Спосіб вимірювання фазового зсуву

Спосіб вимірювання фазового зсуву, у ВІДПОВІДНОСТІ з яким генерують першу і другу напруги неоднакових і некратних частот, їх розгалужують ВІДПОВІДНО на третю і четверту, п'яту і шосту напруги, перший і другий порівнювальні сигнали, частоту яких вибирають в одному з високочастотних діапазонів, модулюють ВІДПОВІДНО третьою і шостою напругами, формують складений сигнал, здійснюють перетворення частот і виділяють вимірювальну напругу, формують опорну напругу і Винахід відноситься до фазової радіотехніки і може бути використаний для вимірювання фазових зсувів між сигналами та фазових характеристик багатополюсників у високочастотних (ВЧ) діапазонах ВІДОМІ способи вимірювання фазового зсуву Вони описані, наприклад, в такій науково-технічній (НТ) літературі 1 Бондаренко И К , Дейнега Г А , Маграчев З В Автоматизация измерений параметров СВЧ трактов - М Сов радио, 1969 -304с 2 Ларкин Ю Ф Двукратное серродинирование в измерителях коэффициента передачи и отражения на СВЧ - Известия ВУЗов СССР Радиотехника, 1965, №6, с 715-718 3 Огороднийчук Л Д СВЧ фазометр с двумя фазовыми модуляторами - Известия ВУЗов СССР Радиотехника, 1968, №4, с 370 - 373 Загальною особливістю відомих способів є використання односмугової модуляції (ОМ), одержання складеного ВЧ сигналу, формування вимірювальної та опорної напруг і вимірювання фазового зсуву Найближчим до запропонованого є спосіб, що описаний в [3] У ВІДПОВІДНОСТІ З НИМ генерують першу і другу напруги неоднакових і некратних частот, їх розгалужують ВІДПОВІДНО на третю і чет вимірюють фазовий зсув, який відрізняється тим, що з складеного сигналу формують другий складений сигнал і перетворюють частоти його компонент, додатково виділяють (п — 1) > 1 вимірювальних напруг, четверту і п'яту напруги комутують синхронно таким чином, що в один інтервал часу комутації одержують ВІДПОВІДНО сьому і восьму напруги і з них формують опорну напругу, а в другий інтервал часу комутації забезпечують відсутність сьомої і восьмої напруг, а фазовий зсув вимірюють по опорній і вимірювальних напругах, частоти яких дорівнюють комбінаційним частотам першої і другої напруг, причому перший і другий сигнали модулюють переважно за допомогою амплітудної або/і балансної модуляції верту, п'яту і шосту напруги Перший і другий сигнали, частоти яких вибирають в одному з ВЧ діапазонів і між якими вимірюють фазовий зсув, модулюють ВІДПОВІДНО третьою і шостою напругами, формують складений сигнал, здійснюють перетворення частот, виділяють вимірювальну напругу, формують опорну напругу і вимірюють фазовий зсув Цей спосіб прийнято за прототип Недоліком способу-прототипу є наявність великої похибки вимірювань, зумовленої недостатньою розв'язкою між колами сигналів і моделюючих напруг, а також низькою роздільною здатністю індикації фазового зсуву Метою винаходу є підвищення точності вимірювань В основу винаходу поставлена складна задача такого удосконалення способу, в якому, шляхом введення нових операцій і відповідної ПОСЛІДОВНОСТІ операцій, забезпечується значне підвищення точності За допомогою прототипу такі результати одержати неможливо, оскільки він не має тих нових суттєвих ознак, які входять в сукупність суттєвих ознак винаходу В запропонованому способі вимірювання фазового зсуву, у ВІДПОВІДНОСТІ з яким генерують першу і другу напруги неоднакових і некратних час (О 00 48641 тот, їх розгалужують ВІДПОВІДНО на третю і четверту, п'яту і шосту напруги Перший і другий порівнювальні сигнали, частоти яких вибирають в одному з ВЧ діапазонів і між якими вимірюють фазовий зсув, модулюють ВІДПОВІДНО третьою і шостою напругами, формують складений сигнал, здійснюють перетворення частот, виділяють вимірювальну напругу, формують опорну напругу і вимірюють фазовий зсув, поставленої мети досягають тим, що з складеного сигналу формують другий складений сигнал і перетворюють частоти його компонент, додатково виділяють (п - 1) > 1 вимірювальних напруг, четверту і п'яту напруги комутують синхронно таким чином, що в один інтервал часу комутації одержують ВІДПОВІДНО сьому і восьму напруги і з них формують опорну наругу, а в другий інтервал часу комутації забезпечують відсутність сьомої і восьмої напруг, а фазовий зсув вимірюють по опорній і вимірювальних напругах, частоти яких дорівнюють комбінаційним частотам першої і другої напруг, причому, порівнювальні сигнали модулюють переважно по амплітуді Суть способу полягає в наступному Приймають два сигнали, фазовий зсув е між якими потрір бно вимірювати Сигнали мають одну частоту f, яку вибирають в одному з ВЧ діапазонів Сигнали модулюють напругами неоднакових і некратних частот Fi і F2 ВІДПОВІДНО ЦІ частоти фіксовані або можуть змінюватися, їх значення вибирають значно меншими частоти сигналів f » Fi,f » F2, (1) Після незалежної модуляції одержують модульовані сигнали у загальному випадку з двосмуговим спектром Спектр може бути симетричним відносно несучої частоти чи несиметричним Його можна забезпечити за допомогою амплітудної модуляції (AM), балансної модуляції (БМ), або, наприклад, односмугової модуляції (ОМ) Модульовані сигнали підсумовують і одержують складений сигнал 3 нього формують другий складений сигнал, наприклад, за допомогою фільтрів, підсилювачів, тощо Його структура відповідає значенню загальної складової похибки вимірювань Частоти другого складеного сигналу перетворюють і одержують п > 2 вимірювальних напруг проміжних частот (ПЧ), які і несуть інформацію про фазовий зсув ± кер, де ціле число к > 1 Значення ПЧ в загальному випадку визначається формулою F n 4 = l ± q F i ± 4 F 2 l , (2) де q і ч - ЦІЛІ числа В окремому випадку F n 4 i 2 = І ± Fi ± F2I (3) Для модуляції сигналів генерують першу і другу напруги неоднакових і некратних частот Fi і F2 їх розгалужують ВІДПОВІДНО на третю і четверту, п'яту і шосту напруги За допомогою третьої і шостої напруг здійснюють модуляцію ВІДПОВІДНО першого і другого сигналів Четверту і п'яту напруги синхронно комутують Завдяки цьому одержують ВІДПОВІДНО сьому і восьму напруги, які являються перервними Назвемо відрізки часу періодів комутації ВІДПОВІДНО першими і другими З сьомої і восьмої напруг формують опорну напругу В перші відрізки часу вона є, а в другі - відсутня Вимірювання фазового зсуву здійснюють по вимірювальних напругах в другі відрізки часу Наприклад, при k = 1 одержують фазовий зсув 2ср, при k = 2 одержують 4ср, тощо Коефіцієнти перед е означають, що роздільна здатність при вимірюр ванні збільшується у відповідне число разів Це дає змогу підвищити точність вимірювань, але при цьому виникає невизначеність вимірювань Для того, щоб уникнути цього недоліку, формують шкалу 0 360° за допомогою опорної напруги і однієї з вимірювальних напруг, наприклад, яка характеризується коефіцієнтом k = 1 Така шкала допомагає "грубо" виміряти фазовий зсув і розкрити невизначеність вимірювань А точні вимірювання здійснюють по вимірювальних напругах Особливістю цього способу вимірювання фазового зсуву є те, що точні вимірювання здійснюють в других інтервалах часу комутації, коли відсутні сьома, восьма, а отже і опорна напруги А це означає, що кола між сигналами і четвертою та п'ятою напругами розірвані Це дає змогу уникнути паразитних пролазів і анулювати ВІДПОВІДНІ похибки вимірювань, які є великими в прототипі В перші інтервали часу комутації має місце опорна напруга Забезпечується однозначність вимірювань При цьому забезпечується лише розкриття невизначеності в межах 0 3600, на що згадана похибка не впливає Оскільки розкриття невизначеності - також вимірювання, то це означає, що його здійснюють по опорній і вимірювальних напругах Розглянемо способи модуляції при вимірюваннях Для першого прикладу будемо вважати, що (як виняток) п = 1, k = 1 і є опорна напруга Вимірювання здійснюють між опорною і першою вимірювальною напругами В цьому прикладі для формування першої вимірювальної напруги можна використати AM, БМ, ОМ Цими видами модуляції можна забезпечити формування однакової структури другого складеного сигналу, а, отже, і однаковий результат при вимірюванні фазового зсуву Тому всі методи з цими різними видами модуляції слід вважати еквівалентними Розглянемо другий приклад п = 2, k = ± 1 Для вимірювання потрібно формувати опорну напругу і дві вимірювальні напруги Один із варіантів формування двох вимірювальних напруг є формування двосмугового другого складеного сигналу Для цього слід використати двосмугову модуляцію AM, або/і БМ, а також ОМ з відносно малим ослабленням бічних паразитних компонент Можна також використати комбінацію цих методів формування вимірювальних напруг Всі методи формування другого складеного сигналу, які забезпечують однакові результати вимірювання фазового зсуву, є рівноточними Але вони відрізняються від методів, які характеризують спосіб, описаний в першому прикладі Таким чином, для кожної реалізації способу є варіанти формування другого складеного сигналу, які можна вважати еквівалентними З вищезгаданих пояснень способу витікає, що вимірювання незалежні від зв'язків між сигналами і моделюючими напругами Розглянемо три можливих варіанти здійснення способу при інших співвідношеннях між частотами Перший варіант Він характеризується тим, що f « F 1 l F 2 = OlFn4=lf-F1l(4) 48641 Для здійснення умов (4), необхідно міжканатот і на виході одержують опорну напругу ПЧ (7) лове коло фазометра будувати по схемі, в якій Комутатори - ДВОПОЗИЦІЙНІ, працюють в синхроз'єднані перший комутатор, розгалужувач, другий нному режимі При включених комутаторах має комутатор До входу розгалужувача підключений місце опорна напруга, при виключених - и немає генератор частоти F-i, до управляючих входів коДля забезпечення вимірювання фазового зсумутаторів підімкнуті виходи синхронізатора, вихову в індикаторі потрібно ди комутаторів підключені до управляючих входів - затримати опорну напругу на інтервал часу модуляторів (змішувачів) комутації, Робота схеми полягає в наступному За допо- привести шляхом перетворення три проміжні могою комутаторів комутують по черзі напругу частоти (6), (7) до одного значення і ВІДПОВІДНО ДО генератора Завдяки цьому модуляцію (перетводвох вимірювальних напруг рення частоти) сигналів здійснюють по черзі перТретій варіант Він відрізняється тим, що в шого, другого, першого, другого і т д При індикації міжхканаловому колі ввімкнуті чотири комутатори фазового зсуву по вимірювальних напругах ПЧ В схему послідовно ввімкнуті таки вузли перший (4в) потрібно одну з вимірювальних напруг затрикомутатор, перший розгалужувач, другий комутамати на інтервал часу, який дорівнює інтервалові тор, третій змішувач, третій комутатор, другий розкомутації другого сигналу (положенню комутатора галужувач і четвертий комутатор "виключено") До входів розгалужувачів підімкнул генератори ВІДПОВІДНО частот Fi і F2, а виходи першого і Другий варіант Він характеризується тим, що четвертого комутаторів підімкнул до управляючих f « F 1 l f « F 2 l (5) входів модуляторів (змішувачів) ВІДПОВІДНИХ канаFn4i = l f - F 1 l l F n 4 2 = l f - F 2 I C 6 ) лів Перший і четвертий комутатори і ВІДПОВІДНО Fn4o=IF 1 -F 2 l(7) другий і третій комутатори в парах працюють синДля здійснення умов (5), (6), (7) необхідно міжхронно, а між парами - протифазно В індикаторі каналове коло фазометра будувати по схемі, в також потрібно використовувати затримку і напруякій з'єднані перший розгалужувач, перший комуги приводити до однієї частоти татор, третій змішувач, другий комутатор і другий розгалужувач До входів розгалужувач і в підключеВ розглянутих варіантах загальною особливісні ВІДПОВІДНО перший генератор частоти Fi і другий тю є комутація напруг в міжканаловому колі таким генератор частоти F2 До управляючих входів кочином, щоб напруги ПЧ формувалися в різні відрімутаторів підімкнул ВІДПОВІДНІ виходи синхронізазки часу, і введення затримки однієї з напруг ПЧ тора Перший вихід першого розгалужувача підідля суміщення в часі її з іншою напругою ПЧ мкнутий до управляючого входу першого Завдяки комутації забезпечується розрив міжмодулятора (змішувача), а другий вихід другого каналового кола в цей проміжок часу і теоретично розгалужувача — до управляючого входу другого зникає похибка вимірювання фазового зсуву, зумодулятора (змішувача) мовлена розв'язкою по міжканаловому колу Таким чином, в варіантах, які забезпечують Робота схеми полягає в наступному Перший і виконання умов (4) (7), підвищення точності видругий сигнали поступають на сигнальні входи мірювання фазового зсуву забезпечують комутаціВІДПОВІДНИХ модуляторів В них за допомогою моєю моделюючих напруг і з одночасною затримкою дулюючих напруг першого і другого генераторів напруги (напруг) ПЧ здійснюють модуляцію (перетворення частот) сигналів На виходах модуляторів одержують першу і Використання запропонованого способу задругу вимірювальні напруги ВІДПОВІДНО проміжних безпечує значне підвищення точності вимірювань частот (6а), (66) Окрім цього модулюючі напруги в діапазонах ВЧ надходять через комутатори на входи третього Це забезпечує великий науково-технічний та змішувача В ньому здійснюють перетворення часекономічний ефекти ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71