Способ определения сдвига фаз

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения сдвига фаз между узкополосными сигналами. Целью изобретения является повышение точности при измерении сигналов с неизвестной структурой и несущей частотой. Устройство, реализующее способ, содержит четыре фазовых детектора 1, 2, 3, 4, генератор опорного сигнала 5 и фазовращатель 6 на 90°, четыре фильтра низкой частоты (ФНЧ) 7, 8, 9 и 10, четыре перемножителя 11, 12, 13 и 14, четыре интегратора 15, 16, 17 и 18, блок 19 вычитателя, сумматор 20, блок деления 21 и блок вычисления арктангенса 22. Особенностью изобретения является выделение на выходе ФНЧ 7, 8, 9, 10 низкочастотных сигналов. Определение искомой фазы производится по математической формуле, приведенной в описании изобретения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСГВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4705103/21 (22) 14,06.89 (46) 15;07.91. Бюл. N 26 (72) В.Н, Варегин (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1348747, кл. G 01 R 25/00, 1986. (54) СПОСОБ О П Р Е Д Е Л Е Н И Я СДВИГА

ФАЗ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения сдвига фаз между узкополосными сигналами. .

Целью изобретения является повышение точности при измерении сигналов с неизве„„5U „„1663572 А1 стной структурой и несущей частотой. Устройство, реализующее способ, содержит четыре фазовых детектора 1, 2, 3, 4, генераТор опорного сигнала 5 и фазовращатель 6 на

90, четыре фильтра низкой частоты (ФНЧ)

7, 8, 9 и 10, четыре перемножителя 11, 12, 13 и 14, четыре интегратора 15, 16, 17 и 18, блок

1.9 вычитателя, сумматор 20, блок деления

21 и блок вычисления арктангенса 22. Особенностью изобретения является выделение на выходе ФНЧ 7, 8, 9. 10 низкочастотных сигналов. On ределение искомой фазы производится по математической формуле, приведенной в описании изобретения. 1 ил.

1663572

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения сдвига фаз между узкополосны- ми сигналами с априорно неопределенной структурой и неизвестной несущей частотой.

Целью изобретения является повышение точности при измерении сигналов с неизвестной структурой и несущей частотой.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства измерения сдвига фаз между узкополосными сигналами, реализующего способ измерения сдвига фаз.

Устройство определения сдвига фаз содержит первый-четвертый фазовые детекторы (ФД) 1 — 4, генератор 5 опорного сигнала, фазовращатель 6 на 90О, первый — четвертый фильтры 7 — 10 низкой частоты (ФНЧ), первый-четвертый пере, множители 11 — 14, первый-четвертый. интеграторы 15 — 18, блок 19 вычитания, сумматор 20, блок 21 деления, блок 22 вычисления арктангенса.

Входы устройства соответственно соединены с попарно объединенными первыми (сигнальными) входами первого 1 и второго

2, а также третьего 3 и четвертого 4 фазовых детекторов, вторые входы которых подключены к генератору 5 опорного сигнала непосредственно (ФД 1 и ФД4) и через фазовращатель 6 (ФД 2 и ФД 3).

Выход ФД 1 через последовательно соединенные ФНЧ 7, перемножитель 11 и интегратор 15 подключен к первому входу блока 19. Выход ФД2 через последовательно соединенные ФНЧ 8, перемножитель 12 и интегратор 16 подключен к второму входу блока 19, выход которого подключен к первому входу блока 21 деления, выход ФД 3 через последовательно соединенные ФНЧ

9, перемножитель 13 и интегратор 17 подключен к первому входу сумматора 20, выход ФД 4 через последовательно соединенные ФНЧ 10, перемножитель 14 и интегратор 18 соединен с вторым входом сумматора 20, выход которого подключен к второму входу блока 21 деления, выход которого подключен к блоку 22 вычисления арктангенса, Выход ФНЧ 7 дополнительно подключен к второму входу перемно>кителя 14, выход ФНЧ 8 дополнительно подключен к второму входу перемножителя 13, выход

ФНЧ 9дополнительно подключен к второму входу перемножителя 11, а выход(ФНЧ 10 дополнительно подключен к второму входу перемножителя 12.

Устройство измерения сдвига фаз работает следующим образом, 55

U— () () ( — tg Лр

2К1 Kz0 t ° Я з п Лр

2 К1 К2 UB (t) LI> cos 4 )кp

После вычисления функции арктангенса в блоке 22 имеем искомый результат, т.е, измеренный фазовый сдвиг Ьр.

Входные сигнылы хф) = U(:(t)sin(t+ Ф4

x2(t) = U(;(t)sin (r )ñ t + p (t) + Ap) где 0 (t) — огибающая измеряемого узколос5 ного сигнала; в - несущая частота сигнала; .

p((t) — текущий фазовый угол; Л р — измеряемый фазовый сдвиг, поступают на фазовые детекторы ФД1-ФД4, где перемножаются ) с опорн ым сигналом. генератора 5

0 гон1 = Uosin а„ t непосредственно (на

ФД1 и ФД4) и с опорным сигналом, сдвинутым на 90", U(ping = 0 >соз во t (на ФД2 и

ФДЗ), где и, — частота опорного сигнала, в общем случае не совпадающая с несущей частотой измеряемого сигнала, В результате на выходах ФНЧ 7 — ФНЧ 10 выделяются низкочастотные составляющие, которые в соответствии с правилами перемножения тригонометрических функций и явления подавЛения высокочастотных составляющих результатов перемножения в ФНЧ имеют следующий вид:

At(t) K)U (t)uocos((и, Np ) + p (t)g;

Вф) = K)ug(t)ut>sin P(в, — с(), )t + p (тЯ:

AZ(t) = K2U0(t)U4>COSP(С0с 0)о )т + P (l) + AP)s

В2(т) = К20®uosing((с) гоо )t+ p (t) + Лp) .

30-где К1 и К2 — коэффициенты передачи соответствующих каналов до выходов ФНЧ

7 — 10.

После попарного перемножения этих сигналов в перемножителях 11 — 14 и интегрирования результатов этого перемножения в интеграторах 15-18 на .выходах последних по аналогии с полученным выше результатом сигналы имеют следующий

40 Ю4

At(t) B2(t) =К1К2Ос(1) Uoslc Л(Р

A1(t) A2(t) = K1K2Uc(t) Uo cos Bt)t;

As(t) Bt(t) = -KtKsUo(t) Uoslc Лр;

40 01(0 02(0 = KtKz Uo(t)Uо cas A(c;. где UB(t) — энергия сигнала за время измере2 ния, После соответствующего вычитания и суммирования полученных результатов в

50,.блоке 19 и сумматоре 20, а также деления в блоке 21 на входе блока вычисления арктангенса сигнал имеет след ющий вид:

1663572

Составитель В. Ежов

Редактор О. Спесивых Техред М.Моргентал

Корректор Л. Бескид

Заказ 2264 Тираж 413 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Другим вариантом реализации предлагаемого способа является использование средств вычислительной техники. Для этого в описанном устройстве на выходах ФНЧ

7-10 с помощью АЦП формируют совокупность выборок сигналов в цифровом коде. которая поступает в ЭВМ и далее по соответствующей программе вычисляется значение фазового сдвига; В этом случае формула для вычисления фазового сдвига преобразуется следующим образом;

Я All B21 ) А2i В1|

l=1 1=1

Ap = BIGS

А1I Àã I + Bt I 82 I

1 =1 l =1

В где А1ь 81ь A2i„82l — выборки из Аф), B1(t), A2(t), 82(t), соответственно взятые в I-,й момент времени; N — количество выборок, взятое с выходов каждого ФНЧ за время измерения.

ИЗ приведенного описания. видно, что результат измерения фазового сдвига не зависит ни от структуры сигнала; т.е, от вида функции Uc(t) и р (т), ни от того, совпадает несущая частота измеряемых. сигналов с частотой опорного генератора 5 или нет.

Эти фун кции, оп редел яющие тон кую структуру сигнала, в процессе обработки исключаются и не участвуют в формировании конечного результата по измерению относительного фазового сдвига.

5 Формула изобретения

Способ определения сдвига фаз, заключающийся в том, что перемножают каждый иэ исследуемых сигналов с опорным сигналом и с опорным сигналом, сдвинутым на

10 90О, с получением соответственно сигналов а1(t), bq(t) и а2(т), b2(t), второй раз перемножают и интегрируют перемноженные сигналы, вычисляют искомый параметр по результатам интегрирования, отличающийся

15 тем, что, с целью повышения точности при измерении сигналов с неизвестной структурой и несущей частотой, дополнительно выделяют из полученных в результате первого перемножения сигналов их низкочастотные

20 составляющие соответственно А1(t), В1() и

A2(t), 82(t), при повторном перемножении соответственно перемножают сигналы At(t)»

< B2(t); A1(t) A2(t); A2(t) Â1(t); 81(t).82(t), а фазовый сдвиг р между исследуемыми сигнала25 ми определяют по фоомуле

rp = arctg

А lt) Фа { + В Вр(!1, где Al (t) 82(t), A1(t).A2(t), A2(t) ° 81(t), „% т-%та — . ---. - --- значения сигналов.