УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ КВАДРАТУРНЫХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в измерительной технике, как устройство для измерения разности фаз квадратурных сигналов.
Известен Измеритель разности фаз радиосигналов, описанный в книге А.В.Христофорова, К.С.Сайкина «Методы измерения разности фаз электрических колебаний», Казань, Казанский госуниверситет, 2006, с.9, рис.4, содержащий два усилителя, два амплитудных ограничителя, суммирующее и вычитающее устройство, два диода, выход вычитающего устройства соединен с первым диодом, выход суммирующего устройства соединен со вторым диодом, магнитоэлектрический измерительный прибор, к входу которого подключены выход первого диода и выход второго диода.
Однако такое решение имеет ограниченные функциональные возможности и не позволяют измерять совместно с разностью фаз дисбаланс амплитуд, который имеет значение при детектировании сигналов с квадратурной модуляцией. Приведенный выше измеритель не позволяет проводить измерения разности фаз и дисбаланс амплитуд сигналов в большом динамическом диапазоне по мощности.
Технической задачей полезной модели является расширение ее функциональности путем добавления дополнительных элементов для измерения дисбаланса амплитуд, что позволяет использовать устройство для совместного измерения разности фаз и дисбаланса амплитуд квадратурных сигналов, а также реализация измерений разности фаз и дисбаланса амплитуд в большом динамическом диапазоне квадратурных сигналов по мощности.
Эта техническая задача достигается тем, что в известный измеритель разности фаз радиосигналов, содержащий два амплитудных ограничителя, введены первый фиксированный аттенюатор и последовательно соединенный с ним первый ступенчатый программируемый аттенюатор, выход которого подключен к входу первого амплитудного логарифмического детектора и к входу первого амплитудного ограничителя, второй фиксированный аттенюатор и последовательно соединенный с ним второй ступенчатый программируемый аттенюатор, выход которого подключен к входу второго амплитудного логарифмического детектора и к входу второго амплитудного ограничителя, выход первого амплитудного логарифмического детектора подключен к первому входу вычитающего устройства, выход второго амплитудного логарифмического детектора подключен ко второму входу вычитающего устройства, выход которого подключен к входу первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход первого амплитудного ограничителя подключен к первому входу фазового детектора, выход второго амплитудного ограничителя подключен ко второму входу фазового детектора, выход которого подключен к входу второго фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для измерения разности фаз квадратурных сигналов.
Устройство для измерения разности фаз квадратурных сигналов содержит: последовательно соединенные первый фиксированный аттенюатор 1 и первый ступенчатый программируемый аттенюатор 2, выход последнего подключен к входу первого амплитудного логарифмического детектора 3 и входу первого амплитудного ограничителя 4, последовательно соединенные второй фиксированный аттенюатор 5 и второй ступенчатый программируемый аттенюатор 6, выход последнего подключен к входу второго амплитудного логарифмического детектора 7 и входу второго амплитудного ограничителя 8, выход первого амплитудного логарифмического детектора 3 подключен к первому входу вычитающего устройства 9, выход второго амплитудного логарифмического детектора 7 подключен ко второму входу вычитающего устройства 9, выход первого амплитудного ограничителя 4 подключен к первому входу фазового детектора 10, выход второго амплитудного ограничителя 8 подключен ко второму входу фазового детектора 10, выход вычитающего устройства 9 подключен к входу первого фильтра нижних частот 11, выход которого соединен со входом первого аналого-цифрового преобразователя 12, выход фазового детектора 10 подключен к входу второго фильтра нижних частот 13, выход которого соединен со входом второго аналого-цифрового преобразователя 14. Измерительные функциональные элементы объединены в блок квадратурного дисбаланса 15.
Устройство для измерения разности фаз квадратурных сигналов работает следующим образом.
Синфазный сигнал поступает на вход I первого фиксированного аттенюатора 1, квадратурный сигнал поступает на вход Q второго фиксированного аттенюатора 5. Первый и второй фиксированные аттенюаторы 1 и 5 обеспечивают согласование входных сигналов. Вносимое затухание у первого и второго фиксированных аттенюаторов 1 и 5 одинаковое. С выхода первого фиксированного аттенюатора 1 синфазный сигнал проходит на вход первого ступенчатого программируемого аттенюатора 2. С выхода второго фиксированного аттенюатора 5 синфазный сигнал проходит на вход второго ступенчатого программируемого аттенюатора 6. Значения вносимого затухания для ступенчатых программируемых аттенюаторов 2 и 6 устанавливаются одинаковыми. Ступенчатые программируемые аттенюаторы 2 и 6 обеспечивают измерения дисбаланса амплитуд и разности фаз для входных сигналов в большом динамическом диапазоне мощности.
Измерительные функциональные элементы: первый и второй амплитудные логарифмические детекторы 3 и 7, первый и второй амплитудные ограничители 4 и 8, вычитающее устройство 9, фазовый детектор 10 вынесены в блок измерения квадратурного дисбаланса 15.
Амплитудные логарифмические детекторы 3 и 7 выбраны с одинаковыми параметрами детекторной характеристики.
Амплитудные ограничители 4 и 8 выбраны с одинаковыми параметрами амплитудной характеристики.
3
На выходе первого ступенчатого программируемого аттенюатора 2 имеем сигнал с амплитудой U, который поступает на вход первого амплитудного логарифмического детектора 3, на выходе которого формируется напряжение
,
ДЕТ1
ДЕТ2
2
где V, V - постоянные параметры детекторной характеристики амплитудных логарифмических детекторов 3 и 7, U - входное напряжение.
3
Напряжение U подается на первый вход вычитающего устройства 9.
6
На выходе второго ступенчатого программируемого аттенюатора 6 имеем сигнал с амплитудой U, который поступает на вход второго амплитудного логарифмического детектора 7, на выходе которого формируется напряжение
,
ДЕТ1
ДЕТ2
6
где V, V - постоянные параметры детекторной характеристики амплитудных логарифмических детекторов 3 и 7, U - входное напряжение.
7
Напряжение U, подается на второй вход вычитающего устройства 9.
На выходе вычитающего устройства 9 имеем сигнал, равный разности напряжений на его первом и втором входах
.
Сигнал с выхода вычитающего устройства 9 пропорционален дисбалансу амплитуд входных квадратурных сигналов, выраженному в децибелах.
1
2
Измерение разности фаз реализовано на основе двух амплитудных ограничителей 4 и 8 и фазового детектора 10. Сигнал с выхода первого ступенчатого программируемого аттенюатора 2 проходит на вход первого амплитудного ограничителя 4, на выходе которого формируется сигнал s с сильным амплитудным ограничением. Сигнал с выхода второго ступенчатого программируемого аттенюатора 6 проходит на вход второго амплитудного ограничителя 8, на выходе которого формируется сигнал s с сильным амплитудным ограничением.
1
2
Амплитуды сигналов s и s становятся равными, поэтому зависимость измерений разности фаз от мощности входных сигналов уменьшается.
1
2
Сигнал s поступает на первый вход фазового детектора 10, а сигнал sпоступает на второй вход фазового детектора 10. Фазовый детектор 10 перемножает входные сигналы и формирует переменное напряжение, среднее значение которого соответствует разности фаз входных сигналов. Напряжение с выхода вычитающего устройства 9 отфильтровывается в первом фильтре нижних частот 11 и поступает на первый аналого-цифровой преобразователь 12. Напряжение с выхода фазового детектора 10 отфильтровывается во втором фильтре нижних частот 13 и поступает на второй аналого-цифровой преобразователь 14.
Использование полезной модели обеспечивает измерения дисбаланса амплитуд и разности фаз в большом динамическом диапазоне квадратурных сигналов по мощности.