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相位測量是正弦信號經過不同的時間或不同的網路后可以有不同的相位。通常所謂相位測量是指對兩個同頻率信號之間相位差的測量。最常見的是對網路輸入與輸出信號的相位差,即網路相移的測量。能提供固定或可變相移量的無耗二埠網路稱為固定或可變移相器。

1 相位測量 -相位測量

 

2 相位測量 -正文

  正弦信號經過不同的時間或不同的網路后可以有不同的相位。通常所謂相位測量是指對兩個同頻率信號之間相位差的測量。最常見的是對網路輸入與輸出信號的相位差,即網路相移的測量。能提供固定或可變相移量的無耗二埠網路稱為固定或可變移相器。通常把經過精確定度的移相器作為相位測量的標準。原始相移標準是精密的同軸式或波導式空氣線,較低頻率的是精密人工延遲線、精密比例電感分壓器和旋轉變壓器等。相位測量有四種方法:相位比較法、相位檢波法、過零時間法和變頻測相法。
  相位比較法  圖1中相位差待測的兩路信號電壓u1u2加給一個相位平衡指示器,但在兩路之一插入一個標準可變移相器,以便與待測相位差x相比較。最簡單的相位平衡指示器是由一個相加(或相減)器和接在它後面的檢波指示器組成。當加到相加(或相減)器的兩路信號反相(或同相)時,檢波指示器示值最小,稱為相位平衡。測量的步驟是:先把一路信號同時加到相加器的兩個輸入端,調節移相器至讀數為Φ1時達到初始平衡,然後把兩路待測信號分別加到相加器的兩個輸入端,調節移相器至讀數為Φ2時重新出現平衡,則
xΦ2Φ1

  測量二埠器件相移時,用功率分配器將輔助信號源的信號分成兩路相等而同相的信號,在其中一路中插入相移為x的待測網路,變成兩個相位差為x的信號u1u2,提供給類似於圖1的電路測量。比較法從低頻直至微波範圍均可採用,但測量時所用頻率越高,越要注意避免兩路之間的雜散電磁耦合和串擾,並要保證兩路接線長度的均衡。

相位測量相位測量

  相位檢波法  在兩路信號幅度保持恆定的條件下,相位平衡指示器不僅可以指出所加兩路信號的同相或反相,它的檢波指示器示值還可用來表示兩信號相位差的大小,因而又稱相位檢波器或鑒相器。單純的和式或差式相位檢波器的輸出指示與x之間有明顯的非線性關係,但若將兩者結合起來構成和差式相位檢波器,則刻度的線性可大為改善。在微波範圍內,可用魔 T之類的橋式電路構成這種和差式相位檢波器(圖2)。

相位測量相位測量

  過零時間法  測出兩個同頻率信號波形的同向過零點的時間間隔τ,則τ與周期T之比即決定該兩信號的相位差。這一原理常用來構成直讀式低頻相位計。在圖3a中,兩路正弦信號分別經多次削波放大后再進行微分,取出代表兩正弦波正向過零點的尖脈衝,便可按以下兩類不同讀數方式構成直讀式相位計。這種相位計的頻帶寬,量程達0°~360°,且有線性刻度。
  模擬讀數式  用一路尖脈衝觸發一個雙穩態多諧振蕩器,使其中一管導通,然後用后隨的另一路尖脈衝觸發,使這個管還原為截止,則管的導通電流具有圖3a所示的矩形脈衝狀。若脈衝峰值A保持恆定,則電流平均值Idx成正比,故可用電流表直讀x

相位測量相位測量

  數字讀數式  用兩路過零點脈衝來控制電子計數器閘門電路的啟閉。測出時間τ內通過閘門的鐘脈衝個數n,便可得到閘門接通時間τ並進而求出τ/Tx(圖3b)。為了直接顯示x的度數並達到0.1°的分辨力,可將被測信號頻率相位測量經3600倍頻后形成的脈衝作為鍾脈衝,則每個鐘脈衝對應於0.1°,而測出時間τ內通過閘門的鐘脈衝個數n=3600τT,即顯出xn×0.1°。為了減小觸發時間和±1次計數所造成的誤差,通常採用多周期計數平均的方法。
  變頻測相法  過零時間法只適用於低頻,如果要測量高頻和微波相位則必須採用變頻法(包括一次和多次超外差變頻、脈衝採樣變頻等)。將兩路高頻信號同時變成足夠低的中頻,這兩路中頻信號之間仍然保持著原來兩路高頻信號的相位差,因此可在低頻測量相位。變頻法是在高頻和微波段精確測量相位和建立相位檢定標準的主要方法。
  利用網路分析儀能在很寬頻帶內掃頻測量並得出網路全部S參數的幅相數值,故可導出網路相移和群延時等參量。
  參考書目
 湯世賢:《微波測量》,國防工業出版社,北京,1981。

 

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