SU1137408A1 - Фазометр с частотным выходом - Google Patents

Abstract

ФАЗОМЕТР С ЧАСТОТНЬМ ВЫХаДОМ , содержащий два однополосных модул тора в каналах опорного и информационного сигналов, последовательно соединенный опорньй генератор, первый фазовый детектор, блок управлени  частотой и управл емый по частоте генератор, выход которого подключен к вторым входам однополосных модул торов, линию задержки:, а также две управл емые линии задержки с блоком управлени , частотомер, резонансный усилитель и подавитель амплитудной модул ции, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности измерений, дополнительно установлены четыре балансных модул тора , два фильтра нижних частот и последовательно соединенные ограничитель амплитуды, второй фазовый детектор , второй блок управлени  частотой и второй управл емый по частоте гене ратор, выход которого подключен к вторым входам второго и первого балансных модул торов, первые входы которых подключены соответственно к выходу второго однополосного модул тора и к выходу линии задержки, вход которой соединен с выходом первого однополоеного модул тора, при этом выходы первого и второго балансных модул торов соединены через первьй и второй фильтры нижних частот с входами соответственно первой и второй управл емых линий задержки, выходы которых, в свою очередь подключены соответственно к первым вхоW дам третьего и четвертого балансных модул торов, причем выход третьего балансного модул тора подсоединен к второму входу четвертого балансного модул тора, выход которого соединен с вторым входом третьего балансного модул тора и вторым входом первого фазового детек- ора через послеDO довательно включенные резонансный усилитель и подавитель амплитуд42 ной модул ции,а второй вход второго фазового детектора соединен с выходом 00 юпорного генератора, вход ограничител  амплитуды соединен с выходом одного из фильтров нижних частот, частотомер подключен к выходу одного из однополосных модул торов.

Description

t Изобретение относитс  к измерительной технике, св занной с измерением разности фаз двух электричес ких колебаний, и может быть использовано в процессе разработки фазометрических устройств, предназначенных дл  различных радиотехнических систем. Известен фазометр, в котором используютс  автогенераторные преобра зовани  фаза-частота, содержащий согласующие блоки в каналах опорного и информационного входных сигн лов, фазовый детектор, опорный гене ратор,, перестраиваемый по частоте генератор с блоком управлени , лини задержки, четыре однополосных модул Tdpa, подавитель амплитудной модул ции , резонансный усилитель 1 j , Однако фазометр обладает низкой точностью измерени  при изменении частоты входных опорного и информационного сигналов, а также разности их текущих фаз в пределах от О до 360 Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  электронный фазометр с частотным в.1ходом, содержащий два согласующих блока в каналах опорного и информа ционного входных сигналов, восемь однополосных модул торов, гетеродин , две управл емые линии задержки с блоком управлени , подавитель амплитудной модул ции, резонансный усилитель, амплитудньй детектор, электронный ключ, последовательно соединенные опорный генератор, фаз вьй детектор, блок управлени  част той перестраиваемого генератора, выход которого подключен к вторым входам однополосных модул торов, л нию задержки, генератор линейного измен юпшгос  напр жени  и частотомер 2j . Недостатки этого фазометра про вл ютс  в низкой точности измерений из-за нелинейности характери тики преобразовани  фаза-частота, обусловленной изменением паразитных фазовых наводок, возникающих в кол , це самовозбуждени  при изменении частоты подстраиваемого генератора вследствие неидеальности фазочасто ных характеристик четырех однополосных модул торов. Цель изобретени  - повьшение то ности измерений разности фаз двух лебаний. 82 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в фазометре с частотным выходом содержащем два однополосных модул тора в каналах опорного и информационного сигналов, последовательно соединенный опорньш генератор, фазовьй детектор , блок управлени  частотой и управл емый по частоте генератор, выход которого подключен к вторым входам однополосных модул торов, линию задержки, а также две управл емые линии задержки с блоками управлени , частотомер, резонансный усилитель и подавитель амплитудной модул ции, дополнительно установлены четыре балансных-модул тора, два фильтра нижних частот и последовательно сое- диненные ограничитель амплитуды, второй фазовый детектор, второй блок управлени  частотой и второй управл в мьй по частоте генератор, выход которого подключен к вторым входам второго и первого балансных модул торов , первые входы которых подключейы соответственно к выходу второго однополосного модул тора и к выходу линии задержки, вход-которой соеди иен с выходом первогооднополосного модул тора, при этом, выходы первого и второго балансных модул торов соединены через первьй и второй фильтры нижних частот с входами соответственно первой и второ$ управл емых линий задержки, выходы которых в . свою очередь, подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого балансных модул торов, причем выход третьего балансного модул тора подсоединен к второму вхоДУ четвертого балансного модул тора, выход которого соединен с вторым входом третьего балансного модул тора и вторым входом первого фазового детектора через последовательно включенные резонансньй усилитель и подавитель амплитудной модул ции, а второй вход второго фазо;вого детектора соединен с выходом опорного генератора , вход ограничител  амплитуды соединен с выходом одного из фильтров нижних частот, частотомер подключен к выходу одного из однополосных модул торов. На чертеже представлена функциональна  схема предлагаемого устройства . Устройство содержит однополосные модул торы 1 и 2, управл емые по частоте генераторы 3 и 4, линию 5 задерки , балансные модул торы 6-9, фильтры 10 и 11 нижних частот, ограничитель 12 амплитуды, фазовые детекторы 13 и 14, опорный генератор 15, блоки 16 и 17 управлени  частотой, управл емые линии 18 и 19 задержки, резонансный.усилитель 20 подавитель 21 амплитудной модул ции, блок 22 управлени , частотомер 23.

В устройстве частота OfQопорного генератора 15 выбрана равной частоту настройки резонансного усилител  20.

Входами фазометра  вл ютс  первые входы первого 1 и второго 2 однополосных модул торов, причем первьш однополосный модул тор последовательно через линию 5 задержки подключен к первому входу первого балансного модул тора 6, выход которого соответственно через фильтр 10 нижних частот и управл емую линию 18 задержки подключен к первому входу второго балансного модул тора 8, а второй однополосный модул тор 2 через последовательно включенные третий балансный модул тор 7, второй фильтр 11 нижних частот, вторую упрал емую линию 19 задержки подключен к первому входу четвертого балансного модул тора 9, второй вход которого соединен с выходом второго балансного модул тора 8, а вь1ход четвертого балансного модул тора 9 через резонансный усипитель 20 с последовательно включенным подавителем 21 амплитудной модул ции подсоединен к второму входу второго балансного модул тора 8 и первому входу первого фазового детектора 14. рлок 22 управлени  подключен раздельно к первой 18 и второй 19 управл емой линии задержки. Опорный генератор 15 раздельно подключен к вторьи входам первого 14 и второго 13 фазового детектора. Причем к первому входу второго фазового детектора t3 последовательно подключен через ограничитель 12 амплитуды выхЬд второго фильтра 11 низкой частоты. Выход второго фазового детектора 13 последовательно через второй блок 16 управлени  частотой подключен к входу второго управл емого генератора 4, выходы которого раздельно подключены к вторьм входам первого 6 и третьего 7 баланс ных модул торов. Выход первого 14

(фазового детектора последовательно через первый блок Ч 7 управлени  частотой подключен к входу первого управл емого генератора 3, выходы которого раздельно подключены к вторым входам первого и второго однополосны модул торов, т.е. 1 и 2 соответственно . Выходами фазометра могут быть выход второго управл емого генератора 4, либо выход второго однополосного модул тора 2.

Устройство работает следующим образом .

На первые входы первого и второго однополосных модул торов 1 и 2 поступают опорный и информационный сигналы с текущими фазами , и ui -cpg соответственно. При прохождении входных цепей модул торов со стороны первых входов оба колебани  приобретают дополнительный параЗИТНЫЙ фазовый сдвиг , и Ы 922

где 09)( эквивалентные времена задержки цепей первых входов модул торов.

На вторые входы этих модул торов поступает колебание с выхода первог управл емого по частоте генератора 3 с текущей фазой 0) г, Ь tf,

Во входных цеп х однополосных модул торов это колебание получает дополнительньй фазовый набегСО., дл  опорного канала (в первом модул торе 1) иы, информационного канала (во втором модул торе 2), где S-j и - эквивалентные времена задержки цепей вторых входов однополосных модул торов.

В результате преобразовани  на выходе указанных модул торов получают колебание суммарной или разностной частоты с текущими фазами

lo+QriHf t % u29M tJr,9,z м

ш-и iWCOr,Htlf,-C|r,tUo,,,-CJ,C,,j+q.,, )

U 104Цг, + . (W-CJ,,H-q2-4r, 21

соответственно дл  опорного и информационного сигналов, где f . (и + СО,.,) и Cf, (03+ (jf,) - дополнительные фазовые набеги за счет неидеальности выходных частотно-зависимых цепей соответственно однополосных модул торов 1 и 2 ,

С вьг-:ода перйого модул тора 1 колебаннь поступает на линию 5 задержки и получает в ней Фазовый набег u+cJrO n где S-jii - врем  запаздывани  сигнала в этой линии задержки . Далее оба сигнала подаютс  на первые входы первого и третьего балансных модул торов 6 и 7 и получают дополнительные фазовые набеги в их входных цеп х, соответственно и (« + (oVi)t,, ,., где0,0 иS эквивалентные времена задержки цепей первых входов ба лансных модул торов. На вторые входы этих модул торов подаетс  колебание с выхода второго управл емого по частоте генератора 4 с текущей фазой со i- суf2 В каждом из них получают дополнительные фазовые набе ги соответственно гг 9Ц г-г 924 где ис924 эквивалентные времена задержки цепей вторых входов модул торов 6 и 7. В результате преобразовани  на выходе первого баланс ного модул тора 6 получают балансномодулированное колебание, верхн   бо кова  частота которого подаетс  посл прохождени  им первого фильтра 10 нижних частот, поэтому на его выходе имеет место колебание нижней боковой частоты с текущей фазой + Qri-Wr2)i-HJ},-v4M- Wc,,,4-Or,u5,7 M- 4u-Wf ,H,12 + 9oV4rl- rz 9144w Wtl )2,,,,2 где cf 2 CW4-cOf - Wf.) фазовьй набег в фильтре 10 нижних частот о эквивалентное врем  задержк выходных цепе первого балансного моду л тора 4: Аналогично на выходе второго филь ра 11 нижних частот имеет место колебание с текущей фазой ( СОг, - Ц , «-(„ Ur,Cq,4 С,4+ (,,)cq,- r2-Wr 2,j 4CQ+WrrWrtV где ,j (ОЗЧи, - - фазовый набег во втором фильтре 11 нижних частот 925 Эквивалентное врем  задерж ки выходных ц пей модул тора 7 . Колебание с выхода фильтра 11 нижних частот через ограничитель 12 подаетс  на первый вход фазового детектора 13, на второй вход которого подаетс  сигнал с частотой СОог с опорного генератора 15. Устройство работает таким образом , что поддерживаетс  равенство частот колебаний, подаваемых на входы фазового детектора 13, а при нарушении этого услови  на его выходе по вл етс  управл ющее напр жение , которое посредством блока 16 управлени .частотой измен ет частоту управл емого генератора 4 так, что восстанавливаетс  прежнее равенство.. Таким образом, частота на выходе фильтра 11 нижних частот равна частоте опорного генератора 15 на прот жении всего времени измерени  W Wu-Wr2 Wor После этого оба колебани  проход т через управл емьге линии 18 и 19 задержки, в результате чего получают фазовые приращени  срртветственно ( ;Q-V Wr,-Wril М Ог2 J - (u + w„-u,,г„ &) где ,, - величина времени запаздьшани  сигнала в управл емых Л11ри х задержки первой и второй соответственно . Дальше сигналы поступают на первые входы балансных модул торов 8 и 9, оторые вместе с резонансным усилителем 20 и подавителем 21 амплитудной модул ции, замыкак цими цепь самовозбуждени , образуют автогенератор с внешним возбуждением и двойньм реобразованием частоты. В замкнутом кольцевом соединении,, состо щем из второго и четвертого балансного модул торов, резонансного силител  и подавител  амплитудной одул ции при выполнении условий амовозбуждени  имеет место автоолебание , частота которого опреде етс  условием баланса фаз С, 27п, о О, 1, 2...(2) де Ср - суммарньй фазовый сдвиг сигнала в блоках второго и четвертого балансного модул тора, резонансного усилител  и подавител  ЛМ. 7 Пусть условие самовозбуждени  пер воначально вьшолн етс  на резонансн частоте усилител  20, дл  которой справедливо соотношение ог,. где (О(Л - частота автоколебаний. Тогда на второй вход балансного модул тора 8 со стороны выхода подавител  21 амплитудной модул ции поступает колебание с текущей фазой + lfct tflUoVOa g, , где Cf - начальна  фаза автоколебани  { CfCWa) фазовый сдвиг в резонансном усилителе (на резонан ной частоте с (MO 0)J л - / , - эквивалентное врем  задёр ки цепей, включающих выходные цепи модул тора 9 цели подавител  21 амплитудной модул ции и цепь второго входа модул тора В результате преобразовани  на выходе балансного модул тора 8 по лучают балансно-модулированное колебание , нижн   бокова  частота коТо рого предстал ет собой посто нную , составл ющую и дальше через разделительные конденсаторы не прохо . дит, а верхн   бокова  частота посту пает на второй вход балансного модул тора 9 с текущей фазой (),-Wra Ualbc,.cf,,.uC,,,.c.,,,.tf,,. Чы+Ur1HЛn 1 Vчп гг ч (w+ r1-WггV V п|ч in п ri ,ч гг) ,4 „+(сз+Uri-Wn,,6i.t j 4CW« -f (W-Wn-(Or7 + , g - эквивалентное врем  задержки входной цепи первого входа балансного мо дул тора 8; 92 - эквивалентное врем  задержки цепей вьпсода модул тора 8 и второго вхо да модул тора 9. Дальнейшее преобразование сигналов приводит к по влению на выходе балансного модул тора 9 балансномодулированного колебани , верхн   бокова  частота которого, равна  утроенной резонансной частоте 3(0. подавл етс  резонансным усилителем 20, а колебание нижней боковой час.тоты поступает на вход этого уси лител  с текущей фазой 4088 г t4f((i гоЛ м/- .г, 1 /, )Wl-9H--92i)4,(o,,,.c,)(q),+ ,П+(гЛ(г„5- 92з1+ г,х Чг:,.4-э.4(с)п-«г,)Го„5-„о 1%-ч„ ,)(ь,1Ь-С,,ь) 4C(WlUWQC3i4u Wr,-Wra+Wa) В процессе реализации данного устройства модул торы 1 и 2, баланс-, ные модул торы 6 и 7, фильтры 10 и 11 нижних частот, а также балансные модул торы 8 и 9 выполн ютс  попарно идентичными, т.е. характеристики соответствующих блоков одинаковы . Поэтому можно считать, что выполн ютс  услови  / , «Са --Р-- ,С „о .0 -971 ),.91Э 97гJЧ 4 -9 4} к С,,-,,,-,,,.-::,,(и) ч„(и)-, . . , 4«H ). П72 v. ;-И) В этом случае соответствующие паразитные фазовые набеги, имеюЩие место вследствие неидеальности Фазочастотных характеристик звеньев опорного и информадаонного каналов, взимно компенсируютс  и не оказывают вли ни  на точность измерений. Тогда общий фазовый набег в кольце самовозбуадени , образованном балансными модул торами 8 и 9, усилителем 20 и подавителем 21 AM можно записать , u гА2эпН(„-Ч,г) + .V , (., , / где(ср,-Cf - измер ема  разность фаз двух входных колебаний. В стационарном режиме выполн ютс  услови  )г1 ( Поэтому выражение (5) можно представить с учетом условий (6) в следующем виде cf ...а) -CJor .v-,-t2u). Параметры сОог,,, Фиксированные значени . В силу этого измер ема  частотомером 23 частотас),.  генератора 4 определ ет значение.измер емой разности фаз. Частота колебаний на выходе однополосного модул тор  2 также функционально зависит от величины измер емой разности фаз. В св зи с этим частотоер 23 может быть также подключен к выходу однополосного модул тора 2 В этом случае, измер   частотомером 23 частоту OO-vWp колебаний на выходе этого однополоснрго моду;л тора , можно определить значение измер емой разности фаз. Перед выполнением измерени  провод т коррекцию фазовых набегов в„ кольцевом соединении, состо щем из балансных модул торов 8 и 9, усилител  20 и подавител  21 AM. Дл  этого на оба входа опорного и информаци онного каналов фазометра (входы одно полосных модул торов) подают синфазные колебани  и с помощью блока 22 управлени  измен ют врем  запаздывани  сигналов в управл емых лини х задержки, добива сь равенства частоты генератора 4 номинальному значению Р котором вьтолн етс  условие ог (.гin 9 2 7 VO В этом случае частота cOj- колеба НИИ генератора 4 в стационарном режиме при подаче на входы фазометра сиг налов, ме зду которыми существует измер емый фазовьй сдвиг () определ етс  на основании зависимости (7) следующим вьфажением -( ) из которого следует Ч-и,-с,,) При изменении измер емой разности фаз ( (ч - 2-) измен етс  общий фазо вый набег в кольце самовозбуждени  и первоначапьное условие (2) дл  час тоты QQ нарушаетс . Это приводит к изменению частоты автоколебаний WQ за счет чего поддерживаетс  условие баланса фаз, но уже на другой частоте . С выхода подавител  21 амплитудной модул ции колебание этой частоты поступает на второй вход первого фаз вого детектора 14, на первый вход которого подаетс  сигнал с опорного генератора 15. Вследствие нару1лени  услови  (3) на выходе указанного фазового детектора по вл етс  управл ющее напр жение , которое посредством блока 17 уп равлени  частотой измен ет частоту сО первого управл емого генератора 3

таким образом, что по вл етс  дополнительньп фазовый набег ы г, 1

Частота его измен етс  до тех пор, пока частота автоколгбаннй на ныходе 0810 за счет изменени  частоты СОр , которьй компенсирует внесенную разность фаз в кольцевом соединении и устанавливаетс  первоначальна  частота автоколебаний (OQ Одновременно с этим на вход фазового детектора 13с выхода фильтра 11 поступает через ограничитель 12 амплитуды колебание с частотой, отличающейс  от частоты опорного генератора 15. На выходе этого фазового детектора по вл етс  управл ющее напр жение, которое с помощью блока 17 управлени  частотой измен ет частоту второго управл емого генератора 4 до те пор, пока снова не выполн етс  условие (6). Новое значение частоты Qfn генератора 4 будет соответствовать измененному значению измер емого фазового сдвига. По величине изменени  частоты генератора 4, фиксируемой частотомером 23, суд т о величине изменени  измер емого фазового сдвига. Показани  частотомера, как следует из соотношени  (10), линейно св заны со значением измер емого фазового сдвига и могут быть проградуированы в единицах измерени  фазового сдвига. При подключении частотомера 23 к выходу однополосного .модул тора 2 по изменению частоты колебаний на выходе этого однополосного модул тора , регистрируемой частотомером, суд т об изменении измер емой разности фаз. При изменении частоты G входных сигналов на некоторое значение йЫ на выходе однополосного модул тора 1 по вл етс  колебание,сдвинутое по фазе по отношению к колебанию на выходе однополосного модул тора 2 на величину . Этот фазовый сдвиг путем преобразований сигнала в балансных модул торах 6 и 7, 8 и 9 вноситс  в цепь обратной св зи кольца самовозбуждени . Вследствие этого частота автоколебаний СОд отклон етс  от своего номинального значени  WQ и на выходе фазового детектора 13 по вл етс  посто нное напр жение, под воздействием которого блок 16 управлени  частотой измен ет частоту гелератора 3.

Claims (1)

1. ФАЗОМЕТР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХСДОМ, содержащий два однополосных модулятора в каналах опорного и информационного сигналов, последовательно соединенный опорный генератор, первый фазовый детектор, блок управления частотой и управляемый по частоте генератор, выход которого подключен к вторым входам однополосных модуляторов, линию задержки, а также две управляемые линии задержки с блоком управления, частотомер, резонансный усилитель и подавитель амплитудной модуляции, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений,, дополнительно установлены четыре балансных модулятора, два фильтра нижних частот и последовательно соединенные ограничитель амплитуды, второй фазовый детектор, второй блок управления частотой и второй управляемый по частоте гене ратор, выход которого подключен к вторым входам второго и первого балансных модуляторов, первые входы которых подключены соответственно к выходу второго однополосного модулятора и к выходу линии задержки, вход которой соединен с выходом первого однополосного модулятора, при этом выходы первого и второго балансных модуляторов соединены через первый и второй фильтры нижних частот с входами соответственно первой и второй управляемых линий задержки, выходы которых, в свою очередь,подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого балансных модуляторов, причем выход третьего балансного модулятора подсоединен к второму входу четвертого балансного модулятора, выход которого соединен с вторым входом третьего балансного модулятора и вторым входом первого фазового детектора через последовательно включенные резонансный усилитель и подавитель амплитудной модуляции,а второй вход второго фазового детектора соединен с выходом юпорного генератора, вход ограничителя амплитуды соединен с выходом одного из фильтров нижних частот, частотомер подключен к выходу одного из однополосных модуляторов.

   SUL.· 1137408 >

   1 1137408 2