратной св зи широкополос ,ного усилител 9. Причем первый . t и четвертый 8 смесители позвол ют путем возвратного гетеродинировани ввести измер емую разность фаз ДЦ в цепь обратной св зи. Второй 5 и третий 7 смесители позвол ют ввести путем возвратного гетеродинировани в цепь обратной св зи фазовый набег ugh T-j, образующийс при прохождении колебани гене|5атора 12 через линию 13 задержки с временем задержки . При достаточно высоком коэффициенте усилени резонансного усилител 6 и широкополосного усилител 9 в замкнуто кольце, образованном последовательно соединенными первым смесителем k, вт рым смесителем 5, резонансным усилителем , третьим смесителем 7, четверг тым смесителем 8 и широкополосным усилителем 9, возникают автоколебани с MacTotOHtu на выходе широкополосного усилител 9, завис щей от измер емого фазового сдвига . В начальный момент времени автоколебани могут не существовать, в этом случае блок 11 перестройки работает в режиме поиска и перестраивает частоту генератора 12 от минимального значени в сторону увеличени . При некотором значении частоты генератора 12 возникают автоколебани на выходе широкополосного усилител 9, а следовательно, и «а выходе резонансного усилител 6. Причем частота автоколебани на выходе резонансного усилител 6 несколько отличаетс от его резонанасной частоты, и колебание на выходе усилител 6 сдви нуто по фазе относительно его входного колебани на величину . На выходе фазового детектора 10 существует напр жение, отличное от нул . Под действием напр жени , снимаемого с выхода фазового детектора 10 и подаваемого на вход блока 11 перестройки последний переходит в режим сопровождени и в установившемс режиме подстраивает частоту генератора 12 таким образом, чтобы частота колебаний на выходке усилител 6 точно равн лась ее резонансной часто те. В стационарном установившемс режиме частота колебаний ш на йыхо де широкополосного усилител 9 и частота Ш2 енератора 12 определ ют с условием фаз дл замкнутой автоко лебательной системы,состо щей из уси лител 9 с цепью обратной св зи, об разованной последовательно включенными смесител ми k и 5, резонансным усилителем 6 и смесител ми 7 и 8. Условие фаз можно представить в виде ( и1р-Ш2-Ю,;Г,з44 4си24 , (-1) где Шр - резонансна частота настройки резонансного усилител 6; врем запаздывани сигнал в широкополосном усилителе 9; Jf при инвертировании сигнаf I ла в одном из усилителей 6 или 9; 2Л при неинвертировании сигнала в усилител х 6 и 9. Из услови фаз следует, что частота колебаний генератора 12 при заданных значени х napaMeTpoB,C,j,UJo, U р, Т определ етс величиной измер емого фазового сдвига 4. Измер с помощью частотомера частоту колебаний генератора.12, можно определить Значение аЧ. При изменении величины лЧ будет измен тьс вносимый фазовый сдвиг в цепи обратной св зи широкополосного усилител 9, и условие фаз выполн тьс на некоторой другой частоте. При этом изменитс частота колебаний на выходе резонансного усилител 6 и вследствие этого по -витс напр жение на выходе фазового детектора 10. Это приведет, в свою очередь, к перестройке частоты генератора 12. По изменению частоты генератора 12, регистрируемому мастотомером , можно судить о величине изменени измер емого фазового сдвига . . Погрешность измерени ДЧ с помсицью такого устройства определ етс в основном нестабильностью частоты , генератора 12 и при условии, что (Ulp-u)o)t33 f равна 6(f-yA , (2) где ТГ - относительна нестабильность частоты генератора 12. Относительна нестабильность частоты генератора 12 зависит от нестабильности частоты автоколебаний в системе от нестабильности частоты автоколебаний в системе, образованной широкополосным усилителем 9, смесител ми и 5, резонансным усилителем 6 и смесител ми 7 и 8, в силу их синхр онизации. Применение yijKonoлосного усилител 6 позвол ет получить достаточно высокую стабильность частоты автоколебаний; а следовательно , повысить точность измерени . Из выражени (2 } следует, что при стабильности частоты колебаний гетеродина т 10 погрешность измерени фазового набега достигает . ,8°10А С уменьшением Л погрешность измерений уменьшаетс Следовательно, предлагаемый фазометр позвол ет повысить точность изThis oscillation is fed to the input of the broadband amplifier 9. A first mixer k is connected, a second mixer 5, a resonant amplifier 6, a third mixer 7 and a fourth mixer 8 form a broadband feedback circuit 9. The first one. t and the fourth 8 mixers allow, by reverse heterodyning, to introduce the measured phase difference of the DC in the feedback circuit. The second 5 and third 7 mixers allow, by reverse heterodyning, the phase incursion Ugh T-j, which occurs when the oscillator | 5ator 12 oscillates through the delay line 13 with the delay time, into the feedback circuit. At a sufficiently high gain factor of the resonant amplifier 6 and wideband amplifier 9 in a closed ring formed by serially connected by the first mixer k, retracted by mixer 5, a resonant amplifier, third mixer 7, thursday mixer 8 and wideband amplifier 9, MacTotOHtu oscillates at the output broadband amplifier 9, depending on the measured phase shift. At the initial time, self-oscillations may not exist; in this case, tuning unit 11 operates in the search mode and tunes the frequency of the generator 12 from the minimum value upwards. At a certain frequency of the oscillator 12, self-oscillations occur at the output of the wideband amplifier 9, and hence also at the output of the resonant amplifier 6. Moreover, the frequency of the self-oscillation at the output of the resonant amplifier 6 is slightly different from its resonant frequency, and the oscillation at the output of the amplifier 6 is phase-shifted relative to its input oscillation value. At the output of the phase detector 10, there is a voltage other than zero. Under the action of the voltage taken from the output of the phase detector 10 and supplied to the input of the tuning unit 11, the latter goes into tracking mode and in steady state adjusts the frequency of generator 12 so that the oscillation frequency at the trick of amplifier 6 exactly equals its resonant frequency. In the stationary steady-state mode, the frequency of the oscillations of the wideband amplifier 9 and the frequency of the oscillator 12 are determined with the condition of the phases for the closed-loop auto-oscillatory system consisting of the amplifier 9 with a feedback circuit formed by the series-connected mixers k and 5 , resonant amplifier 6 and mixers 7 and 8. Phase condition can be represented as (і1р-Ш2-Ю,; Г, 4444 4ci24, (-1) where Шр - resonant tuning frequency of resonant amplifier 6; delay time signal in a wideband amplifier 9; Jf when inverting and signal I la in one of amplifiers 6 or 9; 2L with non-inverting the signal in amplifiers 6 and 9. From the condition of the phases, it follows that the oscillation frequency of the generator 12 for given values of napaMeTpoB, C, j, UJo, U p, T is defined The magnitude of the measured phase shift is 4. Measured by the frequency meter oscillator frequency of the oscillator 12. You can determine the value of ACh. When you change the value of LCH, the insertion phase shift in the feedback circuit of the wideband amplifier 9 will change and the phase condition will be met on some other frequency In this case, the oscillation frequency at the output of the resonant amplifier 6 will change and, as a result, the voltage at the output of the phase detector 10 will appear. This will lead in turn to a frequency tuning of the generator 12. By changing the frequency of the generator 12 recorded by the mastometer, you can judge the value changes in the measured phase shift. . The measurement error of the DF with a switch of such a device is determined mainly by the frequency instability, the generator 12, and provided that (Ulp-u) o) t33 f is 6 (f-yA, (2) where TG is the relative frequency instability of the generator 12. Relative The frequency instability of the oscillator 12 depends on the frequency instability of the self-oscillations in the system on the frequency instability of the self-oscillations in the system formed by the wideband amplifier 9, mixers and 5, resonant amplifier 6 and mixers 7 and 8, due to their synchronization. 6 allows one to obtain a sufficiently high stability of the frequency of self-oscillations; consequently, an increase in the measurement accuracy. From the expression (2) it follows that with the oscillation frequency of the oscillator T 10, the measurement error of the phase shift reaches., 8 ° 10A With a decrease in L, the measurement error decreases Therefore The proposed phase meter allows to increase the accuracy of

Claims

Claim

A device for measuring the average value of the phase difference, containing two frequency converters in the reference and information channels with a common re-W terodyne connected to the inputs of the frequency converters, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurements, series-connected first-15 a single-band mixer, a second single-band mixer, a narrow-band resonant amplifier, a third single-band mixer, a fourth single-band mixer and a wide-band 20-amp, the output of which is connected to the first input house of the first mixer ,. moreover, the output of the converter

1000931 8 frequencies in the information channel are connected to the second input of the first mixer, and the output of the frequency converter in the coupler channel is connected to the second input of the fourth mixer, in addition, a delay line and a series-connected phase detector, a tuner and a frequency-tunable generator are additionally installed, the inputs of the phase detector are connected respectively to the input and output of the resonant amplifier, the output of the tunable generator is connected to the second input of the third mixer and through the delay line ki to the second input of the second mixer.