Устройство для измерения коэффициента нелинейных искажений генераторов частотно-модулированных сигналов Советский патент 1984 года по МПК G01R23/20 

со

а

О5 4 1 .1 Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для точных и прецизионных измерений коэффициента нелинейных искажений (КНИ) модулирующего напряжения генераторов частотно-модулированных (ЧМ) сигналов различного назначения, в частности эталонных и образцовых генераторов, используемых в метрологии и поверочной практике. По основному авт. ев. № 693267 известно устройство для измерения КНИ генераторов ЧМ, содержащее проверяемьй и вспомогательный г.енераторы ЧМ сигналов, два источник а модулИ1.уюших напряжений, выход первого из которых подключен к входу проверяемого генератора, а выход второго одновременно - к второму входу проверяемого и первому входу вспомогательного ЧМ генераторов, выходы которых через второй смеситель и полосовой фильтр .подключены к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к выходу второго вспомогательного ЧМ генератора, вход которого связан через аттенюатор с первым входом проверяемого ЧМ генератора, а также содержащее последовательно соединенные усилител промежуточной частоты, частотный детектор и анализатор спектра (1J Недостатком известного устройства является то, что в широкополосной частотной модуляции проверяемого ЧМ генератора, оно не обеспечивает требуемой разрешающей способности измерения. Разрешающая способность измерени нелинейных искажений известного устройства при широкополосной частотной модуля1у1и проверяемого генератор в основном ограничена влиянием сопут ствующей (паразитной) амплитудной МОДУЛЯ1ЩИ. Сопутствующая амплитудная модуля1р я и амплитудном ограничител на выходе усилителя промежуточной частоты вследствие известного явления амплитудно-фазовой конверсии пре образуется в .фазовую модуляцию. В сигнале на выходе амплитудного ограничителя из-за нелинейности закона модупяции сопутствующей аьтлитудной модуляции и нелинейности закона преобразования амплитудной модуляции в фазопуш появляются комбинационные составляющие Лазомодулированного BitD,4 (П А f t PAj). Эти состанпяющие 4 суммируются с соответстзую1Щ ми комбинационными составляю Ш1ми ЧМ сигнала возникающими в проверяемом генераторе, что приводит к ограничению разрешающей способности и увеличению погрешности измерения нелинейных искажений. Величины комбинационных фазово-модулированньк составляющих вызванных влиянием амплитудной модуляции, обычно прямо пропорциональны значениям модулирующих частот, величине коэффициента сопутствующей амплитудной модуляции и величине коэффициента преобразования амплитудной модуляции в фазовую амплитудного ограничителя. Поэтому при широкополЪсной частотной модуляции проверяемого генератора, когда значения модулирующих частот, а также величины коэффициента сопутствующей амплитудной модуляции и коэффициента преобразования амплитудной модуляции в фазовую существенно возрастают, известное устройство не обеспечивает высоKoi4 разрешающей способности измерения КНИ в генераторах ЧМ сигналов. Кроме того, известное устройство обладает сложностью технической реализации широкополосного усилителя промежуточной частоты с амплитудным ограничителем и частотного детектора с предельно малой неравномерностью амплитудно-частотных характеристик в полосе Частот эффективного спектра широкополосной частотной модуляции. Неравномерность амплитудно-частотных характеристик- при частотной модуляции приводит к появлению дополнительной сопутствующей амплитудной модуляции, которая, суммируясь с сопутствующей амплитудной модуляцией проверяемого генератора, приводит к ухудшению ра; решающей способности измерения нелинейных искажений. .Полоса частот эффективного спектра при широкополосной частотной модуляции составляет обычно несколько десятков мегагерц. Построение трактов с такой полосой пропускания является сложной технической задачей. Целью изобретения является повышение разрешающей способности измерения при широкополосной частотной модуляции проверяемого генератора. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения коэффициента нелинейньк искажений генераторов частотно-модулиро3 . ванных сигналов, содержащее проверяемый и вспомогательный генераторы ЧН сигналов, два источника модулирую щих напряжений, выход первого из которых подключен к входу проверяемого генератора, а выход второго одновременно - к второму входу проверяемого и первому входу вспомогательного ЧМ генераторов, выходы которых через второй смеситель, и nan совой фильтр подключены к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к выходу второго вспомогательного ЧМ генерат ра, вход которого соединен через ат тенюатор с первым входом проверяемо ЧМ генератора, последовательно соединенные усилитель промежуточной ча тоты, частотный детектор и анализатор спектра, дополнительно введены последовательно соединенные стробоскопический смеситель и полосовой фильтр, а также генератор стробимпульсов, вькод которого соединен с первым входом стробоскопического смесителя, второй вход которого подключен к выходу первого смесител а выход полосового фильтра соединен с входом усилителя промежуточной частоты. На чертеже приведена структурная схема устройства, Устройство содержит проверяемый 1 и вспомогательные 2 и 3 генератор ЧМ сигналов, блоки 4.и 5 модулирующих напряжений, второй смеситель 6 с полосовым фильтром 7, первый смеситель 8, усилитель 9 промежуточной частоты, частотньш детектор 10, аттеню ор 11, анализатор 12 спектра и вновь введенные стробоскопический смеситель 13, полосовой фильтр 14 и генератор 15 строб-импульсов, причем выход первого блока 4 модулирующих напряжений подключены к вхо ду проверяемого генератора 1, а выхо второго блока 5 одновременно - к вто рому входу проверяемого 1 и первому входу вспомогательного 2 генераторов выходы которых через второй смесител 6 и полосовой фильтр 7 подключены к первому входу первого смесителя 8, второй вход которого подключен к выходу второго вспомогательного генера тора 3 ЧМ сигналов, вход которого через аттенюатор 11 соединен с первым входом проверяемого генератора 1, при этом выход первого смесителя 4 через последовательно соединенные стробоскопический смеситель 13, полосовой фильтр 14, усилитель 9 промежуточной частоты, частотный детектор 10 подключен к входу анализатора 12 спектра, причем к второму входу стробоскопического смесителя 13 подключен генератор 15 строб-импульсов. Устройство для измерения КНИ генераторов ЧМ сигналов работает следующим образом. На проверяемый генератор 1 поступают сигналы двух модулирующих частот Л и Л2 соответственно с блоков 4 и 5 модулирующих напряжений. На вспомогательный генератор 2 поступает сигнал только вспомогательной модулирующей частоты А 2. блока 5. Выходы проверяемого 1 и вспомогательного 2 генерат.оров подключены к входам смесителя 6 с полосовым фильтром 7. Регулировкой величины модулирующих напряжений блоков 4 и 5 значения девиации частоты с модулирующей частотой 2 проверяемого I и вспомогательного 2 генераторов устанавливаются равными. В этом случае ЧМ сигнал разностной (промежуточной) частоты на выходе полосового фильтра 7 не содержит модулирующей функции с вспомогательной модулирующей частотой Л 2, В ЧМ сигнале на выходе полосового фильтра 7 содержится составляющая с модулирующей частотой .составляющие комбинационных частот (fiA i РЛэ) Эти комбинационные составляющие возникают в проверяемом генераторе 1 при его модуляции двумя частотами Дf и Др вследствие нелинейности его модуля1шонной характеристики. Комбинационные составляющие несут полную информацию с КНИ проверяемого генератора 1. На вспомогательньй генератор 3 через аттенюатор 11 поступает напряжение основной модулирующей частоты Л ;j с блока 4 модулирующих напряжений, синфазное с модулирующим напряжением, подаваемым на проверяемый генератор 1; Поэтому в сигнале разностной (промежуточной) частоты на выходе смесителя 8 компенсируется составляющая с модулирующей частотой А , Таким образом в законе модуляции широкополосного с ЧМ сигнала на выходе смесителя 8 в общем случае содержится остаток составляющей с модулирующей частотой Л f , комбинационны составляющие випа () и составляющие гармоник модулирукици частот Л и Л2 . Наличие гармоник мод-улируюших частот обусловлено не линейными искажениями вспомогательных генераторов 2 и 3. Кроме того, широкополосный ЧМ сигнал на выходе смесителтя 8 имеет сопутствующую амплитудную модуляцию. В законе амплитудной модуляции общем случае могут быть составляющие с модулирующими частотами Л ti 2 их гармониками, а также комбинационные составляюи(ие вида (). Для упрощения раЬсмот рения работы стробоскопического преобразователя частоты предполага ем, что широкополосный сигнал на выходе смесителя 8 модулируется по частоте и амплитуде некоторой комбинационной частотой Лк с индек сом частотной модуляции, равным Эк и коэффициентом сопутствующей амплитудной модуляции, равным Hl Таким образом измеряемьй ЧМ си нал с амплитудной модуляцией, записанный выражением через спектральное разложение в ряд Фурье по функциям Басселя первого рода Ц-го порядка, поступает на первый вход стробоскопического смесите « 13. Г (Нм )S п(Р) где U т.1« „1соответственно амплитуд и несущая частота измеряемого сигнала. Одновременно от генератора 15 строб-импульсов па второй вход стр боскопического смесителя 13 поступает строб-импульсный сигнал с час TOTof следования, близкой к частоте Ли , () и спе ктральньгм разложением V-..(Vfv).u 2.t Т - дл 1тельность строб-импуль -амплитуда строб-импул1,сно сигнала; -номер гармоники строб-импульсного сигнала. достаточчо ма.юй л-ипеттьнос crpof.i-mtny.n 1.СЯ Г -f/iu. ИЧ(1Ж(1StnlcjU, этом случае выражение (2) упрощается и его можно записать в виде (|ubt/) . (3) В стробоскопическом смесителе 13 осуществляется перемножение сигналов (1) и (3). При этом на выходе стробо скопического смесителя 13 сигнал 4-00 ( ,h( , ()t5mk(|ui). В составе сложного сигнала (4) имеется трансформированный ЧМ сигнал с несущей частотой, равной разности между несущей частотой входного сигнала Юрц и частотой KQ - гармоники строб-1импульсного сигна.аа V/ Х/ Тр %ч Этот ЧМ сигнал вьщеляется полосовым фильтром 14 и имеет вид ,V() i(%4-Mfeol(V) . (Ь| Из сравнения сигнала (6) на выходе полосового фильтра 14 с сигналом (1), поступающим на вход стробоскопи 1еского смесителя 13 видно, что сигнал (6), поступающий далее на вход усилителя i9 промежуточной частоты с амплитудным ограничителем, кроме уменьщенного значения несущей частоты, определяемого формулой (5), имеет трансформированные (уменьшенные) значения модулирующих частот амплитудной и частотной модуляций А.-Дс ЛЛ (7) гр н неизменные значения коэффициента сопутствукицей амплитудной модуляции и индекса частотной модуляции. Поскольку индекс частотной модуляции трансформированного ЧМ сигнала не изменяется модулирующая частота частотной модуляции уменьшается, то девиация частоты трансформированного ЧМ сигнала

также пропорционально уменьшается и определяется выражением

ЧР

«

Таким образом, на выходе стробоскопического преобразователя частот ширс копапосный ЧМ сигнал с сопутствующей амплитудной модуляцией трансформируется в узкополосный ЧМ сигнал с сопутствующей амплитудной модуляцией, модулируюпщё частоты (7) и девиация частоты (8) которого могут быть существенно уменьшены выбором частоты (/и) следования импульсов генератора 15 строб-импульсов. С выхода полосового фильтра 14 узкополосный ЧМ сигнал поступает на вход усилителя 9 промежуточной частоты с амплитудным ограничителем и далее на вход частотного детектора 10, Комбинированные составляющие вида n((-f tf(-/ измеряются на выходе частотного детектора 10 анализатором 12 спектра относительно величины остатка составляющей с модулирующей частотой (Л.-yU.) и по известному соотнощению с учетом величины компенсации составляющей с модулирующей частотой Л определяется КНИ проверяемого генератора 1 .

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает существенно более высокую разрешающую способность измерения КНИ генераторов ЧМ сигналов при иирокополосной частотной модуляции. Предлагаемое устройство обеспечивает величину разрешающей способности измерения, примерно равную коэффициенту сжатия модулирующих частот К - д к/ЛктНапример, модулирующие частоты 5 6 МГц широкополосной частотной модуляции удобно трансформировать в модулирующие частоты 50-60 кГц. С учетом изложенного величина по разрешающей способности при этом составляет

5.

100 раз 5 -Ю-

Кроме того, трансформация спектра широкополосного ЧМ сигнала в узкополосный позволяет существенно упростить по сравнению с известным устройством построение усилителя промежуточной частоты, амплитудного ограничителя и частотного детектора.

Например, для измерения нелинейных искажений при широкополосной частотной модуляции с величиной девиации и модулирующей частоты соответственно 10 и 5 - 6 МГц известным устройством требуется усилитель промежуточной частоты, амплитудный, ограничитель и частотный детектор, работающие на промежуточной частоте 70 140 МГц и с полосой пропускания в несколько десятков мегагерц. Реализация узлов с такими характеристиками является сложной технической задачей. После трансформации спектра ишрокополосной частотной модуляции стробоскопическим смесителем несущая и модулирующая частоты, а также девиация частоты соответственно могут быть выбраны, например 1 МГц, 50 60 кГц и 100 кГц. Для детектирования такого узкополосного ЧМ сигнала может быть использован стандартньй измеритель девиации частоты, и реализация узлов не встречает существенных затруднений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ ГЕНЕРАТОРОВ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЬ1Х СИГНАЛОВ по авт. св. № 693267, о т13л SKSJSiEiiUii.i личающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности измерения при широкополосной частотной модуляции, в него дополнительно введены последоватедгьно соединенные стробоскопический смеситель и полосовой фильтр, а также генератор строб-импульсов, выход которого соединен с первым входом стробоскопического смесителя, второй вход которого подключен к выходу первого смесителя, а выход полосового фильтра соединен с входом усилителя .промежуточной частоты.