Цифровой измеритель разности фаз двух коротких радиоимпульсов

 

- OSJ HG TF

385234

ОП ИС ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсних

Социалистичесних

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 22.1Х.1971 (№ 1699369/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 29.Ч.1973. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания З.VI.1974

М. Кл. G Olr 25/04

Государственный иомитет

Совета Министров СССР во делам изобретений и открытий

УДК 621.317.772 (088.8) Авторы изобретения

Б. Г. Горинштейн, Ю, И. Абрамович и П. Е. Баранов

3 аявитель

Одесский политехнический институт

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЪ РАЗНОСТИ ФАЗ ДВУХ

КОРОТКИХ РАДИОИМПУЛЪСОВ

Изобретение относится к фазоизмеритель,ной технике.

Известны измерители, разности фаз двух коротких радиоимпульсов с цифровой индикацией, в которых с целью запоминания разности начальных фаз .на время проведения, измерения входные сигналы фазируют два когерентных гетеродина, колебания которых преооразуются в низкочастотные сигналы, сохраняющие исходную разность фаз и поступающие на преооразователи сдвига фаз во временной интервал и затем временного интервала в цифровой,код.

В,известных измерителях для ооеспечения требуемой кратности периода низко частотного сигнала и кодовых .импульсов, заполняющих временной интервал, пропорциональный измеряемой разности фаз, используется схема фазовой автоподстройки частоты, позволяющая осуществить перенос разности фаз колебаний когерентных гетеродинов,на фиксированную частоту независимого высокочастотного генератора.

Существенная доля оши бки измерения разности фаз (помимо составляющих, вызванных наличHBM системы авторегулирования и дис,кретностью измерения временных .интервалов) обусловлена взаимной долговременной нестабильностью частот когерентных гетеродинов.

Инерционность системы авторегулированпя дегтает,известные фазометры пригодными лишь для работы с периодической последовательностью радиоимпульсов, либо с непрерывными сигналаии.

Предлагаемый цифровой измеритель разности фаз коротких радиоимпульсов отличается от известных тем, что с целью обеспечения возможности ра боты с одиночной парой

10 радиоимпульсов, повышения на!дежности и точности измерения,и получения результатов измерения непосредственно в градусах (или любом другом масштабе) входы измерителя через два гетеродинных .преобразователя частоты с общим .перестраиваемым гетеродином соединены со входами цепи, образуемой последовательным включением двухканального преоор азователя длительности,коротких;р адиоимпульсов в сигналы большей длителыности с сохранением между ними исходной разности фаз, первой и второй .схем переноса разности фаз сигналов на их входах на соответствующие фиксированные частоты сигналов на выходах, связанные между собой, через два гетеродинных преобр азователя частоты с общим кварцованным гетеродином, и преобразователя сдвига фаз во временной, интервал, причем выход высокочастотного кварцевого генерато:ра, входящего в первую схему переноса .разности фаз, соединен с делителем частоты, вхо385234 длщим Во Вторую схему, и, через формирователь .кодовых имнульсов, с одним .из входов преобразователя временного интервала в цифровой .код.

Первая схема переноса, разности фаз слу жит для устранения долговременной .нестабильност и частоты сигналов на выходах двух,канального преобразователя длительности коротких,радиоимпульсов, а вторая для обеспечения требуемого масштаба измерения фазо360 .вых углов. Масштаб измерения где Р— коэффициент деления делителя частоты.

Двухканальный, преобразователь, содержит в перво м .канале соединенные последователь,но сумматор, усилитель, линию задержки на время задержки порядка 250 — 300 мсек и когерентный гетеродин, нагруженный по выходу à два,радиочастотных ключа, один,из которых (№ 1) связывает когерентный гетеродкн с выходной клеммой преобразователя, а второй (№ 2) с сумматором второго канала.

Второй канал содержит включенные последовательно,сумматор, усилитель раскачки, ультразвуковую линию задержки на время задержки, достаточное для,проведения измерений,,и компенсирующий усилитель, нагруженный по выходу .на два радиочастотных ключа, один из .которых (№ 3) связывает его со второй выходной клем мой преобразователя, а второй (№ 4) с сумматором первого канала.

Вторые входы сумматоров являются входами двухканального прео!бразо вателя. Коммутация радиочастотных ключей осуществляется путем подачи на их управляющие входы со.ответствующих видеоимпульсов, формируемых схемой у!правления.

Указанная схема формирует также,импульсы срыва когерентного гетеродина, подаваемые на последний непосредственно перед приходом .на его фазирующий вход прямого и задержанного коротких радиоимпульсов. Благодаря этому обеспечиваются нео бходимые условия для фазирования когерентного гетеродина короткими радиоимпульсами.

Схема управления содержит пиковый детектор, соединенный входом с выходогм усилителя перьвого канала, а выходом — co входоьм киап-реле, формирующим импульс срыва коглеоаний когерент ного гетеродина (длительность импульса срыва порядка 200 нсек).

Выход,кип п-.реле через вентиль и линию задержки (время задержки порядка 2 мксек), соединенные последовательно, подключен к единичному входу управляющего триггера. Нулевой вход триггера связан с выходом кипп,реле непосредственно. Выход триггера соедilнен с управляющим входоьм ключа (№ 2), линией задержки на время .задержки порядочка

1 мксек и входом сброса в исходное состояние преобразователя «Время — Код». Установка исходного состояния счетчика импульсов преобразователя «Время — Код» происходит в момент переброса указанного триггера из нуле.вого состояния в единичное.

Выход линии задержки соединен с управ.

".яющими входами вентиля и ключа (¹ 4), а также со входом второго кип п-реле, связанного выходом с управляющими входами ключей (№ 1) и (№ 3). При срабатывании последнего кипп-реле на .ключи (№ 1) и (№ 3) поступает .разрешающий импульс, длительность которого должна быть несколько оольше време,ни задержки ультразвуковой,ли нии.

Схемы переноса разности фаз .сигналов на их входах на соответствующие фиксированные частоты сигналов на выходах состоят каждая ,из соединенных последовательно двух, смесителей, выделяющих на выходах соответственно суммарную .и,разностную частоты, и высокочасготного кварцевого генератора (для первой схемы) .и делителя частоты (для второй).

20 Выходы, высокочастотного кварцевого генератора и делителя частоты соединены со входами суммирующих смесителей и являются одним из выходов coответствующих схем переноса.

Указанный выход второй схемы переноса связан со входом преобразователя сдвига фаз

Во временной, интервал через, компенсирующий фазовращатель, регулировкой которого уравнивают при настройке фазовые сдвиги в

65 каналах, измерителя. Вторым выходом схемы переноса является выход соответствующего вычитающего смесите,чя. Входами каждой схемы переноса являются вторые входы соответствующих смесителей.

На чертеже .представлена блок-".хема предлагаемого цифрового измерителя.

Цифровой измеритель содержит два гетеродин ных преобразователя частоты, включающих смесители 1 и 2 и перестраиваемый гетеродин 8, два гетеродинных преобразователя частоты, включающих смесители 4 и 5, и кварцованный гетеродин б, двухканальный преобразователь 7 длительности коротких,радиоимпульссв в сигналы большей длительности, содержащий в первом канале сумматор 8, ус .>литель 9, линию задержки 10, когерентный ге теродин 11 и радиочастотные ключи 12 и 13, а во втором канале — сум матор 14, усилители раскачки 15 и,компенсирующий 16, ультразвуковую линию задержки 17 и радиочастотные ключи 18 и 19, схему управления 20, состоящую из пикового детектора 21, кипп-реле 22 .и 28, вентиля 24, формирующих соответственно .импульс срыва колебаний котерентного гетеродина .и разрешающий импульс на ключи

12 и 18, линий задержек 25 и 26 соответствен.но на время задержки 2 мксек и 1 мксек и триггера 27, две схемы 28 и 29,переноса разности фаз сигналов на их входах на соответствующие фиксированные частоты ситналов на выходах, первая из которых состоит из смесителей 80 и 31 .и высокочастотного кварцевого генератора 82, а вторая —.из смесителей 83 и

84 и делителя частоты 85, фор..;лрователь кодовых импульсов 8б, преобразователь сдвлга фаз во временной, интервал 87, преобразователь временного, интервала,в цифровой код 88 и конденсиру1ощий фазовра щатель 89.

Цифровой измеритель,ра ботает следующим образом.

Входные сигналы в виде .коропких радлоиипульсов длительностью порядка 200 нсек с помощью двух смесителей 1 и 2 и пересграиваемого гетеродина 8 переносятся на первую промежуточную частоту (порядка 20 мгги), на которой работает двухканальный преобразователь 7 длительности;коротких радиоимпульсов в сигналы большей длительности.

Первый радиоимпульс с:выхода смесителя 1 через сумматор 8, усилитель 9,и лицинию задержки 10 поступает на фазирующий вход когерентного гетеродина 11, фазируя последний.

Линия задержки 10 включена для обеспечения подачи на,когерентный гетеродин II импульсов срыва непосредственно перед приходом фаз,лр ующих радиоимпульсов и имеет время задержки, несколько:превышающее длительность Hvrirriyльса срыва (,порядка 250 — 300 нсек).

Второй радиоимпульс (с выхода смесителя

2) через сумматор 14 и усилитель ра" качки

15 поступает На ультразв у ковую линию зат держки Ii. B исхс1дный момент времечи к.-.ючи 12, 18, 18,и 19 находятся в выключенном состоянии. Управление ключами осуществляется видеоимпульсами с выходов.схемы управления 20. Колебания,когерентного гетеродпна

11, навязанные ему первым фазирующим радиоимпульсом, коммутируются на вход сумматора 14, проходя при этом через радиочастотный ключ 18, открываемый приблизительно через 2 мксек после прихода входных радиовм,пульсов.

Спустя 1 мксек после открывания ключа

18 подается разрешающий импульс на ключ

19, который пропускает на вход сумматора 8 ,первого канала второй фазирующий радиоимпульс, грошедший через ультразвуковую линию задержки 17 и усиленный коипенси рующим усилителем Iб. Этот радиоимпульс, 1пройдя го тракту первого канала, повторно фазирует когерентный гетеродин 11.

В момент, появления На выходе усилителя

9 второго фазирующего,радиоим п ульса закрывается,ключ 18, а спустя 1 мксек закрывается кгпоч 19, и oTKpbIIBaroTcH ключи 12 и 18, пропуская на выходы длинные радиочастотные импульсы.

Поскольку в формировании этих,радиоимпульсов участвует один и тот же когерентный гетеродин, их несущая частота может отличаться лишь на величин у его кратковременной нестаоильности за время задержки ультразвуковой лавинии, а разность фаз между ними (без учета незначительного набега фаз изза кратковременной нестабильности частоты) равна разности фаз входных коротких радиои мпульсов.

К моменту отпирания вентиля 24 исчезает ,положительный импульс на его входе, сформирова, нный кипп- реле 22, и триггер 27 о"тается в нулевом состоянии до поступления на входные зажимы устройства очередной пары .к оротких радиаимпульсов, В том случае, если к моменту прихода первой пары радиоимпульсов тоиггер?7 находился в единичном состоянии,,правильная работа пифрсвого измерителя разности фаз начнется лишь с приходом второй пары радиоимпульсов и будет иметь место для всех последующих ра,чиоимп .львов.

Схема управлсния 20 работает следующим ооразом. Первый короткий радиоимпульс, появляющийся на выходе усилителя 9, поступает на пиковый детектор 21, на выходе которого выделяется ыидеоимпульс, за пускающий HHIIIIIреле 22. Отрицательный импульс с выхода 22 длительностью порядка 200 нсек подается на вход срыва когерентного гетеродина 11. Поскольку в реля задержки линии 10 несколько оольше длительности импульса срыва, подача фазирующего радиоимп ульса на когерентный гетеродин обеспечивается непосредственно после начала возникновения генерации последнего.

Положительныи перепад напряжения на ,втором выходе кип п-реле 22 подается на нулеsoir вход триггера 27, подтверждая его нулевое состояние (если оно до этого имело место), 20 и на вход вентиля 24, на другой вход, которого в это в1ремя с выхода триггера 27 через линию задержки 2б поступает разрешающий

|потенциал.

Спустя время задержки JI)HHHя 25 (2 мксек) триггер 27 опрокидывает в единичное .состояние положительным импульсом, поступающим с выхода линии задержки 25 на единичный вход триггера, При этом отрицательный перепад напряжения на его .выходе вызывает отпирание радиочастотного ключа 18, а спустя время задержки линии 26 (1 мксек) — отпирание,ключа 19 и запирание вентиля 24. Этот же перепад напр яжен ия поступает,на преобразователь «Время — Код» 88 для сброса в исходпое состояние счетчика кодовых импульсов, входящего:в его состав.

При появлении на выходе усилителя 9 второго ко роткого радиоимпульса, задержанного относительно первого на врегмя задержки уль40 т разву ковой линии 17,,п роисхо дит повторный запуск кипп-реле 22, а значит и повторный срыв колебаний когерентного гетеродчна 11.

Положительный импульс на выходе кипл-реле

22 опрокидывает в,нулевое состояние триггер

45 27, з результате чего закрывается ключ 18, а спустя 1 мксек заирывается ключ 19, и открывается вентиль 24. Этим же имя ".ьсом запускается кипп-реле 28, которое формирует вндеоим п улье, несколько превышающий по длительности время задержии ультразвуков ой линии 17, опкрывающий,по управляющим входасл радиочастотные ключи 12 и 18.

385234

Радиоимпульсы с выходов ключей 12 и 18

1поступают на вход суммирующего 80 и вычитающего 81 смесителей схемы 28,переноса разности фаз входных сигналов на фикоированную частоту сигналов на выходах. Смесители соединены между собой последовательно. На второй вход сумми1рующего смесителя поступает опорный сигнал с входа высокочастотного ква р цевого генератора 82. Колебания на выходах вычитающего смесителя и кварцевого генератора рав ны IBO частоте и сдвинуты по фазе на у|гол, равный разност41 фаз счгналов на входах схемы 28. Таким образом, схема 28 устраняет долговременную нестабильность частоты когерентного гетеродина.

Высокочастотные сигналы с выходов схемы 28 с помощью двух гетеро дивных .преооразователей частоты (смесителей 4 и 5 и кварцевото гетеродина б) переносятся в оолаоть низких частот и поступают на входы второй схемы (29) переноса разности фаз входных сигналов на ф иксированн ую частоту сигналов на выходах.

Схема 29, также как и 28, состоит из включенных последовательно суммирующего 88 и вычитающего 84 смесителей, на входы кото:рых;подается,низкочасготный сигнал с выходов смесителей 4 и 5. В отличие от схемы 28 з1десь. в качестве опорного, колебания, поступающего на второй вход смесителя 88, используется сипнал с выхода делителя частоты 85, на вход которого подается выоо кочастотное напряжение с выхода кварцевого генератора 82.

Низкочастотные сигналы с выхода делителя частоты 85 через .компенсирующий фазовращатель 39 и с выхода смесителя 84 поступают на входы .преобразователя 37 сдвига фаз во временной интервал, соединенный последовательно с п1рео бразователем 38 временного интервала в цифровой .код.

Тактовые импульсы, поступающие на преобразователь 88, формируются формирователем кодовых .импульсов 3б, на вход которого

45 подается синусоидальное колебание с выхода высокочастотного 82.

Благодаря этому обеспечивается постоянная

KpaTKocTb периодов низкочастотных сигналов на входах п реоб1разова теля 37 сдвига фаз во временной интервал и .кодовых им1пульсов, равная коэффициенту деления делителя частоты 85. Выбором соответствующего коэффициента деления обеспечивается требуемый масштаб измерения фазовых углов.

Предмет изобретения

Цифровой измеритель разности фаз двух ио ротких радиоимпульсов, содержащий два гетеродинных преобразователя частот с общим перестраиваемым гетеродином, соед иненные с входными клеммами измерителя, два гете1родинных прео б1разователя частоты с оощим кварцованным гетеродином, преобразователь сдвига фаз во временной инте рвал, соединенный, последовательно с преобразователем временного интервала в цифровой код, связанным с вых одом формирователя кодовых импульсов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможносги работы с одиночной парой коротких радиоим пульсов, повышения надежносги и точности измерения,,а также получения результатов изме|рения непосредственно в градусах, выходы входных преобоазователей частоты соединены со входам и цепи, образуемой последовательным включением двухканального прео бразователя длительности коротких радиоимпульсов, связанного со схемой управления, первой и второй схем, переноса разности фаз, соединенных между собой через два гетеродинных преобразователя частоты с общим кварцованным гетеродином, и преобразователя сдвига фаз во временной интервал, причем выход высокочастотного кварцевого генератора первой схемы переноса .разносви фаз соединен со входами формирователя кодовых импульсов и делителя частоты, входящего во вторую схему переноса разности фаз.

385234

Составитель Л. Прохорова

Техред Т. Курилко

Редактор О. Авдеева

Корректор Н. Учакина

Тнп. Харьк. ф;.л. пред. «Патент»

Заказ 647 Изд, № 633 Тираж !43 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Чпнпстров СССР по делам изобретений и открытий

3 !осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4,/5