Способ измерения мощности фазомодулированного сигнала

Патент 1092421

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ФАЗОМОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА частотой U)j,, заключающийся в фильтрации сигнала и измерении переменного напряжения (тока), отличающийся тек, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно перед фильтрацией производят амплитудное квадратичное детектирование , а фильтрацию сигнала осуществляют на частоте 2fl. где Ыо частота несущей; (и - частота модулирующего сигнала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 01 R 21/06 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502187/18-21 (22) 11. 10.82 (46) 15.05.84. Бюл. Ф .18 (72) А.Г. Геворкян и О.П. Харчев (53) 621.317.38(088.8) (56) 1. Вальднер О.А, и др. Техника сверхвысоких частот, М., Атомиздат, 1974, с. 27.

2. Хам же, с. 174. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ

ФАЗОМОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА частотой

4) +Я), заключающийся в фильтрации сигнала и измерении переменного нап" ряжения (тока), о т л и ч а ювЂ” шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно перед фильтрацией производят амплитудное квадратичное детектирование, а фильтрацию сигнала осуществля. ют на частоте 2Я. где о) вЂ” частота несущей; Я вЂ” частота модулирующего сигнала.

1092421 амплитуда модулчрованного сигнала, имеющего частоту 4>а; частота модулирующего сигнала; индекс фазовой модуляции;

Лв (m), 3 „(m), 1 (в) - функции Бесселя первого рода нулевого, первого и второго порядков соответствен- но, фильтруется измеряемая спектральная составляющая

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в пассивных квантовых стандартах частоты, использующих некратное преобразование частоты подстраиваемого кварцевого генератора.

Известен способ измерения мощности фаэомодулированного сигнала, включающий амплитудное детектирование, фильтрацию постоянной составляю- 1О щей и измерение постоянного тока (напряжения) 11) .

Однако данный способ не обеспечивает измерения мощности фазомодули1r рованного сигнала, его спектральной составляющей, так как измеряемый постоянный ток (напряжение) пропорционален общей мощности фазомодулированного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения .фазомодулированного сигнала, включающий фильтрацию контролируемой спектральной составляющей (например, с частотой

2с;

ЫС,Ф Я ), преобразование ее в постоян- 2" ный ток, фильтрацию постоянной составляющей и измерение постоянного тока (напряжения). Операции преобразования контролируемой спектральной составляющей в постоянный ток (квадратичное преобразование), фильтрацию постоянной составляющей и измерение постоянного напряжения можно заменить одной известкой операциейвЂ” измерением переменного напряжения. 3S

В данном способе из фазомодулированного сигнала, определяемого выражением

U Р1=0п1(m(, П1 П1 ММ = а 3ойс®ЧР

+j (М(о (О)о+Я.мй-и6Ь,э 14»Ч (р1(,„ о "!! It cm(ru й2м) + ),;

0 9 q (ш) сОЯ(сааб-Ящ) 1 9 (2) Изменение частоты несущей фаэомодулированного сигнала id< приводит к изменению частоты (М„-Я„,) контролируемой спектральной составляющей.

При фиксированной резонансной частоте Ь> узкополосного фипьтра контролируемое значение тока (напряжения) зависит от частот Ы и и„, а именно, определяется амплитудно-частотной характеристикой узкополосного фильтра, Цель из обре те ния вЂ” повыше нне точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения мощности фаэомодулированного сигнала частотой Ы, Я включающему фильтрацию с игналаи измерение переменного напряжения (тока),„ дополнительно перед фильтрацией производят BMIIJIHTóäíîå квадратичное детектирование, а фильтрацию сигнала осуществляют на частоте

2Я-„,, где 4>< вЂ” частота несущей, 9Ii- частота модулирующего сигнала. например, узкополосным фильтром с резонансной частотой Ыр, равной

1 (+ Q и ширинОЙ полосы пропуска ния меньшей Й „ . Затем пер:.,енное напряжение (ток) преобразуется в постоянное и измеряется ток (напряжение), пропорциональный мощности иэмеряемои спектральной составляющей (2) .

Недостатком этого способа является низкая точность иэмере. -. ия фазомодулированного сигнала во вр..";ени при изменении внешних условий (например, температуры окружающей среды) и при изменении часто-:и несущей фазомодулированного сигнала.

Для фазомодулированного сигнала с несущей, лежащей в сверхвысокочастотном диапазоне, и частотой фаэовой модуляции порядка нескольких ИГц и меньше добротность узкополосного фильтра должна быть большой, порядка нескольких десятков и сотен тысяч.

Изменение внешних условий, прежде всего, температуры окружающей среды, приводит к изменению резонансной частоты данного фильтра, а следовательно, к изменению коэффициента его передачи.

1092421

На фиг. 1 показана зависимость амплитуды второй гармоники B(m) модулирующего сигнала на выходе квадратич. ного амплитудного детектора и зависимость Бесселевой функции 2,1(т} от индекса фазовой модуляции; на фиг. 2 структурная схема примера реализации.

Согласно предлагаемому способу входной фаэомодулированный сигнал (1.) детектируют по амплитуде (квадратично), в результате чего происходит преобразование спектра и перенос

его в область низких частот. После амплитудного детектирования образуется сигнал, описываемый выражением (опуская постоянную составляющую и спектральные составляющие с частотамиtd»+P!

Р=Ук1.К(Ыт)се LR t

6(w)=23 (rn).3 ()t З„(я)

С(Е) - 3 (п1)

1 у

Выражения для В(т) и С(п1) приведе 30 ны для малых индексов фаэовой модуляции m, т,е. при учете в контролируемом сигнале только несущей с частотой

Ь)о и боковых с частотами 0)о+ЯР 0>ой

12Я В полученном транспортировайном спектре присутствуют только четные гармоники модулирующего сигнала, т.е. гармоники с частотами п2м, где

n=2,. 4, 6, ..., и нет нечетных гармоник с частотами v3 где n=1 3, 5 ... Причем, наибольшую амплитуду при малых индексах m фазовой модуляции (до наступления перемодуляции) контролируемого сигнала имеет вторая гармоника модулирующего сигнала, описываемая выражением

А= U ° k B(m) ° cos 2Ям t (4)

Амплитуда этого сигнала для отдельных областей изменения индекса фаэовой модуляции m пропорциональна квадрату амплитуды контролируемой спектральной составляющей, определяемой выражением (2), т.е ° мощности контролируемой спектральной составляющей с точностью до константы. Так, при индексе фазовой модуляции m=2,4 (и при значениях ш близких к этому значению) Бесселева функция нулевого порядка в выражении для B(m) равна нулю 3>(m=2, 4)=0 и амплитуда второй гармоники модулирующего сигнала А прямо пропорциональна мощности контролируемой спектральной составляющей.

При малых индексах фазовой модуляции (m от 0 до 0,6) зависимости B(m) и

3 (m) аппроксимируется линейными зависимостями, соответственно, равными

В общем случае для &m<2 т.е. от нуля до значения m, при котором

B(m)=0 (фиг. 1) амплитуда второй гармоники модулирующего сигнала А пропорциональная мощности контролируемой спектральной составляющей фазомодулированного сигнала. Абсолютное значение мощности контролируемой спектральной составляющей получено при умножении (усилении) амплитуды второй гармоники А в 3 (т) /B(m) раз.

После амплитудного детектирования производят фильтрацию второй гармоники модулирующего сигнала, т.е. фильтруют вторую гармонику модулирующего сигнала (сигнала, описываемого выражением (4). После чего производят измерение переменного тока (напряжения) при работе детектора (выпрямителя) в линейном режиме.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит последовательно соединенные квадратичный амплитудный детектор 1, полосовой фильтр 2 второй гармоники модулирующего сигнала и измеритель 3 переменного напряжения (тока), выполненный в виде последовательно соединенных детектора 4, фильтра 5 нижних частот и индикатора 6 постоянного тока (напряжения).

В данном устройстве входной фазомодулированный сигнал, описываемый выражением (1), детектируется по амплитуде амплитудным (квадратичным) детектором 1. В результате происходит преобразование спектра входного сигнала и перенос его в область низких частот. В спектре выходного сигнала амплитудного детектора отсутствуют нечетные гармоники, кратные частоте модулирующего сигнала 2<, но присутствуют четные гармоники, крат1092421

ВНИКНИ Заказ 3248/28 Тираж 7 il Подписное

Филиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул,Проектная,4 ные частоте модулирующего сигнала.

Наибольшую амплитуду при малых индексах фазовой модуляции m (до перемодуляции) контролируемого сигнала имеет вторая гармоника модулируюшего 5 сигнала, описываемая выражением (4), На фиг, 1 показана зависимость амплитуды B(m) второй гармоники моду1лирующего сигнала на выходе квадратичного амплитудного детектора 1 от индекса фазовой модуляции m. Значение B для малых индексов фазовой модуляции (m от 0 до 2, T,e. po корня функции 8(m) при ш=2) характеризует мощность первой боковой спект- 15 ральной составляющей фазомодулированного сигнала. Так как первая боковая спектральная составляющая контролируемого фазомодулированного сигнала пропорциональна Бесселевой функ- 20 ции первого рода нулевого порядка

1,((т) (для сравнения показана на фиг. 1), то амплитуда второй гармоники, определяемая выражением (4), усиленная в 1„(m)/В(тп) раз (для

m+2) равна абсолютному значению мощности первой боковой спектральной составляющей контролируемого фазомодулированного сигнала.

Вторая гармоника модулирующего 30 сигнала на выходе амплитудного детектора t фипьтруется полосовым фильтром 2 второй гармоники модулирующего сигнала. Измеритель 3 переменного напряжения (тока) фиксирует амплитуду второй гармоники модулирующего сигнала на выходе полосового фильтра 2. Причем детектор 4 работает в линейном режиме работы.

В предлагаемом способе измерения,1 мощности спектральной составляющей фазомодулированного сигнала, при заданной частоте модулирующего сигнала

Я, изменение внешних условий приво- дит к значительно меныпему изменению измеренного переменного тока (напря-, жения), т.е. мощности контролируемой спектральной составляющей, по сравнению с известным способом„ примерно в о> Я„раз, так как для фильтрации второй гармоники необходим полосовой фильтр с добротностью на несколько порядков меньшей чем для известного способа, а следовательно, и изменение его резонансной .1: тоты будет во столько же раз меньше.

Кроме того, в предлагаемом способе измерения мощности спектральной составляющем фазомодулированного сигнала изменение частоты несущей Ио вообще не сказывается на точности контроля„ что является существенным преимуществом спссоба по сравнению с известным, так как при квадратичном амплитудном детектировании фазомодулированного сигнала осуществляется транспортирование спектра входного сигнала в область низких частот.

Применение предлагаемых способа и устройства особенно актуально в пассивных квантовых стандартах частоты, так как вследствие подвозбуждения умножителя частсты с высокой кратностью, используемого в составе таких стандартов, спектр его выходного сигнала может изменяться в широких пределах. При этом становится невозможной даже при фиксированном индексе модуляции оценка с приемлемой точностью мощности спектральной составляющей по полной мощности сигнала известным способом.