Способ измерения мощности фазомодулированного сигнала Советский патент 1984 года по МПК G01R21/06 G01R23/16 

Jffm)

-0.1.

(Л

l(m}

фигЛ Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в пассивных квантовых стандартах частоты, использующих некратное преобразование частоты по страиваемого кварцевого генератора„ Известен способ измерения мощности фазомодулированного сигнала, включающий амплитудное детектирование, фильтрацию постоянной составля щей и измерение постоянного тока (напряжения) ij « Однако данный способ не обеспечивает измерения мощности фазомодул рованного сигнала, его спектральной составляющей, так как измеряемый постоянньй ток (напряжение) пропорционален общей мощности фазомодулированного сигнала. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения .фазомодулированного сигнала, включающий фил рацию контролируемой спектральной составляющей (например, с частотой Wo 5.J «1 преобразование ее в постоя ньй ток, фильтрацию постоянной составляющей и измерение постоянного тока (напряжения). Операции преобразования контролируемой спектральной составляющей Б постоянный ток (квадратичное преобразование), филь рацию постоянной составляющей и измерение постоянного напряжения можн заменить одной известной операцией измерением переменного напряжения. В данном способе из фазомодулирован ного сигнала, определяемого выражениеми ti) UmCtntWottmuinSlMtl-UmpoWcOiH 4j((cx)( + + 3(( m) co iWo iSwH C.M(W о-aSlw) t+.. где U( - амплитуда модулированного сигнала, имеющего часто TyWcsl 51и частота модулирующего сиг нала; m индекс фазовой модуляцииj Зо(ш) , 1,(т), 3л(т) - функции Бесселя первого р да нулевого, первого и вт рого порядков соответстве но, фильтруется измеряемая спектральная составляющая , , (m)cos( например, узкополосным фильтром с резонансной частотойШр, равной (Ыд-Жщ), и шириной полосы тгропускания меньшей 51, . Затем перуиенное напряжение (ток) преобразуется в постоянное и измеряется ток (напряжение), пропорциональный мощности измеряемой спектральной составляющей 2. Недостатком этого способа является низкая точность измерения фазомодулированного сигнала во вр..- -;еыи при изменении внешних условий (например, температуры окружающей среды) и при изменении частоты несущей фазомодулированного сигнала. , Для фазомодулированного сигнала с несущей, лежащей в сверхвысокочастотном диапазоне, и частотой фазовой модуляции порядка нескольких МГц 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. Изменение частоты несущей фазомодулированного сигнала Ю приводит к изменению частоты (ijJo) контролируемой спектральной составляющей. При фиксированной резонансной частоте (л)р узкополоснэго фильтра контролируемое значение тока (напряжения) зависит от частот ЬЗ и Ыр, а именно, определяется амплитудно-частотной характеристикой узкополосного фильтра. Цель изобретения - повышение точности измерения, Поставленная це71ь достигается тем, что согласно способу измерения мощности фазомодулированного сигнала частотой uJs 51 включающему фильтрацию сигнала, и измерение переменного напряжения (тока), дополнительно перед фильтрацией производят амплитудное квадратичное .детектирование, а фильтрацию сигнала осуществляют на частоте где Wsj - частота несушей, v-t.- частота модулирующего сигнала. На фиг, 1 показана зависимость амплитуды второй гармоники В(т) моду лирующего сигнала на выходе квадрати ного амплитудного детектора и зависи мость Бесселевой функции 3(т) от ин декса фазовой модуляции; на фиг. 2 структурная схема примера реализации Согласно предлагаемому способу входной фазомодулированньй сигнал (1) детектируют по амплитуде (квадратично) , в результате чего происходит преобразование спектра и перенос его в область низких частот. После амплитудного детектирования образует ся сигнал, описываемый выражением (опуская постоянную составляющую и спектральные составляющие с частотами (А)ЛМ) : (m)cm1ft t C(... где k - постоянный коэффициент преоб разования амплитудного детек гора; ., (m) (m)); CM ) Выражения для B(m) и C(m) ириведе ны для малых индексов фазовой модуля ции т, т.е. при учете в контролируемом сигнале только несущей с частото Ыо и боковых с частотами а)(И, Ыо 12Яд В полученном транспортированном спектре присутствуют только четные гармоники модулирующего сигнала, т.е. гармоники с частотами пйц, где ,. 4, 6, ..., и нет нечетных гармоник с частотами л5, где , 3, 5 ... Причем, наибольшую амплитуду при малых индексах m фазовой модуляции (до наступления перемодуляции) контролируемого сигнала имеет вторая гармоника модулирующего сигнала, описываемая выражением А (m).cos 22„ t (4) Амплитуда этого сигнала для отдельных областей изменения индекса фазовой модуляции m пропорциональна квадрату амплитуды контролируемой . спектральной составляющей, определяе мой выражением (2), т.е. мощности контролируемой спектральной составляющей с точностью до константы. Так при индексе фазовой модуляции ,4 (и при значениях m близких к этому значению) Бесселева функция нулевого порядка в вьфажении для В(т) равна нулю 3(5(, 4)0 и амплитуда второй гармоники модулирующего сигнала А прямо пропорциональна мощности контролируемой спектральной составляющей. При малых индексах фазовой модуляции (т от О до 0,6) -зависимости Б(т) и l(in) аппроксимируется линейными зависимостями, соответственно, равными иоС-т (фиг.1). В этом случае амплитуда второй гармоники модулирующего сигнала А прямо пропорциональная мощности контролируемой спектральной составляющей. В общем случае для (, т.е. от нуля до значения т, при котором В(га)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 l(m)/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 (напряженил). В данном устройстве входной фазомодулированный сигнал, описываемый выражением (1), детектируется по амплитуде амплитудным (квадратичньЫ) 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 но присутствуют четные гармоники, кратные частоте модулирующего сигнала. Наибольшую амплитуду при малых индексах фазовой модуляции m (до пере модуляции) контролируемого сигнала имеет вторая гармоника модулирующег сигнала, описываемая выражением (4) На фиг. 1 показана зависимость амплитуды В(ш) второй гармоники мод |яирующего сигнала на выходе квадратичного амплитудного детектора 1 от индекса фазовой модуляции т. Значение В для малых индексов фазовой модуляции (т от О до 2, т.е. до кор ня функции В(т) при ) характеризует мощность первой боковой спектральной составляющей фазомодулиройанного сигнала. Так как первая боковая спектральная составляющая кон ролируемого фазомодулированного сиг нала пропорциональна Бесселевой фун ции первого рода нулевого порядка /(т) (для сравнения показана на фиг. 1), то амплитуда второй гармоники, определяемая выражением (4), l.(m)/B(m) раз (для усиленная в а ), равна абсолютному значению мо ности первой боковой спектральной составляющей контролируемого фазомо дулированного сигнала. Вторая гармоника модулирующего сигнала на выходе амплитудного детектора 1 фильтруется полосовым фильтром 2 второй гармоники модулирующего сигнала. Измеритель 3 переменного напряжения (тока) фиксирует амплитуду второй гармоники модулиру щего сигнала на выходе полосового фильтра 2. Причем детектор 4 работа ет в линейном режиме работы. В предлагаемом способе измерения мощности спектральной составляющей фазомодулированного сигнала, при заданной частоте модулирующего сигнала Jt, изменение внешних условий приводит к значительно меньшему изменению измеренного переменного тока (напря-. жения), т.е. мощности контролируемой спектральной составляющей. по сравнению с известным способом, примерно в oJo/й раз, так как для фильтрации второй гармоники необходг5м полосовой фильтр с добротностью на несколько порядков меньшей чем для известного способа, а следовательно, и изменение его резонансной частоты будет во столько же раз мсныче. Кроме того,, в предлагаемом способе измерения мощности спектральной составляющем фазомодулированного сигнала изменение частоты несущей Wo вообще не сказывается на точности контроля,, что является существенным преимуществом способа 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 частоты 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 полкой мощности сигнала известным способом,.

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.