Устройство для измерения девиации частоты и нелинейных искажений частотно-модулированных сигналов Советский патент 1984 года по МПК G01R23/00 

Г щ

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.

Фиг

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

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

Однако это устройство не обеспечивает ВЫСОКОЙ точности измерения при больших значениях индекса ЧМ. При больших значениях индекса ЧМ для линейной трансформации спектра требуется создание в генераторе строб-импульсов спектра равновеликих составляющих в. широкой полосе частот без 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 устройство для измерения девиации частоты и коэффициента гармоник закона изменения частоты широкополосного ЧМ сигнала, содержат 1дее последовательно соединенные вхоД ной 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 дев-иометр 2.

Недостаток известного устройства заключается в большой погрешности измерения девиации частоты и низкой разрешающей способности измерения нелинейных искажений при больших индексах ЧМ. Это обусловлено тем, что при больших индексах спектр ЧМ сигнала roieeT большое количество боковых составлянхцих, 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 га1 доник строб-импульс но го сигнала, формируемого генератором строб-импульсов.

Нелинейная траисформация спектра приводит к лииейным и нелинейным искажениям ЧМ сигнала иа выходе стробоскопическогО преобразователя частоты. Линейные и нелинейные искажения ЧМ сигнала с большим индексом при трансформации спектра существенн 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 способHocT i измерения при больших индексах модуляции.

Поставленная цель достигается 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 стрюбоскопического смесителя и генератора строб-импульсов, выход которого соединен с первым входом стробоскопического смесителя, к выходу которого через полосовой фильтр подключен девиометр, дополнительно введены погследовательно включенные формирователь частотно-модулированных импульсов и управляемый цифровой делитель частоты, причем вход формирователя частотно-модулированных импульсов соединен с выходом широкополосного видеоусилителя, а выход управляемо.го цифрового делителя частоты под.ключен к второму входу стробоскопического смесителя.

Введение в устройство формирователя частотно-модулированных импуль5 сов с цифровым делителем частоты и включение их на входе стробоскопического смесителя позволяет уменьшить индекс входного ЧМ сигнала в М раз, где N - коэффициент деления делителя. При этом примерно в М раз уменьшается количество боковых составляющих в спектре ЧМ сигнала, поступающего на вход стробоскопического смесителя. В стробоскопическом .преобразователе частоты количество гармоник строб-импульсного сигнала, участвук щих в преобразовании сигнала, уменьшается также в N раз, чем обеспечивается высокая линейность трансформации спектра ЧМ сигналя. Выполнение делителя частоты в виде управляемого цифрового делителя с переменным коэффициентом деления позволяет в широких пределах изменения индекса входного ЧМ сигнала устанавливать на вхо5 де стробоскопического смесителя оптимальное для преобразования значение индекса ЧМ, При индексе в пределах 0,5-1 эффективный спектр ЧМ сигнала содержи не более 2-3 боковых составляющих. Линейная трансформация такого спект ра не встречает затруднений. Введение делителя частоты уменьшает в Ы раз значение девиации частоты в тракте девиометра. Это также примерно в N раз уменьшает .погрешность измерения девиации частоты и разрешающую способность измерения нелинейных искажений, вследствие уменьшенияискажений ЧМ сигнала в тракте девиометра. На фиг; 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 спект)рограммы сигналов на входе уст ройства фиг.2o(f,нa выходе делителя частоты (фиг.25)/ на выходе генератора строб-импульсов (фиг.2в) и на ВХОД9 девиометра (фиг. 2г). Устройство (фиг.11 содержит вход ной 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, тра форматор б спектра измеряемого сигнала, состоящий из генератора 7 строб-импульсов и стробоскопическог смесителя 8, выход которого через полосовой фильтр 9 подключен к девиомётру 10. Устройство работает следующим Образом. . Измеряемый ЧМ сигнала, прсмодули рованный синусоидальной функцией частотой и записанный через спектральное разложение в ряд Фурье по функциям Бесселя первого рода ti-ro iпорядка,поступает на вход входного смесителя 1 m, 3„(), U) |П V-О ( I соответственно ампл где и ,w,, /S туда, несущая часто к индекс ЧМ измеряем го сигнала. На второй вход смесителя 1 посту пает сигнал гетеродина: 2, U где и.„,, Шр - соответственно амплиту да и частота гетеродинного сигнала. С выхода широкополосного видеоусилителя 3f, являющегося одновременно и фильтром разностной частоты входного смесителя 1, на вход формиро вй теля 4 ЧМ импульсов поступает ЧМ сигнал.

-ЮО

и, и„,П ЗJp)5in(vд.„,nЯ)t (П

Пг-СО

писать в Виде

и.. и„с 5in1c(fx.

W S mS С промежуточной частотой ш„ц иИд + + 10р. Для примера на фиг. 2а показан спектр ЧМ сигнала с промежуточной частотой индексе ЧМ /J 5, соответствуюшчй 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 сигнсш можно записать в виде ±4S Е П J.m4 ЛМ ns-oc xsin(mu) + rtS)t, (э, где m - номер гармоники несущей импульсной последовательности ЧМ импульсов. На выходе цифрового делителя 5 частоты с коэффициентом деления имеем последовательность ЧМ импуль- n(P)s«n(n«K ( которая поступает на вход стробоскопического смесителя 8 трансформатора 6 спектра. На фиг.25 изображен спектр первой гармоники ) несущей частоты ЧМ сигнала на выходе делителя частоты с коэффициентом деления . Спектры более высишх гармоник ,5,... на фиг. 25 не показаны. Одновременно от генератора 7 строб-импульсов на другой вход стробоскопического смесителя 8 поступает строб-импудьсный сиснал с часй+л5тото.й следования//и, где. л 1,2,3,... , i; ла«5г ; ЛЙ«/It и спектральным разложением . .,„„,.--|., .я где t - длительность строб-импульса JC - номер гармоники строб-им«;г пульсиого сигнала. При достаточно малой длительности строб-импульса t -Д- множитель . stn(-С-J - -Li-f. k(u.r/2 ; - В этом случае выражение (5) упрощается и его можно заСпектр.строб-импульсного сигнала (б изображен на фиг.2д. При этом гармо ники, не участвующие в преобразовании спектра (фиг.25), показаны штриховыми линиями. В стробоскопическом смесителе 8 осуществляется перемножение сигналов (4) и (6). При этом на выходе стробоскопического смесителя 8 будет сигнал +0 +ОР sinl- l , .,,; , Sin R- n jtjsi ()Ut f} В составе сложнбго сигнала (7) имеё iся составляющая с разностной часто|той первой гармоники ( . несутцей частоты сигнала (4) и строб-импульс ным сигналом (б). Эта составляющая выделяется полосовым фильтром 9.v На выходе фильтра 9 получаем транс- форадрованный ЧМ сигнал V ,( -( где Kjj - номер составляющей стробимпульсного сигнала, совпйд ющей с центральной (несущей J частотой ЧМ сиг нала. Спектр трансфо| гарованног6ЧМ сигнала, соответствующий выражению (8), показан на фиг.2г. Спектр трансформированного ЧМ сигнала поступает на вход девиомётра 10, KOTO-Sрый измеряет девиацию частоты и коэффициент гармоник модулирующей функции трансформированного сигнала.- При этом измеряемая величина девиации частоты определяется с учетом коэффициента делени.я N делитедя. 5 частоты. Из сравнения сигнала.(8) с измеряемым сигналом {1), а также из рисунков I фиг. 2о(-г) видно, что сигнал (8), поступайщий на вход девиомётра, им|гет трансформированные (уменьшенные/ значения несущей частоты т, модулирующей частоты Д-р- Я-/4Д(10) и индекса ЧМ . Характеристики такого узкополосного ЧМ сигнала/ в частности девиация частоты и нелинейные искажения, могут быть достаточно точно и с высокой разр шакщей способностью измерены сравнительно узкополосным девиометроМ. . ... . ; &шолнейие в предлагаемом устройстве делителя частоты в виде управляемого цифрювого делителя с переменным коэффициентом деления позволяет при любых значениях йнденСа ходного ЧМ сигнала устанавливать на входе стробоскопического смесителя оптимальное для линейного преобразования. значение индексе. ЧМ. При индексе модуляции в пределах ;/э 0,5-1 эффективный спектр ЧМ сигнала содержит не более 2-3 боковых составляющих.

Ko-iKo-i i

TT.

S.TP

tl IT

at)