Устройство для измерения девиации частоты и нелинейных искажений частотно-модулированных сигналов

Устройство для измерения девиации частоты и нелинейных искажений частотно-модулированных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТЙРОЯСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕВИАЦИИ ЧАСТО-ГЫ В НЕЛИНЕЙВДХ ИСКАЖЕНИЯХ ЧАСТОТНО-МОДУШРОВАНтЛХ СИГНАЛОВ, :содержаи е последовательно соединёиные входной смеситель/ ширбкрполосмый видеоусилитель, а также гетеродан, выхЬл которого подключен к второму , входу вводного смесителя, трансформаjTop спектра измеряемого сигнала, ео;стоящий из стробоскопического смесителя и генератора строб-импульссв, выход которого соединен с первым вхо дом стробоскопического смесителя, к выходу которого через полосовой фильтр подключён девиометр, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерения при больших .сах модуляции, в него дополнитель;но введены последовательно .включен ные формирователь частотно-модУлированных импульсов и управляемый цифровой делитель частоты, причем вход формирователя частотно,модулированных импульсов соединен с выходом широкополосного видеоусили:теля , а выход управляемого цифрового делителя частоты подключен к второму входу стробоскопического смесителя .

„„SU„„ l 068832 А

СОЮЗ СОВЕтсНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 0 R 23. 0

ГОСУД)БАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABtOPCNGMV СВИДЕТБЪСТВУ (21) 3497838/18-21 теля и .генератора строб-импульсов, (22) 01.10.82 выход которого соединен с первым вхо" (46) 23.01.84. Бюл. 9 3 дом стробоскопического смесителя, к (72) Р.Д.Болмусов выходу которого через полосовой (53) 621.317(088.8) фильтр подключен девиометр, о т л и(56).1.. Авторское свидетельство СССР ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

9 789850, кл. G 01 Й 23/00, 1980. . повышения точности и разрешающей спо2. Техника средств..связи, сер. собности измерения при больших индек"Радиоизмерительная техника", 1976, сах модуляции, в него дополнительвып . 5, с. 18. но введены последовательно включен:(54):(57-) УСФРОЯСТВО ДНЯ ИЗИЕРЕННЯ-ДЕ- ные формирователь частотно-модулиВИАЦИИ ЧАСТОТЫ В НЕЛИНЕЙНЫХ ИСХАЖЕ- рованных импульсов и управляемый

ННЯХ ЧАСТОТНО-ЧОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, цифровой делитель частоты, причем содержащее последоватйльщ>"соединен- вход формирователя частотно, модулиные входной смеситель, шйрокополосный рованных импульсов соединен с вывидеоусилитель, а также гетеродин, ходом широкополосного видеоусили выход которого подключен к второму, теля,.а выход управляемого цифрово- Е ,входу входного.смесителя,.трансформа- го делителя частоты подключен к вто:тор спектра измеряемого сигнала, со- рому входу стробоскопического сме:стоящий из стробоскопического смеси- :сителя.

1068832

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и предназначено для измерения девиации частоты или индекса частотной модуляции (IN ), а также для измерения с высокой разрешающей способностью нелинейных искажений модулирующей функции широкополосных сигналов.

Известно устройство для измерения индекса частотной модуляции, содержащее последовательно соединенные 1О смеситель с гетеродином, трансформатор спектра, усилитель, ограничитель, частотный дискриминатор, к выходу которого подключены индикатор и частотомер Г1 3. 1 .-

Однако это устройство не обеспечивает высокой точности измерения при больших значениях индекса ЧМ. ри больших значениях индекса ЧМ для линейной трансформации спектра требуется создание в генераторе строб-импульсов спектра равновеликих составляющих в,широкой полосе частот беэ искажений из фазовой структуры.

Создание генератора строб-импульсов с широким спектром равновеликих составляющих представляет известную трудность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройствб для измерения девиации частоты и коэффициента гармоник закона изменения частоты .широкополосного ЧМ сигнала, содержа-. щее последовательно соединенные входной смеситель, широкополосный видеоусилитель, а также гетероднн, выход которого подключен к второму входу входного смесителя, трансформатор спектра измеряемого сигнала, состоящий из стробоскопического смесителя 4О и генератора строб-импульсов, выход которого соединен с первьм входом стробоскопического смесителя, к выходу которого через полосовой фильтр . подключен девиометр (2). 45

Недостаток известного устройства заключается в большой погрешности измерения девиации частоты и низкой разрешающей способности измерения нелйнейных искажений при больших индексах ЧМ. Это обусловлено тем, что при больших индексах спектр ЧМ сигнала имеет большое количество боковых составляющих, каждую из которых необходимо линейно преобразовать в стробоскопическом смесителе без искажений по амплитуде и фазе. В стробоскопическом преобразовании спектра

ЧМ сигнала с большим индексом участвует .большое количество гармоник 6О строб-импульсного сигнала, формируе мого генератором строб-импульсов.

Нелинейная трансформация спектра приводит к линейным и нелинейным искажениям ЧМ сигнала на выходе стро- 65 боскопическогО преобразователя частоты. Линейные и нелинейные искажения ЧМ сигНала с большим индексом при трансформации спектра существенно ограничивают точность измерения девиации частоты и разрешающую способность измерения нелинейных искажений.

Кроме того, с увеличением девиации частоты (индекса ЧМ) пропорционально величине девиации частоты возрастают нелинейные искажения в тракте демодуляции девиометра.

Целью изобретения является повышение .точности разрешающей способности измерения при больших индексах модуляции.

Поставленная цель дсстигается тем, что в устройство для измерения девиации частоты в нелинейных искажениях частотно-модулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные входной смеситель, широкополосный видеоусилитель, а также гетеродин, выход которого подключен к второму входу входного смесителя, трансформатор спектра измеряемого сигнала, состоящий из стробоскопического смесителя и генератора строб-импульсов, выход которого соединен с первым входом стробоскопического смесителя, к выходу которого через полосовой фильтр подключен девиометр, дополнительно введены по-. следовательно включенные формирова- тель частотно-модулированных импульсов и управляемый цифровой делитель частоты, причем вход формирователя частотно-модулированных импульсов соединен с выходом широкополосного видеоусилителя, а выход управляемого цифрового делителя частоты подключен к второму входу стробоскопического смесителя.

Введение в устройство формирователя частотно-модулированных импульсов с цифровым делителем частоты и

:включение их на входе стробоскопического смесителя позволяет уменьшить индекс входного ЧМ сигнала в М раз, где Й вЂ” коэффициент деления делигеля. При этом примерно в Й раз уменьшается количество боковых составляющих в спектре ЧМ сигнала, поступающего на вход стробоскопического смесителя. В стробоскопическом .преобразователе частоты количество гармоник строб-импульсного сигнала, участвующих в преобразовании сигнала, уменьшается также в и раз, чем обеспечивается высокая линейность трансформации спектра ЧМ сигнала. Выполнение делителя частоты в виде управляемого цифрового делителя с переменным коэффициентом деления позволяет s широких пределах изменения индекса входного ЧМ сигнала устанавливать на входе стробоскопического смесителя on1068832 тимальное для преобразования значение индекса ЧМ.

При индексе в пределах 0,3-1 эффективный спектр ЧМ сигнала содержит не более 2-3 боковых составляющих.

Линейная трансформация такого спект- 5 ра не встречает затруднений.

Введение делителя частоты уменьшает в и раз значение девиации частоты в тракте девиометра. Это также примерно в М раз уменьшает .погреш- 10 ность измерения девиации частоты и разрешающую способность измерения нелинейных искажений, вследствие уменьшения искажений ЧМ сигнала в тракте девиометра. 15

На фиг; 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. -2спектрограммы сигналов на входе устройства (фиг.2а),на выходе делителя частоты (Фиг.25), на выходе генератора строб-импульсов (фиг.2)э) и на входе девиометра (Фиг. 21.).

Устройство (фиг.11 содержит входной смеситель 1, второй вход которого соединен с выходом гетеродина

2, широкополосный видеоусилитель 3, последовательно включенные формирователь 4 ЧМ импульсов и цифровой управляемый делитель 5 частоты, трансформатор 6 спектра измеряемого сигнала, состоящий из генератора 7 строб-импульсов и стробоскопического смесителя 8, выход которого через полосовой фильтр 9 подключен к девиометру 10.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый ЧМ сигнала, промодулир рованный синусоидальной функцией частотой Я, записанный через спектральное разложение в ряд Фурье по 40 функциям Бесселя первого рода hi-ro

:порядка, поступает навход входного смесителя 1 и =О С З„(р)зы(со,+пЯ)а, (il 45 .и " n= где О „,ю, p — соответственно амплитуда, несущая частота и индекс ЧМ измеряемо 50 го сигнала.

На второй вход смесителя 1 посту-, пает сигнал гетеродинаг 2, U2 =0,„2Мна Ф, где О ю - соответственно амплитуФ2 Г да и частота гетеродинного сигнала.

С выхода широкополосного видеоуеилителя 3", являющегося одновременно и фильтром разностной частоты входного смесителя 1, на вход формиро вЯтеля 4 ЧМ импульсов поступает ЧМ сигнал

+IXI

1 ц =ц 3 (pj)sin(u)„„+nQ)4 (2) в=-со 65 с промежуточной частотой ьилч= шо +

+ ыГ. Для примера на Фиг. 2о показан спектр ЧМ сигнала с прОмежуточ ной частотой ы„упри индексе ЧМ р

=5, соответствуюмчй выражению (2).

Формирователь 4 ЧМ импульсов преобразует синусоидальный ЧМ сигнал в последовательность импульсов, временное положение которых соответствует моментам прохода амплитуды

ЧМ колебания через нуль. При этом длительность сформированных импульсов на выходе формирователя может быть любой, но достаточной для запуска. цифрового делителя 5 частоты. При скважности, равной двум, поступающий на вход цифрового делителя 5 частоты сигнал можно записать в виде

4 Sill(+ -) н,=о,Г )

)пМ n=-ce

x Sin () ),о + np) g (з! где rn — - номер гармоники несущей импульсной последовательности ЧМ импульсов.

На выходе цифрового делителя 5 частоты с коэффициентом деления имеем последовательность ЧМ импуль-, сов юл зл 2 йшч которая поступает на вход стробоскопического смесителя 8 трансфор- . матора 6 спектра. На Фиг.26 изображен спектр первой гармоники (m=1) несущей частоты ЧМ сигнала на выходе делителя частоты с коэффициентом деления М =3.0. Спектры более высших гармоник м =3,5,... на фиг. 2б не показаны. )одновременно от генератора 7 строб-импульсов надругой вход стробоскопического смесителя 8 поступает строб-импульсный сигнал с час1 Я+ьЯ тотой следования Аи. = -. где .д =1, 2, 3,..., i; дЯ«Я; ьЯ«)ц, и спектральным разложением .

sin %)к /2 и ) E „s<(km >?). )Д

5 к 5 К-1 1сГ /2 где t - длителЬность строб-импульса номер гармоники строб-им r пульсного сигнала.

При достаточно малой длительйости строб-импульса << - - множитель

Ф4

stn—

1 (с>с t /2

В этой случае выражение (5) упрощается и его можно saписать в виде

L gin 1с(а1+Ч) . - (<)

5 m5

1068832

Спектр. строб-импульсного сигнала (6) изображен на фиг.28. При этом гарМоники, не участвующие в преобразовании спектра (фйг.2 ), показаны штриховыми линиями.

В стробоскопическом смесителе 8 осуществляется перемножение сигналов (4) и (6). При этом на выходе стробоскопического смесителя 8 будет сигнал

ЮВАО (— Я.бпЯ)1 5ink fgt+V) .

15 где Ко - номер составляющей стробимпульсного сигнала, совпадающей с центральйой (несущей ) частотой ЧИ сигч з5 нала.

Сйектр трансформированного ЧМ . сигнала, соответствующий выражению (8), показан на фиг.2ъ. Спектр

В составе сложнЬго сигнала (7) имеет; ,:ся составляющая с разностной часто той первой гармоники (е =1J несущей частоты сигнала (4) и строб-импульсным сигналом (б 1. Эта составляющая выделяется полосовым фильтром 9.,, На выходе фильтра 9 получаем транс-" формированный ЧМ сигнал, 25 трансформированного ЧЙ сигнала поступает на вход .девиометра 10, котоъ. рый измеряет девиацию частоты и коэффициент гармоник модулирующей функции трансформированного сигнала.. При этом измеряемая величина девиации

:частоты определяется с учетом коэффициента деления и делителя 5 частоты.

Из сравнения сигнала (8) сизмеряемый сигналом (1 ), а также из рисунков (фиг.2а-Ц видно, что сигнал (8J, поступающий на вход девиометра, имрет трансформированные (уменьшенные) значения несущей частоты щ — -p. K, (9) тР" и модулирующей частоты

Я Я- раA (10) и индекса ЧМ

/ т - ( (11 )

Характеристики такого узкополосного ЧМ сигнала, -в частности девиации .частоты и нелйиейные искажения, могут быть достаточно точно и с высокой разрешающей способностью измерены сравнительно узкополосным девио метром.

Выполнение в предлагаемом устройстве делителя частоты в виде управ« ляемого цифрового делителя с переменным "коэффициентом деления позволяет при любых значениях индек.са.,входного ЧМ сигнала устанавливать иа входе стробоскопического смесителя оптимальное для линейного преобразования;значение индекса ЧМ.

При индексе модуляции в пределах б =

0,5-1 эффективный спектр ЧМ сигйала . содержит не более 2-3 боковых составляющих1068832

ЛФ-Я

Хо-а 4.р fy %+1 4М

Составитель В.Новоселов

Редактор Р.Цицика техред Й.иетелева корректор:A.Äçÿòêî

° и

»»

Заказ 11456/39 Тираа 715 Подписное

ВНИИПИ Государствейноао комитета CCCP. по делам изобретений.и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская.наб., д . 4/5

»

Филиал IIIII "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4