Устройство сдвига фазы на 90 @

 

Использование: радиоизмерительная техника, для сдвига фазы на 90°. Сущность изобретения: устройство содержит фазосдвигающий элемент (1), управляемый делитель 2 напряжения, сумматоры 3, 4, 5 фазовые детекторы 6,7, интеграторы 8, 9. управляемый усилитель 10. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 25

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ж .С (21) 4905067/21 (22) 24.01,91 (46) 07,03,93. Бюл, N 9 (71) Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи (72) Н.Г.Пархоменко и Б.М.Баташев (56) Авторское свидетельство СССР

N 1511705, кл. G 01 R 25/04, 1988.

„„5U 1800386 А1 (54) УСТРОЙСТВО СДВИГА ФАЗЫ НА 90 (57) Использование: радиоизмерительная техника, для сдвига фазы на 900, Сущность изобретения: устройство содержит фазосдвигающий элемент (1), управляемый делитель 2 напряжения, сумматоры 3, 4, 5 фазовые детекторы 6,7, интеграторы 8, 9, управляемый усилитель 10. 3 ил.

1800386

Изобретение относится к радиоизмерительной технике.

Целью изобретения было расширение функциональных возможностей за счет обеспечения постоянной амплитуды выходного сигнала, Цель достигается тем, что в устройство введены второй фазовый детектор, второй интегратор и управляемый усилитель, а также второй и третий сумматоры, первые входы которых соединены с входом устройства, вторые входы — с выходом устройства, а их выходы — с входами второго фазового детектора, выход которого через второй интегратор соединен с управляющим входом управляемого усилителя, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход — с выходом устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 и 3 — векторные диаграммы, поясняющие работу устройства, Устройство для сдвига фазы на 90 содержит фазосдвигающий элемент 1, управляемый по модулю и знаку коэффициента передачи делитель 2 напряжения, первый сумматор 3, второй сумматор 4, третий сумматор 5, первый фазовый детектор 6, второй фазовый детектор 7, первый интегратор 8, второй интегратор 9 и управляемый усилитель 10. Вход устройства соединен с входами фазосдвигающего элемента 1, управляемого делителя 2 напряжения, первыми входами второго и третьего сумматоров 4 и 5 и первого фазового детектора 6, Выходы фазосдвигающего элемента 1 и управляемого делителя 2 напряжения соединены с входами первого сумматора 3, выход которого соединен с входами первого фазового детектора 6 и управляемого усилителя

10, Выход последнего соединен с выходом устройства и вторыми входами второго и третьего сумматоров 4 и 5, выходы которых соединены с входами второго фазового детектора 7, выход которого через второй интегратор 9 соединен с управляющим входом управляемого усилителя 10.

Первый сумматор 3 и второй сумматор

4 по обоим своим входам имеют коэффициенты передачи, равным+1. Третий сумматор

5 по первому своему входу имеет коэффициент передачи, равный -1, а по своему второму входу — равный +1.

Устройство работает следующим образом.

Работа элементов по созданию фазового сдвига между входным и выходным сигналами точно на 90 иллюстрируется фиг,2.

На фиг,2 символами U, 0>, Ог и Оз обозначены сигналы соответственно на входе устройства, на выходе устройства, на выходе фазосдвигающего элемента 1, на выходе управляемого делителя 2 напряжения и на выходе первого сумматора 3.

Пусть на входе устройства действует сигнал вида

U><=Acos вот, 10

U> = Acos (а>о с+ 90 - Л(р) (2) В соответствии с логикой работы первого сумматора 3, первого фазового детектора

6 и первого интегратора 8, нэ выходе управляемого делителя 2 напряжения действует сигнал вида

Ог=sin(- Лр)0 =,-sin Ap Аcos ио т

30 (3) Тогда сигнал на выходе первого сумматора 3 сдвинут точно на 90 относительно входного сигнала Ua, Действительно, полагая, что (4) Оз = 01+ Ог и подставляя выражения (2) и (3) в (4), пол40 „„, Оз = А cos h

Анализ выражения (5) показывает, что

45 хотя сигнал на выходе первого сумматора 3 сдвинут относительно входного сигнала, описываемого выражением (1), точно на 90, амплитуда выходного сигнала связана с расстройкой Л р зависимостью cos A

Рассмотрим теперь работу введенных блоков 4, 5, 7, 9 10, образующих цепь эвтоподстройки амплитуды выходного сигнала

U>b >. При этом сигнал Оз с выхода первого сумматора 3 поступает на выход устройства где А — амплитуда сигнала на входе устройства; м о — круговая частота, и пусть фазосдвигающий элемент 1 имеет расстройку Ар (вследствие изменения частоты входного сигнала либо вследствие изменения номиналов фазосдвигающей цепи). В этом случае сигнал на выходе фазосдвигающего элемента 1 имеет вид

1800386 (6) 0вых = 03 °

04 = 0вх + 0вых

05 = Uex + 0вых

О = — (1 0,66) или

О= — +

2 3 (cos 60 ) 100% = 50%, не непосредственно, а через управляемый усилитель 10.

Пусть в начальный момент времени на выходе второго интегратора 9 присутствует нулевое напряжение, т.е. на управляющем 5 входе усилителя 10 присутствует нулевой уровень. В этом случае коэффициент усиления управляемого усилителя 10 равен 1 и, следовательно, на выходе устройства повторяется сигнал 0з с входа усилителя 10: 10

Подставляя выражение (5) в равенство (6), получаем 15

0вв х = А.cos Лp sin o)p

Данная ситуация показана на векторной диаграмме на фиг.3. При этом на выхо- 20 дах второго и третьего сумматоров 4 и 5 пОявляЮтСя Сигналы 04 и Ug, ОпрЕдЕляЕмыЕ. правилами и показанные в виде векторов на фиг,3, B силу неравенства амплитуд сигналов 30

0вх и 0з (см. фиг.2) вектОРы U4 и 0о неоРтогональны (см. фиг.3). Сигнал, равный синусу угла неортогональности векторов U4 и 05 (т.е. равный sin (90 — 0400В), выделяется вторым фазовым детектором 7 и после ин- 35 тегрирования во втором интеграторе 9 поступает на управляющий вход управляемого усилителя 10, замыкая тем самым обратную связь цепи автоматического регулирования амплитуды сигнала 0вых. Работа цепи фаза- 40 вый детектор 7 — интегратор 9 — управляемый усилитель 10 не отличается от работы цепи фазовый детектор 6 — интегратор 8— управляемый делитель 2 в прототипе, Поскольку векторы U4 и Us становятся 45 ортогональными лишь B случае равенства амплитуд сигналов U x и 0вых, то сигнал на управляющем входе усилителя 10 постоянно поддерживается таким, что сигнал 0з усиливается до уровня 0вх. При этом сигна- 50 лы на выходах второго и третьего сумматоров U 4 и U.ь становятся ортогональными (см. фиг.3), а автоматическое выполнение

РВВЕНСтВа 0вых = UBx ПОДДЕРжИВВЕтСЯ ВТО рым фазовым детектором 7 через второй 55 интегратор 9 и управляющий вход управляемого усилителя 10.

Таким образом, происходит автоматическое поддержание неизменной амплитуды выходного сигнала.

Неизменность выходного сигнала (и ее инвариантность к частоте входного сигнала) выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа. Во-первых, заявляемое устройство обеспечивает высокие рабочие характеристики при использовании в нем в качестве фазосдвигающего элемента 1 простых и дешевых устройств.

В качестве примера рассмотрим выполнение фазосдвигающего элемента 1 в виде л/2 линии задержки на время тз = г о где во = 2 тг1о — центральная частота рабочего диапазона устройства.

Линия задержки является простым устройством и часто на практике выйолняется в виде отрезка коаксиального кабеля.

Во-вторых, предположим что частота ввх выходного гармонического сигнала 0вх меняется в диапазоне ио (1 ч 2/3). В соответствии с известной формулой . 0 = вцх т 3 это приводит к изменению фазового сдвига, создаваемого фазосдвигающим элементом 1, в тех же пределах

Из последней формулы следует, что изменение частоты входного гармонического сигнала 0вх на 2/3 относительно центральной частоты приводит к появлению погрешности Лр фазосдвигающего элемента 1 (относительно 90 ) величиной

+. 60î

B соответствии с формулой (5) в этом случае изменение амплитуды выходного сигнала от номинального уровня составит что существенно ограничивает область применения устройства (e частности, делает невозможным его использование в системах квадратурной обработки сигналов с меняющейся частотой).

Таким образом, вторым преимуществом заявляемого устройства по сравнению с прототипом является возможность его работы в диапазоне частот.

В-третьих, заявляемое устройство способно работать в более широком диапазоне

1800386 фиг. Л

Ф. л

Составитель Н.Пархоменко

Техред М.Моргентал Корректор С,Лисина

Редактор

Заказ 1162 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 температур, давления и других дестабилизирующих факторов, вызывающих изменение Лф фазосдвигающего элемента 1, поскольку увеличение погрешности

Лр фазосдвигающего элемента 1 не приводит к изменению амплитуды выходного сигнала.

Формула изобретения

Устройство сдвига фазы на 90, содержащее фазосдвигающий элемент, фазовый детектор, интегратор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, один из входов которого соединен с входом фазосдвигающего элемента. являющегося входом устройства, делитель, управляемый по модулю и знаку коэффициента передачи, вход которого также подключен к входу устройства, а выход — к одному из входов сумматора, к второму входу сумматора подключен выход фазосдвигающего элемента, а выход сумматора подключен к второму входу фазового детектора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 5 что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения постоянной амплитуды выходного сигнала, в него введены второй фазовый детектор, второй интегратор, управляемый усилитель, а так10 же второй и третий сумматоры, первые входы которых подключены к входам устройства, вторые входы — к выходу устройства, а их выходы — к входам второго фазового детектора, выход которого через

15 второй интегратор соединен с управляющим входом управляемого усилителя, вход которого соединен с входом первого сумматора, а выход — с выходом устройства.