SU1234780A1 - Радиоимпульсный фазометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике радиоизмерений. Может быть использовано в системах дл  измерени  сдвига фаз перекрывающихс  радиоимпульс- ных сигналов с неизвестными частотами . Цель изобретени  - расширение частотного диапазона измерений, достигаетс  тем, что в устройстве осуществл етс  измерение разности фаз между парами наложенных радиоимпульсов посредством обработки огибающей биений суммарного разностного напр жений . Устройство содержит сумматор I, вычитатели 2.1-2.3, фазовращатель 3, детектор 4 наложени  сигналов , вычислители, 5.I и 5.2, блоки 6.1-6.4 - выборки хранени , блок 7 обнаружени  сигналов, пиковые детекторы 8.1-8,2, формирователь 9 и рас- щиритель 10 импульсов, инвертор 16, ключ 17, индикаторы 18.1 и 18.2, В устройстве имеетс  также блок 1 определени  знака, в состав которого вход т амплитудные детекторы 12.1 и 12.2, фазовый детектор 13, усилитель-ограничитель 14, управл емые ин верторы 15.1 и 15.2. Современна  элементна  база вследствие недостаточного быстродействи  не позвол ет производить измерени  на частотах более 5-10 МГц, поэтому в данном уст ройстве используетс  огибающа  биений . 1 з.п.ф-лы, 3 ил. S (Л W 4)1. ЭО

Description

Изобретение относитс  к радионз- мерительной технике и может быть использовано в фаэоизмерительных системах дл  измерени  сдвига фаз перек-. рывающихс  радиоимпульсных сигналов с неизвестными частотами.

Цель изобретени  - расширение частотного диапазона измерени  фазового сдвига наложенных радиоимпульсных сигналов.

Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство осуществл ет измере ние разности фаз меж,цу парами наложенных радиоимпульсных сигналов посредством обработки огибающих биений суммарного и разностного напр жений. В этом случае частота огибающих биений на несколько пор дков меньше частот самих сигналов. В прототипе все измерени  осуществл ютс  путем обработки непосредственно высокочастотного заполнени  радиоимпульсов. Современна  элементна  база вследствие недостаточного быстродействи  не позвол ет производить измерени  на частотах более 5-10 МГц, поэтому целесообразно использовать огибающую биений .

На фиг, 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, по сн ющие принцип действи .

Устройство содержит сумматор , вычитатели 2,1, 2.2 и 2.3, фазовращатель 3, детектор 4 наложени  сигналов , вычислители 5.1 и 5,2, блоки 6.1, - 6,4 выборки-хранени , блок 7 обнаружени  сигналов, пиковые детекторы 8.1 и 8.2, формирователь 9 им- пульсов, расширитель 10 импульсов, блок 1I определени  знака, в состав которого вход т амплитудные детекторы 12,1 и 12.2, фазовый детектор 13 усилитель-ограничитель 14, управл емые инверторы 15.1 и 15,2 Кроме того , фазометр содержит инвертор 16, ключ 17, индикаторы 18.1 и 18.2.

Входы вычитател  2.1 и сумматора соединены попарно и  вл ютс  входами устройства. Выход сумматора 1 соединен с входом фазовращател  3, входы детектора, 4 наложени  синалов подключены к выходам вычитател  2.1 и фазовращател  3. Входы вычилител  5.1 соединены с входами детек тора 4 наложени  сигналов, информационный и управл ющий входы блока 6,1 выборки хранени  св заны соотзйт

ственно с выходами вычислител  5.1 и детектора 4 наложени  сигналов. Выход формировател  импульсов 9 подключен к сбросовым входам пиковых детекторов 8.1 и 8„2, а выход соединен с выходом блока 7 обнаружени  сигналов, вход которого св зан с одним из входов устройства. Вход амплитудного детектора 12,1 подключен к информационному входу пикового детектора 8.2 к  вл етс  первым входом блока определени  знака. Вход другого амплитудного детектора 12.2  вл етс  вторым входом блока определени  знака и св зан с информационным входом пикового детектора 8.1, Вход усилител -ограничител  14 соединен с выxoдo блока 6.1 выборки-хранени , входом индикатора 18,1 и  вл етс  третьим входом блока определени  знака . Вход управл емого инвертора 15.2  вл етс  четвертым входом блока определени  знака, св зан с выходом вычислител  5,2, входы которого сое- динены с выходами вычитателей 2.2 и 2.3, Входы фазового детектора 13 под- кшочены к вь ходам амплитудных детекторов 12.1 и (2,2, а выход подсоединен к информационному входу инвертора t6.I, управл ющий вход которого св зан с выходом усилител -ограничител  4. Выходом блока определени  знака  вл етс  выход управл емого инвертора 15.2, управл ющий вход которого соединен с выходом управл емого инвертора 5.1 Информационные входы пиковых детекторов 8.1 и 8.2 подключены соответственно к выходам фазовращател  3 и вычитател  2.1, а выходы св заны с информационными входами соответственно блоков выборки- хранени  6.2 и 6.3. Выход расширител  10 импульсов подсоединены к управл ющим входам блоков 6.2 и 6.3 выборки-хранени , а вход св зан с выходом детектора 4 наложени  сигналов и входом инвертора 16. Первые входы нычитателей 2,2 и 2,3 подключены соответственно к выходам блоков 6,2 и 6.3 выборки-хранени , вторые входы - соответственно к выходам пиковых детекторов 8,1 и 8.2. Кроме

того, информационный вход блока 6,4 выборки-хранени  св зан с выходом управл емого инвертора 15.2, управл ющий вход - с выходом инвертора J6, а выход соединен с информационным входом ключа 7, выход которого подключен к входу индикатора 18.2. Управл ющий вход ключа 17 св зан с выходом детектора 4 наложени  сигналов .

Фазометр работает следующим образом .

На входы измерительных каналов поступают два перекрывающихс  радио- импульсных сигнала (фиг.2а, с5) .

Аналитические выражени  сдвинутых по фазе наложенных радиоимпульсов с пр моугольной огибающей могут быть записаны в следующем виде:

U/t)U , 4 ,(t-t,) l(bt,)lt

.(uJ,i--,-4 ,,HUt-t,l-Ht-t,n. U(tb-U,s;n(cJ,it4 /%,,)li(l-t,) iH tjb

где LI

5m (),t + Ч, 1(1 -1 ,) - I ( t t ,И ,

,uJ , , амплитуда, частоt5 пульсы управл ют работой блока 6.1 выборки-хранени . При значении управл ющего-напр жени  равном нулю блок выборки-хранени  (БВХ) 6. на (фиг.2е) .

ходитс  в режиме Запись

та и начальна  фа- 20 При по влении на управл ющем входе

K..,uJ., первого радиоимпульса;

фазовый сдвиг между первыми радиоимпульсами по каналам;

амплитуда, частота и начальна  фаза второго радиоимпульса;

фазовый сдвиг между вторыми радиоимпульсами по каналам;

t

t

врем  начала и кон-з5 выдел ют пиковые значени  сигналов

t

t. ца первого радиоимпульса;

врем  начала и конца BiTOporo радиоимпульса ,«о На выходах сумматора и вычитател  2.1 имеем U Ub 2U,co3(%|)si.4(4t,Kl(t-t,)-l (,cos(4,,,)s;,,W,b4jC(t-t,) -(t-t)..

,,,)f(t-t,)- -l(t-t,),n(4,,,)cos(uJ.t WJ« «n(t-t,l-Ut-t,,) ,50

где Uj. (t), Uu(t) - суммарный и разност- галй сигналы соответственно .

С выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигаетс  фазовращателем 3 55 на фиксированный угол F /2 во всей рабочей полосе частот. На выходе фазовращател  3 (фиг.. 2в)

и

ГС

Uh2U cos(4,|)cDs(xJ,t -M-JLllt t,l-l (t-tJb2U cos(4,,Joos(t-M-Jll(t-t,)

-1(14,), где1)5.(()- сдвинутый -суммарный сигналСдвинутый суммарный и разностньй сигналы поступают на входы вычислител  5.1, далее на информационный вход блока 6.1 (фиг.2г) выОорки-хранени . Детектор 4 наложени  сигналов , подключенный к выходам фазовращател  3 и вычитател  2.1 формирует импульс, соответствующий участку наложени  t -1(фиг.2д). Данные импульсы управл ют работой блока 6.1 выборки-хранени . При значении управл ющего-напр жени  равном нулю блок выборки-хранени  (БВХ) 6. на (фиг.2е) .

ходитс  в режиме Запись

импульсного напр жени  БВХ 6.1 переходит в режим Хранение (участок .2е). Значение напр жени , полученное на открытых участках

t - t, и t. - i , соответствует измер емой разности фаз между первой парой перекрывающихс  радиоимпульсных сигналов. Данное значение хранитс  в БВХ 6.1 и подаетс  на вход индикатора 18.1 (фиг.Зе).

Сдвинутые суммарный и разностный сигналы с выхода фазовращател  3 и вычитател  2.I подаютс  на входы пиковых детекторов 8.1 и 8.2, которые

(фиг.За) .

На открытом участке t, выходе пиковых детекторов посто нное напр жение , соответствующее амплитудному значению напр жени  первой пары входных сигналов. В это врем  ВЕХ 6,2 и 6.3 наход тс  в режиме Запись (фиг.Зд). На участке наложени  t j на выходе детектора наложени  сигналов 4 по вл етс  видеоимпульс, который переводит БВХ 6.2 и 6,3 в режим Хранение. На участке наложени  пиковые детекторы фиксируют максималь . ное значение на огибаюацос биений . - сдвинутого сумматорного и разностного сигналов {фиг.За). Вычитатели 2.2 и 2.3 определ ют разность между максимальными значени ми напр жени  на открытом участке t, - t.H максимальными значени ми на огибающих. Выходные сигналы вычитателей 2,2 и 2,3 поступают на вход вычислител  5,2, осуществл ющего операцию вычислени  удвоенного значени  арктангенса отношени .

На выходе блока 7 обнаружени  сигналов о бразуетс  импульс, длительность которого соответствует общей длительности радиоимпульсов t -t (фиг.Зб). Данный сигнал управл ет работой формировател  9 импульсов и в момент его окончани  t, на выходе формировател  9 импульсов по вл етс  короткий импульс, осуществл ющий сброс пиковых детекторов (фиг.Зв),

Расширитель 10 импульсов осуществл ет задержку заднего фронта импульса ,, управл ющего режимами работы блоков 6.2 и 6.3 выборки-хранени  (фиг.3г,д). Задержка должна быть больше .суммарной посто нной времени инвертора 16 и блока 6.4 выборки-хранени . Амплитудные детекторы 12,1 и 12.2 выдел ют огиба ощие суммарного и разностного сигнгшов. Сигналы с выходов амплитудных детекторов 12.1 и 12,2 поступают на входы фазового детектора 13.

В зависимости от временного положени  максимумов и минимумов на огибающих суммарного и разностного напр жений на выходе фазового детектора по вл етс  видеоимпульсj пол рность которого зависит от этого временного положени . Например, при максимуме на одном из сигналов, а минимуме на другом на выходе фазового детектора по вл етс  импульс отрицат тельной пол рности, при совпадении максимумов на огибающих - положительной пол рности ( фиг.Зж).

Выходной сигнал блока 6„1 выборки-хранени , несущий информацию о знаке разности фаз между первой па- . рой радиоимпульсов, ограниченный усилителем-ограничителем 14, управл ет работой управл емого инвертора 15.1. В зависимости от знака выходного напр жени  усилител -ограничител  14 инвертор 15. 1 пропускает или инвертирует вьгходной сигнал фазового детектора 13. Выходное напр жение управл емого инвертора 15.1 управл ет режимом работы втор ого управл емого инвертора 15.2, который, в свою очередь , инвертирует или пропускает без изменений на аход четвертого БВХ 6.4 сигнал с выхода вычислител  5.2.

Режимы работы.блока 6.4 выборки- хранени  наход тс  в противофазе с

0

5

0

5

0

f;

0

5

режимами работы БВХ 6.1, 6,2 и 6,3, т.е. на открытых участках i, и tj- i; - режим Хранение, на участке наложени  t - Ц - режим Запись (фиг,2ж), Противофазность обеспечиваетс  за счет того, что сигнал с выхода детектора 4 наложени  сигналов прохо.дит через инвертор 16.Ключ 17J информационный вход которого подключен к выходу БВХ 6,4, управл етс  также сигналом с выхода детектора 4 нааожени  сигналов- и закрываетс  лишь на участке наложени  входных сигн;алов t, t, (фиг.2з) . Выходное напр жение ключа 17, соответствующее разности фаз между второй парой наложенных радиоимпульсов, подаетс  на вход индикатора 18,2 (фиг.Зз).

При этом на выходе фазового детектора 13 при максимумах на огибающих сигналов по вл етс  положительньш импульс (фиг.Зж), при максимуме и ми- HHMyi ie - отрицательньй.

Таким образом, зна  знак одного из углов (знак на выходе БВХ 6. t) и зна  временное совпадение максимумов и минимумов на огибающих {сигнал с выхода фазового детектора 1З), можно сделать заключение о знаке Ч (инвертор 5.1) , который и присваиваетс  сигнгшу с выхода вычислител  5.2 (управл емый инвертор 15.2),так как на выходе вычислител  5.2 знак всегда положительный вследствие того , что беретс  отношение модулей.

Поэтому на управл ющий вход управл емого инвертора 15.1 подаетс  напр жение с выхода ББХ 6.1, предварительно .ограниченное усилителем-ограничителем 14, Б зависимости от знака на управлЯЕощем входе управл емый инвертор 15.1 инвертирует или не инвертирует сигнал с выхода фазового детектора 13 с учетом знаков выходных нап- р лсений БВХ 6.1 и фазового детектора 13, инвертор 15,2 присваивает знак выходному напр жению вычислител  5.2, т.е. пропускает его без изменени , либо инвертирует.

Блок 6.4 выборки-хранени , рабо- тающ:ий в противофазе с БВХ 6,2 и 6.3, на участке наложени  запоминает значение разности между второй парой радиоимпульсных сигналов (в это Врем  ключ 17 закрыт).

В момент окончани  управл ющего импульса с выхода детектора 4 .наложени  сигналов в БВХ 6.2, 6.3 и 6.4 мен ют режимы работы. При этом может случитьс  так, что БВХ 6.2 и 6.3, переход  в режим Запись, начнут за- писывать выходное напр жение пико- вых детекторов 8.1 и 8.2, которое в это врем  продолжает фиксировать максимальные значени  огибающих, поэтому БВХ 6.4, переход  из режима За- пись в режим Хранение, может записать и хранить потом значение, кото- рое  вл етс  ложным и не соответствует измер емой разности фаз между второй парой наложенных радиоимпульсов.

Дл  того, чтобы этого не произошло , режимы Хранени  БВХ 6.2 и 6.3 заведомо удлинены во времени при помощи расширител  10 импульсов, а пиковые детекторы 8.1 и 8.2 сбрасыва- ютс  лишь по окончании обоих радиоимпульсов (фиг.3в,з,д).

По окончании участка наложени  ключ 17 открываетс , на вход индикатора 18.2 поступает напр жение, соот- ветствующее разности фаз между второй парой радиоимпульсньк сигналов.

Уравнение дл  огибающей суммы двух сигналов имеет вид

U(t) ,t 2U,U,co3(J,

,Дб - и11 , и„, - амплитуды первого и

второго колебаний соответственно; разностна  частота

колебаний;

ч-- фазовый угол, учитывающий сдвиг фаз между колебани ми.

Из уравнени  следует, что .частота огибающей равна разности частот,поэтому верхн   гранична  частота ограничиваетс  лишь максимальным разносом частот. Практически соотношение амплитуд, начальных фаз, фазовых сдвгов , сигналов принципиальных ограничений не имеет и ограничиваетс  только конкретной реализацией.

Широкий диапазон несущих частот наложенных радиоимпульсов сигналов позвол ет использовать предлагаемый радиоимпульсный фазометр в современных фазоимпульсных измерительных системах . Функциональные возможности устройства позвол ют использовать ег также дл  измерени  разности фаз не- наложенных радиоимпульсных сигналов

Claims (2)

1.Радиоимпульсный фазометр, содержащий последовательно соединенные входы,сумматор, входы которого соединены с первым входом устройства , фазовращатель, детектор наложени  сигналов и блок выборки-хранени  второй вход которого соединен с выходом вычислител , вычитатель, первый вход которого соединен с вторым входом .устройства и вторым входом сумматора, второй вход вычитател  соединен с первым входом устройства, а выход вычитател  соединен с первыми входами вычислител  детектора наложени , сигналов, выход которого соединен с управл ющим входом ключа, отличающийс  тем, что, с целью расширени  частотного диапазона , введены блок обнаружени  сигналов , два пиковых детектора, три блока выборки-хранени , два рычитате л , формирователь импульсов, расширитель импульсов, блок определени  знака, вычислитель, инвертор, два индикатора , причем выход формировател  импульсов подключен к сбросовым входам пиковых детекторов, а вход соединен с выходом блока обнаружени  сигналов , вход которого св зан с одним из входов устройства, первый вход блока определени  знака подключен к информационному входу пикового детектора , второй вход - к информационному входу другого пикового детектора , третий - св зан с выходом первого блока выборки-хранени  и входом первого индикатора, четвертый - соединен с выходом второго вычислител , входы которого св заны соответственно с выходами второго и третьего вы читателей, информационные входы пиковых детекторов подключены соответственно к выходам фазовращател  и первого вычитател , а выходы св заны с информационными входами соответственно второго и третьего блоков выбор- .ки-хранени , выход расширител  импульсов подсоединен к управл к цим входам второго и третьего блоков выборки-хранени , а вход св зан с выходом детектора наложени  сигналов и входом инвертора, первые входы второго и третьего вычитателей подключены соответственно к выходам второго и третьего блоков выборки-хранени , вторые входы - к выходам пиковых детекторов, кроме того, информационный вход четвертого блока выборки-хранени  св зан с выходом блока определени  знака, управл ющий - с выходом инвертора, а выход соединен с информационным входом ключа, выход которого подключен к входу второго индикатора.

2. Фазометр по п,1,отличающийс тем, что. блок определени  знака включает два амплитудных детектора, фазовый детектор, два управл емых инвертора , усилитель-ограничитель,причем входы амплитудных детекторов  н- л ютс  соответственно первым и вто

рым входами блока определени  знака, выхода св заны с входами фазового де тектора, вход усилител -ограничител  подсоединен к третьему входу блока, а выход - к управл ющему входу первого управл емого инвертора, информационный вход которого подключен к выходу фазового детектора, кроме того , четвертый вход и выход блока определени  знака  вл ютс  соответственно информационным входом и выходом второго управл емого инвертора, управл ющий вход которого св зан с выходом первого управл емого инвертора .

6)

&)

г)

э;

t

/

Составитель В.Шубин Редактор А.Авраменко Техред И.Попович

Заказ 2980/48 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул,Проектна , 4

Я

Физ.Ъ

Корректор М.Демчик