Устройство для измерения амплитуды и фазы радиосигнала

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в геофизических исследованиях, в геодезии в составе измерительных систем. Цель изобртения - повышение точности и быстродействия. Это достигается тем, что устройство для измерения амплитуды и фазы радиосигнала содержит измерительный блок, состоящий из последовательно соединенных генератора низкой частоты, коммутатора-формирователя, первого переключателя, соединенного с приемо-передающей антенной, а также задающего генератора, усилителя мощности, приемника и амплитудно-фазового измерителя. Устройство содержит ретранслятор, в состав которого входят последовательно соединеннные блок автоматической подстройки фазы, генератор низкой частоты, коммутатор-формирователь, первый переключатель, соединенный с приемопередающей антенной, а также задающий генератор, усилитель мощности, приемник и амплитудно-фазовый измеритель. Кроме того, измерительный блок содержит аттенюатор и второй переключатель. Ретранслятор также содержит аттенюатор и второй переключатель. Повышение быстродействия достигается за счет совмешения по времени режима излучения сигнала и режима измерения фазовых сдвигов в аппаратуре измерительного блока и ретранслятора. Точность измерения повышается за счет полного учета фазовых сдвигов, вносимых усилителями мощности измерительного блока и ретранслятора, величина которых измеряется только при излучении номинальной мощности. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в геофизических исследованиях в геодезии в составе измерительных систем. Цель изобретения повышение точности и быстродействия. На фиг. 1 приведена структурная схема измерительного блока; на фиг. 2 структурная схема ретранслятора. Устройство содержит измерительный блок 1 (см. фиг. 1), состоящий из генератора 2 низких частот, коммутатора формирователя 3, переключателя 4, приемо-передающей антенны 5, задающего генератора 6, усилителя 7 мощности, приемника 8, амплитудно-фазового измерителя 9, аттенюатора 10 и переключателя 11. Устройство содержит также ретранслятор 12 (см. фиг. 2), в состав которого входят блок 13 автоматической подстройки фазы, генератор 14 низкой частоты, коммутатор-формирователь 15, переключатель 16, приемо-передающая антенна 17, задающий генератор 18, усилитель 19 мощности, аттенюатор 20 и переключатель 21, приемник 22, амплитудно-фазовый измеритель 23. Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 6 вырабатывает непрерывный гармонический сигнал частотой f, который поступает на усилитель 7 мощности. Генератор 2 низкой частоты в течение цикла работы Т_и вырабатывает непрерывный сигнал Т_и вырабатывает непрерывный сигнал частотой F, который поступает на коммутатор-формирователь 3, формирующий сигналы управления. В усилителе 7 мощности осуществляются усиление сигнала до необходимой величины и формирование выходного радиоимпульсного сигнала под действием управляющего сигнала от коммутатора-формирователя 3. Радиоимпульсный сигнал от усилителя 7 мощности, пройдя через открытый переключатель 4, излучается в пространство приемо-передающей антенной 5 и одновременно через аттенюатор 10 поступает в приемный тракт измерительного блока 1. Аттенюатор обеспечивает ослабление сигнала до уровня, исключающего искажения в приемнике 8. В течение интервала времени Т_и, когда измерительный блок 1 излучает сигнал в пространство, в амплитудно-фазовом измерителе 9 осуществляется измерение фазового сдвига ϕ₁ между сигналом от задающего генератора 6 и сигналом с выхода приемника 8, равного внутреннему фазовому сдвигу в измерительном блока 1, величина которого запоминается в амплитудно-фазовом измерителе 9. Сигнал, излучаемый в пространство, пройдя через среду распространения, принимается приемо-передающей антенной 17 ретранслятора 12 и через переключатель 21 поступает на вход приемника 22. С выходов приемника 22 усиленный сигнал под воздействием управляющих сигналов от коммутатора-формирователя 15 поступает на первый вход амплитудно-фазового измерителя 23, на второй вход которого подается непрерывный гармонический сигнал частотой f от задающего генератора 18, либо на блок 13 автоматической подстройки фазы. Блок 13 автоматической подстройки фазы обеспечивает формирование управляющего сигнала под воздействием высокочастотной составляющей принимаемого сигнала для подстройки задающего генератора 18. В блоке 13 автоматической подстройки фазы под воздействием низкочастотной составляющей (огибающей) принимаемого сигнала также формируется сигнал синхронизации генератора 14 низкой частоты, обеспечивающий синхронизацию выходных сигналов коммутатора-формирователя 15 ретранслятора 12 под сигналы коммутатора-формирователя 3 измерительного блока 1. Коммутатор-формирователь 15 служит для формирования сигналов управления. Гармонический сигнал задающего генератора 18 частотой f, фаза которого подстроена сигналом управления от блока 13 автоматической подстройки фазы под фазу принимаемого ретранслятором 12 сигнала за время Т_и, поступает на вход усилителя 19 мощности. В последнем осуществляются усиление сигнала до необходимой величины и формирование выходного радиоимпульсного сигнала под воздействием управляющего сигнала от коммутатора-формирователя 15. Радиоимпульсный сигнал от усилителя 19 мощности, пройдя через открытый переключатель 16, излучается в пространство приемопередающей антенной 17 и одновременно через аттенюатор 20 и переключатель 21 поступает в приемник 22 ретранслятора 12. В течение интервала времени Т_р, когда ретранслятор 12 излучает сигнал в пространство (Т_р Т_и), в амплитудно-фазовом измерителе 23 измеряется фазовый сдвиг между сигналом от задающего генератора 18 и сигналом с выхода приемника 22. Фазовый сдвиг ϕ₂ равен внутреннему фазовому сдвигу в ретрансляторе 12. Величина измеренного фазового сдвига ϕ₂ засыпается в ячейку памяти блока 13 автоматической подстройки фазы и в последующем вычитается из общей фазы ϕ_вых принимаемого за время Т_и сигнала, навязываемого при ретрансляции задающему генератору 18. Сигнал, поступающий с выхода задающего генератора 18 на усилитель 19 мощности и излучаемый в пространство приемопередающей антенной 17 в течение времени Т_р, имеет фазовый сдвиг ϕ_р ϕ_вых ϕ₂, равный фазовому сдвигу ϕ_р сигнала, принимаемого ретранслятором 12 в течение времени Т_и, и не содержит собственных фазовых сдвигов, обусловленных аппаратурой ретранслятора 12. Пройдя вторично через среду распространения, сигнал ретранслятора 12 поступает в измерительный блок 1, принимается приемопередающей антенной 5, через переключатель 11, приемник 8 поступает на амплитудно-фазовый измеритель 9, где осуществляется измерение амплитуды и фазы ϕ_вх принятого сигнала. В амплитудно-фазовом измерителе 9 из полученной величины фазового сдвига входного сигнала ϕ_вх вычитается величина измеренного ранее фазового сдвига ϕ₁ (ϕ_и ϕ_вх ϕ₁). В фазовом сдвиге и полностью исключены собственные фазовые сдвиги в измерительном блоке 1 и ретрансляторе 12. Величина фазового сдвига и сигнала, прошедшего дважды через исследуемую среду, равна времени запаздывания радиоволны в точке пpиема по отношению к моменту их излучения. Величина ϕ_и используется в качестве интерпретационного параметра при геоэлектрических исследованиях методом радиоволнового просвечивания. Кроме того, величина ϕ_и может использоваться для определения расстояния r между измерительным блоком 1 и ретранслятором 12 при известной скорости распространения радиоволн по формуле r где с скорость распространения радиоволн; f частота источника сигнала. При этом погрешности измерения фазы, обусловленные фазовой нестабильностью от времени и воздействием дестабилизирующих факторов температуры, изменений питающих напряжений и так далее на узлы измерительного блока 1 и ретранслятора 12, автоматически исключаются из результатов фазовых измерений. Длительность цикла работы Т_и (Т_и Т_р) выбирается из условия обеспечения выполнения за время действия радиоимпульса в ретрансляторе 12 и в измерительном блоке 1 фазовой автоподстройки генератора 18 и измерения фазы в амплитудно-фазовых измерителях 9 и 23.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И ФАЗЫ РАДИОСИГНАЛА, содержащее измерительный блок и ретранслятор, при этом измерительный блок содержит последовательно соединенные генератор низкой частоты, коммутатор-формирователь, первый переключатель, соединенный с приемопередающей антенной, а также содержит задающий генератор, усилитель мощности, приемник и амплитудно-фазовый измеритель, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому выходу задающего генератора и выходу приемника, первый вход усилителя мощности соединен с вторым выходом задающего генератора, а второй вход соединен с вторым выходом коммутатора-формирователя, выход усилителя мощности соединен с вторым входом первого переключателя, ретранслятор содержит последовательно соединенные блок автоматической подстройки фазы, генератор низкой частоты, коммутатор-формирователь, первый переключатель, соединенный с приемопередающей антенной, а также содержит задающий генератор, усилитель мощности, приемник и амплитудно-фазовый измеритель, первый и второй входы которого подключены к первым выходам задающего генератора и приемника, первый и второй входы блока автоматической подстройки фазы соединены с выходом амплитудно-фазового измерителя и вторым выходом приемника, второй выход блока автоматической подстройки фазы соединен с задающим генератором, второй выход которого соединен с первым входом усилителя мощности, второй вход которого соединен с вторым выходом коммутатора-формирователя, выход усилителя мощности соединен с вторым входом первого переключателя, третий выход коммутатора-формирователя соединен с первым входом приемника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, измерительный блок содержит аттенюатор и второй переключатель, входы которых соединены с приемопередающей антенной, выход аттенюатора и третий выход коммутатора-формирователя соединены соответственно с вторым и третьим входами второго переключателя, выход которого соединен с приемником, четвертый выход коммутатора-формирователя соединен с входом управления амплитудно-фазового измерителя, ретранслятор содержит аттенюатор и второй переключатель, входы которых соединены с приемопередающей антенной, выход аттенюатора и четвертый выход коммутатора-формирователя соединены соответственно с вторым и третьим входами второго переключателя, выход которого соединен с приемником, пятый выход коммутатора-формирователя соединен с входом управления амплитудно-фазового измерителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2