Фазометр

 

Использование: в измерительных комплексах, предназначенных для измерения поля антенн, а также в устройствах навигации, радиолокации и радиоуправления. Технический результат заключается в повышении точности измерений путем значительного уменьшения влияния фазовращателей на амплитуду опорного сигнала, а также расширение функциональных возможностей и области применения измерителя. Фазометр содержит на первом входе фазовращатель 0-90°, на который подается опорный сигнал, подсоединенный к его выходу фазовращатель 0-180°, последовательно соединенные блок суммы, детектор, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, блок управления, выходами подсоединенный к управляющим входам фазовращателя 0-90° и фазовращателя 0-180°, а также введенные вновь аттенюатор, вход которого является вторым входом фазометра, на который подается измеряемый сигнал, управляющий вход которого подсоединен к выходу блока управления, а выход подключен к первому входу блока суммы, и усилитель-ограничитель, включенный между выходом фазовращателя 0-180° и вторым входом блока суммы, при этом первый выход вычислителя подключен к входу блока управления, а второй выход является выходом фазометра. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано и измерительных комплексах, предназначенных для измерения поля антенн и ФАР. а также в устройствах навигации, радиолокации и радиоуправления.

Известен фазометр, содержащий на каждом из двух входов аттенюатор, соединенный через амплитудный детектор с входом дифференциального усилителя. Выход усилителя соединен с управляющим входом первого аттенюатора и через инвертор с управляющим входом второго аттенюатора. Выход каждого аттенюатора подсоединен также к входам двух формирователей суммы, разности, выходы которых через детекторы подключены к первому и второму входам вычислителя, третий вход которого подключен к выходу блока управления, а четвертый и пятый подключены к входам усилителя (авт. свид. СССР №890266, G 01 R 25/00 ).

Однако известное устройство обладает недостаточными функциональными возможностями, в частности оно не позволяет производить измерение амплитуды сигнала.

Наиболее близким из известных к предлагаемому является фазометр, содержащий на одном входе фазовращатель 0-90°, на другом - фазовращатель 0-180°, другими входами подсоединенные к управляющему выходу блока управления, а выходами подключенные к входам блока суммы, подсоединенного через детектор огибающей к коммутатору, другой вход которого подсоединен к управляющему выходу блока управления, а выходами подключенному к входам четырех блоков запоминания напряжений, подсоединенных к входам функционального преобразователя, выход которого является выходом фазометра (заявка №93018597, G 01 R 25/04).

Однако этот фазометр имеет недостаточную точность измерения, обусловленную изменением амплитуды при переключении фазовращателей, а также ограниченные функциональные возможности, т.к не позволяет измерять амплитудные значения сигнала.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей фазометра.

Поставленная цель достигается тем, что в фазометр, содержащий на первом входе фазовращатель 0-90°, на который подается опорный сигнал, подсоединенный к его выходу фазовращатель 0-180°, последовательно соединенные блок суммы, детектор, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, блок управления, выходами подсоединенный к управляющим входам фазовращателя 0-90° и фазовращателя 0-180°, введены аттенюатор, вход которого является вторым входом фазометра, на который подается измеряемый сигнал, управляющий вход которого подсоединен к выходу блока управления, а выход подключен к первому входу блока суммы, и усилитель-ограничитель, включенный между выходом фазовращателя 0-180° и вторым входом блока суммы, вычислитель первым выходом подсоединен к входу блока управления, а второй выход является выходом фазометра.

В предлагаемом устройстве использованы традиционные для таких схем элементы: дискретные фазовращатели, блок суммы, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель, аттенюатор. Однако за счет введения аттенюатора и усилителя-ограничителя и в целом схемного решения, реализующего необходимый алгоритм, предполагающий запирание аттенюатором входа фазометра, измерение при закрытом втором входе опорного сигнала и учет его разницы в измерениях позволяют достичь:

- повышения точности измерения путем уменьшения влияния фазовращателей на амплитуду опорного сигнала;

- измерения также и амплитудных характеристик устройств.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема предлагаемого фазометра.

Фазометр содержит последовательно соединенные входной фазовращатель 1 0-90°, фазовращатель 2 0-180° и усилитель-ограничитель 3, выходом подсоединенный к одному из входов блока суммы 4, к другому входу которого подключен аттенюатор 5, вход которого является вторым входом фазометра. Выход блока суммы 4 подключен через последовательно соединенные квадратичный детектор 6 и аналого-цифровой преобразователь 7 к входу вычислителя 8, выходами подключенного к блоку управления 9, выходы которого подсоединены к управляющим входам фазовращателей 1, 2 и аттенюатора 5, при этом другой выход вычислителя 8 является выходом фазометра.

Фазометр работает следующим образом.

Опорный сигнал от внешнего генератора подается на первый вход фазометра. Измеряемый сигнал подается на второй вход фазометра. На вход блока суммы 4 опорный сигнал поступает через усилитель-ограничитель 3, который почти полностью исключает изменение его амплитуды при переключении фазовращателей 1.2. Однако, ввиду неидеальности работы усилителя-ограничителя 3, остается некоторое изменение амплитуды, снижающее точность измерений, поэтому режиму измерений предшествует режим калибровки. Для чего вычислитель 8 выдает сигнал на блок управления 9, который запирает второй вход фазометра аттенюатором 5. Затем, также по сигналам с вычислителя 8, блок управления 9 переключает фазовращатели 1, 2, а вычислитель 8 запоминает четыре значения сигнала. Такое измерение амплитуды сигнала при закрытом втором входе фазометра является основным в повышении точности. Эти четыре значения используются для индикации уровня входной мощности опорного сигнала, а также для учета их разницы в последующих измерениях путем пересчета значений по формулам

где i = 2...4. причем i=1 соответствует состоянию, когда фазовращатели 1 и 2 выключены, т.е находятся в состоянии нулевого фазового сдвига.

Далее в режиме измерений вместо измеренных значений U₁...U₄ необходимо использовать соответствующие данным состояниям фазовращателей 1 и 2 значения Y₁...Y₄. при этом Y₁=U₁.

Измерение производится следующим образом.

Опорный и измеряемый сигналы поступают соответственно на первый и второй входы фазометра. Цикл измерения состоит из четырех тактов.

В первом такте блок управления 9 открывает аттенюатор 5, пропуская сигнал на вход блока суммы 4, а фазовращатели 1, 2 устанавливает в состояние нулевого фазового сдвига. Измеренное значение сигнала фиксируется в АЦП 7 и запоминается вычислителем 8.

Во втором такте фазовращатель 2 блоком управления 9 устанавливается и состояние 180-градусного сдвига, полученное значение сигнала Y₂ фиксируется к АЦП 7 и в вычислителе 8 определяется разность Z₁=Y₁-Y₂.

В третьем такте фазовращатель 2 блоком управления 9 возвращается в состояние нулевого фазового сдвига, а фазовращатель 1 устанавливается в состояние 90-градусного сдвига. АЦП 7 фиксирует значение сигнала Y₃.

В четвертом такте фазовращатель 2 переключается в состояние 180-градусного фазового сдвига и фиксируется значение сигнала Y₄, а также вычислителем 8 вычисляется разность Z₂=Y₃-Y₄. Вычисление разностей Z₁, Z₂ - также существенная особенность данной схемы, направленная на автоматизацию и повышение точности измерений.

Так как измеренные значения сигнала на выходе квадратичного детектора 6 можно описать выражениями:

Y₁=K·(Е²₀+Е²_u+2Е_оЕ_u·cosϕ_x),

Y₂=К·(Е²₀+E²_u+2E_oE_u·cosϕ_x),

где К- коэффициент преобразования детектора, Е_о - амплитуда опорного сигнала на входе детектора, E_u - амплитуда сигнала с измеряемого устройства на входе детектора, ϕ_x - измеряемый фазовый сдвиг, причем К и Е_o после калибровки – величины постоянные.

Отсюда разность измеряемых значений равны

Z₁=4KE_oE_u cosϕ_x,

аналогично

Z₂=4KE_oE_usinϕ_x.

По полученным значениям вычислитель 8 находит амплитуду и фазовый сдвиг:

Определив по формулам амплифазные компоненты сигнала, вычислитель выводит их на индикатор либо во внешний канал связи для использования в процедурах автоматизированных измерений.

Таким образом, предложенный фазометр обеспечивает измерение амплифазных характеристик устройств, при этом повышена точность измерений путем значительного уменьшения влияния фазовращателей на амплитуду опорного сигнала. Использование предлагаемого решения позволяет существенно расширить функциональные возможности и область применения измерителя.

Формула изобретения

Фазометр, содержащий на первом входе фазовращатель 0-90°, на который подается опорный сигнал, подсоединенный к его выходу фазовращатель 0-180°, последовательно соединенные блок суммы, детектор, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, блок управления, выходами подсоединенный к управляющим входам фазовращателя 0-90° и фазовращателя 0-180°, отличающийся тем, что в него введены аттенюатор, вход которого является вторым входом фазометра, на который подается измеряемый сигнал, управляющий вход которого подсоединен к выходу блока управления, а выход подключен к первому входу блока суммы, и усилитель-ограничитель, включенный между выходом фазовращателя 0-180° и вторым входом блока суммы, при этом первый выход вычислителя подключен к входу блока управления, а второй выход является выходом фазометра.

РИСУНКИ

Рисунок 1