Устройство для измерения разности фаз квадратурных сигналов
Полезная модель относится к области радиотехники и обеспечивает измерение разности фаз и расширение функциональных возможностей, а именно реализация измерений дисбаланса амплитуд совместно с измерением разности фаз в большом динамическом диапазоне по средней мощности. Устройство содержит последовательно соединенные первый фиксированный аттенюатор 1 и второй ступенчатый программируемый аттенюатор 2, выход первого ступенчатого программируемого аттенюатора 2 подключен ко входу первого амплитудного логарифмического детектора 3 и ко входу первого амплитудного ограничителя 4, последовательно соединенные второй фиксированный аттенюатор 5 и второй ступенчатый программируемый аттенюатор 6, выход второго ступенчатого программируемого аттенюатора 6 подключен ко входу второго амплитудного логарифмического детектора 7 и к 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 подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя 12, выход фазового детектора 10 подключен к входу второго фильтра нижних частот 13, выход которого подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя 14. 1 илл.
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.
На выходе первого ступенчатого программируемого аттенюатора 2 имеем сигнал с амплитудой U3, который поступает на вход первого амплитудного логарифмического детектора 3, на выходе которого формируется напряжение
,
где VДЕТ1, VДЕТ2 - постоянные параметры детекторной характеристики амплитудных логарифмических детекторов 3 и 7, U2 - входное напряжение.
Напряжение U3 подается на первый вход вычитающего устройства 9.
На выходе второго ступенчатого программируемого аттенюатора 6 имеем сигнал с амплитудой U 6, который поступает на вход второго амплитудного логарифмического детектора 7, на выходе которого формируется напряжение
,
где VДЕТ1, VДЕТ2 - постоянные параметры детекторной характеристики амплитудных логарифмических детекторов 3 и 7, U6 - входное напряжение.
Напряжение U7, 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.
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 s1 с сильным амплитудным ограничением. Сигнал с выхода второго ступенчатого программируемого аттенюатора 6 проходит на вход второго амплитудного ограничителя 8, на выходе которого формируется сигнал s2 с сильным амплитудным ограничением.
Амплитуды сигналов s1 и s2 становятся равными, поэтому зависимость измерений разности фаз от мощности входных сигналов уменьшается.
Сигнал s1 поступает на первый вход фазового детектора 10, а сигнал s2 поступает 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.
Устройство для измерения разности фаз квадратурных сигналов, содержащее два амплитудных ограничителя, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фиксированными аттенюаторами, двумя ступенчатыми программируемыми аттенюаторами, двумя амплитудными логарифмическими детекторами, вычитающим устройством, фазовым детектором, двумя фильтрами нижних частот, двумя аналого-цифровыми преобразователями, причем первый фиксированный аттенюатор и первый ступенчатый программируемый аттенюатор соединены последовательно, и выход последнего подключен к входу первого амплитудного логарифмического детектора и входу первого амплитудного ограничителя, второй фиксированный аттенюатор и второй ступенчатый программируемый аттенюатор соединены последовательно, и выход последнего подключен к входу второго амплитудного логарифмического детектора и 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 первого амплитудного ограничителя подключен к первому входу фазового детектора, выход второго амплитудного ограничителя подключен ко второму входу фазового детектора, выход вычитающего устройства подключен к входу первого фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, выход фазового детектора подключен к входу второго фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя.
