Спектральный измеритель инерционности частотных и фазовых модуляторов Советский патент 1987 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения постоянной времени установления частоты и фазы соответственно частотных и фазовых модуляторов в радиотехнических системах, использующих сигналы с частотной (фазовой) модуляцией или автоматическую подстройку частоты и фазы колебаний.

Цель изобретения - рас ширение функциональных возможностей за счет измерения постоянной времени установления фазы фазовых модуляторов ;И динамической крутизны настроечных характеристик модуляторов.

На чертеже представлена структурная схема спектрального измерителя инерционности частотных и фазовых модуляторов.

Измеритель содержит исследуемый модулятор 1, смеситель 2, первый усилитель-ограничитель 3,первый усилитель 4 промежуточной частоты, первый амплитудньй детектор 5, первьй блок 6 вычитания, гетеродин 7, второй усилитель 8 промежуточной частоты, второй амплитудный детектор 9, делитель 10 напряжения, третий усилитель 11 промежуточной частоты, третий амплитудный детектор 12, блок 13 сравнения, второй усилитель-ограничитель 14, первый частотный детектор 15, первый усилитель 16, первый индикатор 17, первый 18 и второй 19 генераторы модулирующего напряжения третий усилитель-ограничитель 20,втоВыхрп; первого фильтра 32 верхних частот подключен также к второму вхо ду второго блока 22 вычитания через последовательно соединенные второй полосовой фильтр 34 и шестой амплитудный детектор 35. При этом выход первого генератора 18 модулирующего напряжения подключен к второму входу второго усилителя 21 и через третий усилитель-ограничитель 20 - к

рой усилитель 21, второй 22 и третий 23 блоки вычитания и второй индикаторов второму входу второго сумматора 31 24. Кроме того, введены переключа- напряжений. Выход второго усилителя тель 25 рода работ, первый фильтр 26 нижних частот, первый сумматор 27 напряжения, второй фильтр 28 нижних частот, первый полосовой фильтр 29, 45 четвертьй амплитудный детектор 30, второй сумматор 31- напряжений, первый фильтр 32 верхних частот, пятый амплитудный детектор 33, второй поло- совой фильтр 34, шестой амплитудный 50 детектор 35, третий фильтр 36 нижних частот и третий усилитель 37,

Выход исследуемого модулятора 1 подключен к входу первого фильтра

21 также подключен к второму индикатору 24 через пятый амплитудный детектор 38, Выход первого частотного детектора 15 через третий усилитель 11 промежуточной частоты и третий амплитудный детектор 12 соединен с вторым входом первого усилителя 16, выход которого подключен к второму входу первого сумматора 27 напряжений.

Выход первого блока 6 вычитания подключен к первому индикатору 17,

а выход переключателя 25 рода рабо- 26 нижних частот через последователь- 55 являющийся первым выходом изме- но соединенные смеситель 2, первый усилитель-ограничитель 3, первый усилитель 4 промежуточной частоты, первьй амплитудньй детектор 5 первьй

рителя, подключен к управляющему входу исследуемого модулятора 1. Второй вход переключателя 25 рода работы соединен с выходом первого

91891

блок

10

15

6 вычитания, делитель 10 напряжения, третий блок 23 вычитания, третий фильтр 36 нижних частот, третий усилитель 37, второй генератор 19 модулирующего напряжения, первый усилитель 16, блок 13 сравнения, второй усилитель 21 и первый сумматор 27 напряжений. При этом выход первого усилителя-ограничителя 3 подключен к второму входу смесителя 2 через последовательно соединенные первый частотный детектор 15, второй фильтр 28 нижних частот и гетеродин . 7, также выход усилителя-ограничителя 3 -соединен с вторым входом первого блока 6 вычитания через последователь-; но включенные второй усилитель 8 промежуточной частоты и детектор 9.При этом выход второго генератора 19 модулирующего напряжения подключен к второму входу третьего блока 23 вычитания через последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 14, jr второй сумматор 31 напряжений, первый фильтр 32 верхних частот, первый по- лосовой фильтр 29, четвертый ампли- ; тудньш детектор 30 и второй блок 22 вычитания.

Выхрп; первого фильтра 32 верхних частот подключен также к второму входу второго блока 22 вычитания через последовательно соединенные второй полосовой фильтр 34 и шестой амплитудный детектор 35. При этом выход первого генератора 18 модулирующего напряжения подключен к второму входу второго усилителя 21 и через третий усилитель-ограничитель 20 - к

20

30

35

ов второму входу второго сумматора 31 напряжений. Выход второго усилителя 4550

второму входу второго сумматора 31 напряжений. Выход второго усилителя

21 также подключен к второму индикатору 24 через пятый амплитудный детектор 38, Выход первого частотного детектора 15 через третий усилитель 11 промежуточной частоты и третий амплитудный детектор 12 соединен с вторым входом первого усилителя 16, выход которого подключен к второму входу первого сумматора 27 напряжений.

Выход первого блока 6 вычитания подключен к первому индикатору 17,

а выход переключателя 25 рода рабо- являющийся первым выходом изме-

рителя, подключен к управляющему входу исследуемого модулятора 1. Второй вход переключателя 25 рода работы соединен с выходом первого

3

фильтра 26 нижних частот, а первы его вход соединен с выходом первог сумматора 27 напряжений, при этом первый вход смесителя 2 является входом измерителя.

Устройство работает следующим о рйэом,

При измерении постоянной времен установления частоты исследуемый .частотный модулятор 1 модулируется одновременно двумя синусоидальными напряжениями с равными амплитудами и соответственно с частотами Л и

Q,

Это достигается за счет подачи модулирующего напряжения с выхода первого сумматора 27 (переключатель 25 в первом положении) на управляющий вход исследуемого частотного модулятора 1. Сумматор 27 напряжений может выполняться на резисторах. Равенство амплитуд двух модулирующих напряжений, поступающих на входы сумматора 27,поддерживается автоматически с помощью блока 13 сравнения и усилителя 21 с регулируемым козффициентом усиления. При этом сигнал с выхода усилителя 16 используется в качестве опорного и поступает на вход блока 13 сравнения. Блок может, например, вьтол- няться на двух амплитудных детекторах, работающих на общую нагрузку. При этом входы первого и второго амплитудных детекторов являются соответственными входами блока 13 сравнения .

При малых индексах частотной ляции Р|,П,ЗИ |i 0,3 спектр нала исследуемого частотного мод тора определяется только двумя п рами боковых составляющих с част ми сОо±Л, HCJo4$2 . Выходной сигнал исследуемого модулятора 1 образуется на промежуточную част посредством смесителя 2 и гетеро на 7, частота которого устанавли 35 ся в соответствии с диапазоном р чих частот исследуемого генерато Это позволяет исследовать инерци свойства частотных модуляторов,р ботающих на разных частотах.

Для образования дискриминационной характеристики амплитудные детекторы должны быть разнополярными. В случае 40 различий в амплитудах двух модулирующих сигналов блок 13 вырабатывает напряжение соответствующей величины и знака, поступающее на управляющий вход усилителя 21. Под воздействием 45 стотного модулятора 1 подводится этого напряжения изменяется коэффици- к усилителям 4 и 8 промежуточной

При этом первый вход смесител 2 является входом измерителя. Пр образованный в диапазон промежут ных частот сигнал исследуемого ч

ент передачи усилителя 2.1 и соответственно величина его выходного напряжения, которая приводится к величине выходного напряжения усилителя 16. Изменение коэффициента передачи усилителя 21 может достигаться, например, за счет введения сигнала управления в цепи установки рабочих точек усилительных приборов по управляющим электродам.

При осуществлении модуляции исследуемого модулятора 1 одновременно напряжениями с частотами Si, и Г2 2

спектр его выходного сигнала состоит из следующих составляющих: несущей частоты Qj с амплитудой, пропорциональной произведению бесселевык функций нулевого порядка от аргументов, представляющих собой индексы частотной модуляции /3, и Рг ; боковых частот СОд t пй,с амплитудами, пропор0

5

циональными произведениям где 1„(р,) и TO( бесселевы фун- - кции п-го нулевого порядков от аргументов fi, и fij соответственно; боковых частот амплитудами, пропорциональными произведениям Ip((ii) 1о(Э.),где 1р(рр и „(/},) бесселевы функции р-го и нулевого порядков от аргументов , и соответственно; дополнительных боковых частот QO ± (р Q t п гг,)ямплиту- да которых пропорциональна произведению бесселевых функций от аргументов р, и 2 причем порядок этих функций определяется целочисленными коэффициентами р и п.

При малых индексах частотной модуляции Р|,П,ЗИ |i 0,3 спектр сигнала исследуемого частотного модулятора определяется только двумя парами боковых составляющих с частотами сОо±Л, HCJo4$2 . Выходной сигнал исследуемого модулятора 1 преобразуется на промежуточную частоту посредством смесителя 2 и гетеродина 7, частота которого устанавливает- 5 ся в соответствии с диапазоном рабо- ; чих частот исследуемого генератора. Это позволяет исследовать инерционные свойства частотных модуляторов,работающих на разных частотах.

0

5

0

0 5 стотного модулятора 1 подводится к усилителям 4 и 8 промежуточной

стотного модулятора 1 подводится к усилителям 4 и 8 промежуточной

При этом первый вход смесителя 2 является входом измерителя. Преобразованный в диапазон промежуточных частот сигнал исследуемого чачастоты и частотному детектору 15 через усилитель-ограничитель 3. Последний предназначен для нормирования уровня сигнала промежуточной частоты, поступающего с выхода смесителя 2, и уменьшения влияния со- гТутствующей паразитной амплитудной модуляции.

В качестве усилителей 4 и 8 могут быть использованы, например, многокаскадные усилители с нелинейными внутрикаскадными обратными связями или с последовательным де10

тектированием. При этом усилитель

4настраивается на промежуточную частоту о - 572 и предназначен для вьщеления из входного сигнала составляющей, соответствующей боковой частоте СОо i ; и получения напряжения совместно с амплитудным детектором 5, пропорционального логарифму этой составляющей, определяемого произведением ft Усилитель 8 имеет широкую полосу пропускания, но неперекрывающуюся

с полосой пропускания усилителя 4. Широкая полоса пропускания усилителя 8 обеспечивает выделение из вход- кого сигнала второй боковой составляющей с о 57, соответствующей боковой частоте сОд+Л во всем диапазоне перестройки частоты второго генератора 19, и получение совмест- но с амплитудным детектором 9 напряжения, пропорционального логарифму амплитуды этой составляющей, определяемого произведением T-oCfi,) 1,(. С выходов амплитудных детекторов

5и 9 сигналы поступают на блок 6 вычитания,в качестве которого может, например, использоваться дифференциальный усилитель постоянного тока,

Блоком 6 за счет вычитания сигналов, пропорциональных логарифмам амплитуд боковых составляющих,определяется разность логарифмов индексов частотной модуляции

(p,)I,(|i,)(|i)I,(p,)

гп fij - Епр,. (1)

, Следовательно, на выходе блока 6 вычитания получается напряжение, пропорциональное логарифму постоянной времени установления частоты с f исследуемого частотного модулятора 1, так как

In (j - ln|i, 3In a.-Cf (2)

при 3,0,3; fij 0,3; (3)

, 0,5 (tnn, - lnS72 ). W

12918916

пользоваться вольтметр.При градуировке шкалы индикатора 17 учитываются согласно уравнению (2) постоянный поправочный коэффициент,равный 3, и ве5 личина In Я, . Истинность определяемого значения постоянной времени установления частоты с исследуемого модулятора 1 обеспечивается за счет выполнения условий (3) и (4).

Выполнение условия (3) достигается за счет одновременного изменения амплитуд модулирующих напряжений с частотами п, и 2 Для этого сигнал с выхода усилителя-ограничителя 3 подается на частотный детектор 15, Из выходного сигнала частотного детектора 15 усилителем 1 Г выделяется сигнал с частотой S7, , амплитуда которого пропорциональна индексу частотной модуляции В, , Этот сигнал поступает на третий амплитудный детектор 12, выходное напряжение которого используется для регулировки коэффициента передачи усилителя 16, что обеспечивает поддержание величины индекса частотной модуляции 0,3 и соответственно jb 0,3, так как ,г.

Это позволяет, в отличие от известного измерителя, исследовать частотные модуляторы с различной крутизной настроечной характеристики. При этом крутизна настроечных ха- . рактеристик исследуемых генераторов

35 может принимать значения в интервале, определяемом диапазоном регулирования амплитуды выходного сигнала усилителя 16, который обычно составляет К 20 - 40 дБ, что позволяет исследовать модуляторы с максималь25

30

40

45

ной крутизной настроечной характерич

стики S-t- -J- К в 10,- 100 tn

раз больше, чем в известном устройстве S.

Р сохранении

-v.

0 одинаковых нижних границ по этому параметру..„ .

Напряжение с выхода блока 6 вычи- Выполнение условия (4) в измеритания поступает на отсчетный индика-теле осуществляется следующим об- тор 17, логарифмическая шкала которо- разом,

го проградуирована в величинах по- Напряжение с выхода генератора

стоянной времени установления часто-18 модулирующего напряжения постуты, например в наносекундах, В каче-пает на усилитель-ограничитель 20j

стве индикатора может, например, ис-где нормируется по амплитуде и по

ной крутизной настроечной характерич

стики S-t- -J- К в 10,- 100 tn

раз больше, чем в известном устройстве S.

Р сохранении

-v.

одинаковых нижних границ по этому параметру..„ .

ступает на вход сумматора 31. На второй вход сумматора 31 подается также нормированный по амплитуде усилителем-ограничителем 14 сигнал генератора 19 модулирующего напряжения. Сумматор 31 выполняется аналогично сумматору 27. С выхода сумматора 31 сигнал подается на фильтр 32 верхних частот. Нижняя частота среза фильтра 32 выбирается из условия О ср S7, . Выходной сигнал фильтра 32 верхних частот, выполняющий функцию дифференцирующей цепи, является двухчастотным, причем амплитуда каждой составляющей пропорциональна значению частоты S7, и 2 соответственно. Это обеспечивает одновременное измерение значений двух модулирующих частот одним фильтром 32 и в отличие от известного устройства существенно снижает влияние погрешностей при их измерениях на последующее вычисление отнощения Q, S7 и точность соблюдения условия (А).

Далее сигнал с выхода фильтра 32 верхних частот разделяется полосовыми фильтрами 29 и 34 на два частоных канала. Фильтр 29 вьщеляет сигнал с частотой S2, , а фильтр 34 обеспечивает выделение сигнала с частотой Sl всей полосе перестроки генератора 19.

С выходов фильтров 29 и 34 сигналы через амплитудные детекторы 30 и 35, имеющие логарифмические козффи- циенты передачи, поступают на вход блока 22 вычитания, который выполняется аналогично блоку 6. Напряжение с выхода блока 22, пропорциональное разности логарифмов модулирующих частот J2, . и 57, подается на вход блока 23 вычитания, на другой вход которого через делитель 10 напряжения на полтора поступает напряжение пропорциональное разности логарифмов индексов частотной модуляции |Ь к Iby

При невыполнении условия (4) на выходе блока 23 вьщеляется напряжение сигнала ошибки, которое через фильтр 36нижних частот и усилитель 37 подается на управляющий вход генератора 19, Под воздействием напряжения ошибки осуществляется пе- рестройка частоты генератора 19 и замыкается кольцо обратной связи по автоматическому обеспечению выпол 2918918

нения условий (4). При этом постоян- ная времени цепи обратной связи определяется фильтром 36 и выбирается в 5 - 10 раз больше, чем в конце 5. обратной связи, обеспечивающем поддержание постоянства величины индекса модуляции р, .

С выхода усилителя 21 сигнал подается через амплитудный детектор 33 на второй индикатор 24, по шкале которого отсчитывается крутизна динамической модуляционной характеристики исследуемого частотного модулятора - ,1 . Градуировка шкалы индикатора 24, в качестве которого может использоваться, например, вольтметр, осуществляются в МГц (кГц) на В, в соответствии с условием

20

S С, и

тт) л 1 5

где С, 3, п, 0,3п, const,

Для устранения влияния на точност 25 измерения нестабильности несущей частоты сигнала исследуемого частотного модулятор а 1 низкочастотная составляющая выходного напряжения частотного детектора 15 с переходной 30 частотой Q „р QO вьщеляется фильтром 28 нижних частот с частотой среза 57, и в качестве управляющего подается на гетеродин 7, чем обеспечивается стабилизация значения j5 промежуточных частот О + Q, и 97о4 Q Фильтр 28 выполняет функцию интегратора.

При подключении вместо исследуемого частотного модулятора 1 фазового 40 модулятора измеритель позволяет определить его постоянную времени , установления фазы и крутизну настроечной характеристики. Для этого управляющий вход исследуемого фазово- 45 го модулятора посредством переключателя 25 (второе положение) подключается к выходу фильтра 26 нижних частот, вьтолняющему функцию интегратора.

Этим обеспечивается получение на 50 выходе исследуемого модулятора сигнала, соответствующего случаю частотной модуляции, и справедливость соотношений (2) - (4). При этом постоянная времени установления 5 фазы отсчитьтается по щкале 17 индикатора, а крутизна динамической модуляционной характеристики Sq, определяется по индикатору 24, имеющему дополнительную градуировку шкалы,

например, в радиан/вольтах. Градуировка дополнительной шкалы индикатора 24 осуществляется в соответствии с условием

Scf с,и; „,

где С 0,3 К 55, Const;

К5 - коэффициент передачи

фильтра 26 на частоте П, ,

Таким образом, по сравнению с базовым объектом, в предлагаемом устройстве расширены функциональные возможности за счет возможности исследования фазовых модуляторов и определения постоянной времени установления фазы с одновременным измерением динамической крутизны модуляционной характеристики как частотных, так и фазовых модуляторов. Кроме того, в среднем в 10 раз расши,- ряются пределы допустимых различий по крутизне модуляционньпс характеристик исследуемых модуляторов с одним или несколькими управляющими входами. При этом предлагаемое устройство в отличие от известного обеспечивает возможность раздельного определени я указанных Параметров по каждому из управляющих входов, а также повьшение эффективности за счет автоматизации процесса измерения.

Формула изобретения

Спектральный измеритель инерционности частотных и фазовых модуляторов, содержащий последовательно соединенные исследуемый модулятор, смеситель, первый усилитель-ограничитель, первый усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, первый блок вычитания,последовательно соединенные делитель напряжения на полтора и третий блок вычитания, последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, вход которого подключен к выходу первого усилителя-ограничителя, и второй амплитудный дешифратор выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, последовательно соединенные третий усилитель промежуточной частоты и третий амплитудный детектор, последовательно соединенные первь1й генератор модулирующего напряжения н тр

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тий усилитель-ограничитель, последовательно соединенные второй генератор модулирующего напряжения и второй усилитель-ограничитель, а также блок сравнения, второй блок вычитания, выход которого подключен к второму входу третьего блока вычитания, первый усилитель, второй усилитель, первый индикатор, вход которого соединен с входом делителя напряжения на полтора, гетеродин, выход которого подключен к второму входу смесителя, в1 орой индикатор и частотный детектор, отличающийся тем, -что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные второй сумматор напряжения,первый фильтр верхних частот, первый полосовой фильтр и четвертый амплитудный детектор, выход которого подключен к входу второго блока вычитания, последовательно соединенные первый сумматор напряжения, первый фильтр нижних частот и переключатель рода работ, выход которого подключен к входу исследуемого модулятора, второй фильтр нижних частот и третий усилитель, выход которого соединен с входом второго генератора модулирующего напряжения, последовательно соединенные второй полосовой фильтр и шестой амплитудный детектор, выход которого подключен к второму входу второго блока вычитания, а также третий фильтр нижних частот, пятый амплитудный детектор, при этом выход второго генератора модулирующего напряжения через первьй усилитель подключен к первому входу первого сумматора напряжения и к второму входу блока сравнения, выход второго усилителя соединен с вторым входом первого сумматора, вторым входом блока сравнения и через пятый амплитудный детектор - с входом второго индикатора, выход первого сумматора соединен с вторым входом переключателя рода работ,при этом выход первого усилителя-ограничителя соединен через частотный детектор, а выходной фильтр нижних частот - с входом гетеродина, причем гетеродин выполнен управляе1«п 1м, выход частотного детектора подключен также к входу третьего усилителя промежуточной частоты, а выход третьего амплитудного детектора соединен с вторым входом первого усилителя, при

и129189112

этом выход второго усилителя ограни-а выход третьего блока вычитания - чителя подключен к первому входу вто-с входом третьего фильтра нижних ча- рого сумматора напряжений, по второмустот, выход блока сравнения соединен входу которогоподключен выход тре- .с первым входом второго усилителя, тьего усилителя-ограничителя, а вход 5первый вход которого соединен с выхо- второго полосового фильтра соединен ом первого генератора модулирующего с выходом фильтра высоких частот, вы-напряжения, выход первого блока выход третьего фильтра нижних частотчитания соединен с входом блока де- соединен с входом третьего усилителя,ления на полтора.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения постоянной времени установления частоты и фазы частотных и фазовых модуляторов в радиотехнических системах. Целью изобретения является расшй- рение функциональных возможностей. Устройство содержит исследуемый модулятор 1, смеситель 2, усилителиограничители 3, 14 и 20, усилители 4, 8 и 11 промежуточной частоты, амплитудные детекторы 5, 9 и 12, блоки 6, 22 к 23 вычитания, гетеродин 7, делитель 10 напряжения, блок 13 сравнения, частотные детекторы 15, усилители 16 и 21, индикаторы 17 и 24, генераторы 18 и 19 модулирующего напряжения. Для достижения поставленной цели в устройство введены переключатель 25 рода работ, фильтры 26, 28 и 36 НИЖНИХ частот, полосовые фильтры 29 и 34, амплитудные детекторы 30, 33 и 35, сумматоры 27 и 31 напряжений, фильтр 32 верхних частот и усилитель 37. Введение данных элементов позволило обеспечить измерение постоянного времени установления фазы фазовых модуляторов и динамической крутизны настроечных характеристик модуляторов. 1 ил. с 3 (Л Л