Устройство для определения коэффициентов гармоник квазисинусоидальной огибающей амплитудно-модулированного сигнала и его индекса сопутствующей угловой модуляции Советский патент 1988 года по МПК G01R23/20 

со

Изобретение может быть использовано для измерения малых значений коэффициентов гармоник квазисинусоидальной огибающей и индекса сопутствующей угловой модуляции амплитудно- модулированных (AM) сигналов при помощи анализатора спектра в случае, когда уровень измеряемых гармоник огибающей AM сигнала соизмерим или меньше уровня спектральных составляющих, порожденных в анализаторе спектра нелинейностью амплитудных характеристик его тракта передачи сигнала. Устройство содержит генератор (г) 2 исследуемого ДМ сигнала, Г 1 модулирующего сигнала, низкочастотные фазовращатель и аттенюатор 11 и 12 соответственно, высокочастотные аттенюатор и фазовращатель 8 и 9 соответственно, анализатор 15 спектра, сумматор 10, смесители 3, 6, 14, частотно-модулируемый Г 13, узкопо- полосный и полосовой фильтры 5 и 7 соответственно, гетеродин 4, Устройство имеет расширенные функциональные возможности. 5-ил. с & (Л С

Фиг.

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения малых значений коэффициентов гармоник квазисинусоидаль ной огибающей и индекса сопутствующей угловой модуляции ам,плитудно-мо дулированных (AM) сигналов при помощ анализатора спектра в случае, когда уровень измеряемых гармоник огибаю- щей AM сигнала соизмерим или меньше уровня спектральных составляющих, п рояхденных в анализаторе спектра из- за наличия нелинейности амплитудной характеристики его тракта передачи сигнала,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения малых значений коэффициентов гармоник огибающей и индекса сопутствующей угловой модуляции.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2-5 - спектр сигналов на выходе отделен- ных блоков устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 модулирующего сигнала и генератор 2 исследуемого Al-I сигнала, первый смеситель 3 подключенный к гетеродину 4 и через узкополосный фильтр 5, второй смеситель 6, полосовой фильтр 7, высокочастотный аттенюатор 8 и высокочастотный фазовращатель 9 - к сумматору 10, подключенный к генератору 1 низкочастотный фазовраш,атель 1 1 , низкочастотный аттенюатор 12, последовательно соединенное частотно-модулируемый (ЧМ) генератор 13, третий смеситель 14, анализатор 15 спектра, а также первьй 16, второй 17 и третий 18 переключатели

Устройство работает следующим образ ом „

Исследуемьм сигнал с гармониками огибающей и с сопутствующей угловой модуляцией (выключатель 16 находится в положении Включен .) подает- ся с выхода AM генератора 2 через переключатель 17, нaxoдяIl йcя в положении Включен, на первый вход первого смесителя 3, а также на сумматор 10,

Этот сигнал и (фиг, 2), содержа- ший спектральную составляющую с не- сущей частотой w , а также спектральные составляющие с частотами W, + k Л (k 1,2,3, спектральными

. Q 5

0

5

0

5

составляющими при k 3 в сигналах прецизионных AM генераторов можно пренебречь), имеет вид

3

U uCl+ т cos (kilt + 14)

k 1 vcos Wi t +/isin(flt +«/),

где m 1 - парциальные коэффициенты амплитудной модуляции m2«ni, mj«m,; т при k 7 3 практически отсутствуют ы и Я. - несущая и модулирующая частоты; р - индекс сопутствующей угловой модуляции (в прецизионных формирователях AM сигнала /- 10); ( - начальные фазы модулируго- функций с частотами kfl;

(у з ) - начальная фаза закона изменения частоты.

Спектр этого сигнала в случае малости т р, , mj р имеет вид

..3

U и .cos(kR соз w,t 1г-1

э

- /isinui t - sin(nt+u()- m,cos (kSlt +

+ qjj) р51п(Я t + 0 ) sinUitj ,

Амплитуда сигнала на частоте сО, имеет вид (фиг, 2)

ы-и tu(f)) .

Амплитуда сигнала на частотах w.,t ±51 имеет вид (фиг, 2)

Ц

и

и±Я 2m, р cos ч,, х

где V М ,- о .

Амплитуда сигнала на частотах a),t + 2Я имеет вид (фиг, 2)

Ц

5

0

Ц12Я /mi0.

и() (f±2(

Ш

/til 1 Р Т н

cos VjJ,

где 4 (4+ t, + of .

Амплитуды спектральных составляющих с частотами oj,+ il и ы + 2Я зависит как от коэффициента гармоник огибающей AM сигнала т, и т , так и от сопутствующей угловой модуляции с индексом /i .

(14970

Вклад угловой модуляции в амилиту- зависят от второй гарьюники огибающей ды спектральных составляющих с ча сто- тами C0i+ kf} при k 1 и k 3 пренебрежимо мал по сравнению с вкладом от амплитудной модуляции.

Сигнал AM гетеродинируется сигналом от гетеродина 4, причем частота сигнала гетеродина выбирается так,

чтобы Wi-Wj. и) , где резонанс- ю имеет вид нал частота узкополосного фильтра 5.

Таким образом на вход второго смесителя 6 поступает сигнал- с частотой Wi- u)c , а сигналы с частотами С(ш,+ ± kfl) -Шр подавляются фильтром 5 по 15 крайней мере на 50 дБ.

На втором смесителе происходит.г суммирование частоты uj,- частотой гетеродина to,, в результате чего на выходе полосового фильтра 7 имеется лишь сигнал с частотой со-,. Этот сигнал проходит через фазо1зра1цатель 9 и аттенюатор 8 и поступает на сумматор 10, в котором он суммируется с исходным AM сигналом. Фаза и амплитуда 25 сигнала с частотой w подбирается так, чтобы в спектре исходного сигнала подавить сигнал с несущей частотой (фиг. 3).

Таким образом на первый вход тре- зо вания при учете малости (1 и при пре- тьего смесителя 14 поступают лишь небрежении т р после умножения спектральные составляю1цие с частотами на U-jTcosuJ t -p sinoj t. sin(t+(/ ) , ca, ± 2Я, W,,± ЗЯ . ..

При разомкнутом переключателе 18 сигнал ЧМ генератора 13,выполняющего

ДМ сигнала (т) и от индекса частотной модуляции ft- Далее переключатель 18 переводится в положение Включен. После этого модулирующий сигнал поступает через фазовращатель 11 и аттенюатор 12 на ЧМ генератор 13.

Сигнал с выхода ЧМ генератора 13

Uj U2cos wit+p sin(fjt+o)j ,

где р - индекс угловой модуляции;

0 - начальная фаза модулирующего

сигнала.

Далее осуществляется преобразование сигнала с выхода сумматора 10, в котором подавлена компонента с час- 20 тотой со,, на третьем смесителе, на другой вход которого поступает сигнал ЧМ генератора вида

и U,; cos4j t-/3 sinWj, з1п(Я t +0) .

Спектральные составляющие с частотами 2Я сигнала после преобразоимеют вид

35

и.

.. V ° функции гетеродина, подается на второй вход третьего смесителя 14. Спект- ±2Дt ± () + -s;- cos (u,-W) t + ральная составляющая с частотой to, на входе смесителя 14 отсутствует и нелинейность амплитудйых характеристик смесителя 14 и анализатора 15 спектра не может образовать спектральные составляющие с частотой и)+ 2fi ,

+2Пс + CfJ+ - - oJ

Uj /ь m-i

cos ())t±(o(-(/) ,

40

его амплитуда

,Uw,±.

) -. (21)

так как подаваемый на смеситель 14 сигнал является по существу сигналом из двух частот:

1 W, +51 и Nl, .

которые в результате интермодуляционных искажений третьего порядка могут gg образовать лишь спектральные составляющие с частотами

2л)т - А)2 2 k)i+ 10, + ЗЯ; 2л1г -A)i 210,- 2Я-ы,-Л со,-ЗЯ

где J - сдвиг фаз между модулирующими функциями амплитуды и частоты.

При компенсации /, /ь ; . 55 Фаза и амплитуда модулирующего сигнала регулируется таким образом, чтобы спектральные составляющие на Таким образом, амплитуды спектраль- экране анализатора 15 спектра с час- ных составляющих с частотами ы,+ 2SI тотами 10,+ 2SI равны-по амплитуде и

зависят от второй гарьюники огибающей

ДМ сигнала (т) и от индекса частотной модуляции ft- Далее переключатель 18 переводится в положение Включен. После этого модулирующий сигнал поступает через фазовращатель 11 и аттенюатор 12 на ЧМ генератор 13.

Сигнал с выхода ЧМ генератора 13

имеет вид

Uj U2cos wit+p sin(fjt+o)j ,

где р - индекс угловой модуляции;

0 - начальная фаза модулирующего

сигнала.

Далее осуществляется преобразование сигнала с выхода сумматора 10, в котором подавлена компонента с час- тотой со,, на третьем смесителе, на другой вход которого поступает сигнал ЧМ генератора вида

и U,; cos4j t-/3 sinWj, з1п(Я t +0) .

Спектральные составляющие с частотами 2Я сигнала после преобразования при небрежении на U-jTcosu

имеют вид

35

и.

.. V

±2Дt

±2Дt ± () + -s;- cos (u,-W) t +

+2Пс + CfJ+ - - oJ

Uj /ь m-i

cos ())t±(o(-(/) ,

±2Дt ± (

40

его амплитуда

2Дt ± () + -s;- cos (u,-W) t

,Uw,±.

) -. (21)

ч. 2(2f5-)(Hi) cos U -of)t

4 4

-qr

2(ai)()%(EllfL)%2(HjJL) mj cos(o ) ,

где J - сдвиг фаз между модулирующими функциями амплитуды и частоты.

минимальны. При этом сопутствующая угловая модуляция AM сигнала скомпенсирована угловой модуляцией генератора 13. При компенсации /i р, / 7Г + (/ . Далее с помощью анализатора спектра определяется коэффициент гармоник без присутствия угловой модуляции (по второй гармонике)

У .1 - 2

и,.л

UcOi- Zfl

и

W,- л

Для измерения ft переключатели 16 и 17 переводятся в положение Выключено, а переключатель 18 остается в положении Включено. На выходе AM генератора имеется синусоидальный ВЧ-сигнал с несущей частотой со, который через сумматор 10 попадает на смеситель 14, где он гетеродинирует- ся сигналом с угловой модуляцией с индексом модуляции, ( от ЧМ генератора 13. На экране анализатора 15 спектра появляется спектр сигнала с угловой модуляцией с индексом модуляции /Ь (фиг. 4) .

При переключателях 16 и 17 в положении Выключено, а переключателе 18 в положении Включен на анализатор поступает сигнал с угловой модуля- цией

U2 (, )t-(-/J sin(flt+o) -к

Ujl J()cos(u)T+k;)t+)J,

(

при этом

J() J,(/i) Y

д J

.(/) 4- Jp(p) « 1; J(/5) ЛЗ(Р) О,

2

гдеи)р- частота гетеродина.

Индекс-сопутствующей угловой моду- ляции определяется из выражения

л л. 2 1- ; ,-Я

Р .. /, -- - 7

УСО,

J1(p) J7(jry

Коэффициент гармоник огибающей k. определяется следующим образом.

Переключатели 16 и 17 находятся в положении Включено, переключатель 18 Б положении Выключено. AM сигнал с выхода генератора 2 поступает на сумматор и на первый смеситель 3. Частот

5

10

25

35

40

50

45

а

гетеродина выбирается так, что (w,+ + Я -We) (ф Сигнал с частотой проходит через узкополосный фильтр, в то время, как сигналы с другими частотами окажутся подавленными. После смешения сигналов с частотами а;ф со, + Я - со Юс в смесителе 6 выделяется сигнал с частотой и), + Я , Фаза и амплитуда этого сигнала подбирается так, чтобы в результате суммирования с исходным сигналом в суг маторе 10 отсутствовала спектральная составляющая с частотой to,+51 (фиг. 5). В этом случае на вход смесителя 14 поступает по существу сигнал, состоящий из спектральных составляющих с частотами со и Wi - Я с большими амплитудами. При этом нелинейность амплитудной характеристики тракта смесителя 14 и анализатора 15 спектра практически не может образовать составляющую с частотой 351 . В этом случае

ч1,-ш )aj,

2 0т-л) 2u)i-Wi+5l a i+S1-; 2-J -л), 2coi - 2 Я -Wi Ыд - 2 Л

(спектральная составляющая с частотой ш,+ ЗЛ может образоваться при учете нелинейности пятого порядка, однако она настолько мала, что она в современных анализаторах не нормируется, так как соответствующие спектральные составляющие находятся ниже уровня щумов).

Таким образом, спектральная составляющая с частотой (О-)- ЗЯ является лишь следствием наличия коэффициента гармоник огибающей kp3(no третьей гармонике), так как вклад сопутствующей угловой модуляции в эту спектральную составляющую пренебрежительно мал, компенсировать угловую модуляцию нет необходимости. С помощью анализатора спектра определяется

,. и си, н-ЗЯ .

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициентов гармоник квазисинусоидальной огибающей амплитудно-модулиро- ванного сигнала и его индекса сопутствующей угловой модуляции, содержа-

7

щее генератор исследуемого амп модулированного сигнала, генер модулирующего сигнала, первьш которого через низкочастотный вращатель соединен с входом ничастотного аттенюатора, суммат высокочастотный фазовращатель лизатор спектра, о тлич аю

с я тем, что, с целью расширения фун-iQ кциональных возможностей за счет обеспечения измерения малых значений коэффициентов гармоник огибающей и индекса сопутствующей угловой модуляции, в него введены три смесителя, 15 частотно-модулируемый генератор, вспо- .могательный аттенюатор, полосовой фильтр, три переключателя, узкополосный фильтр и гетеродин, при этом второй выход генератора модулирующего 20 сигнала через первый переключатель соединен с управляющим входом исследуемого генератора амплитудно-модуа/;-35г cJf-ZSi о/,-Л Ц Ц 252 а/,

Фиг. 2

Ц-ЗЙ (jJj 2Si cJj-SLЦ+Л a/;f2jl , tJu

0we.J

непосредственно соединен с первым входом сумматора и через второй переключатель с первым входом первого с. смесителя, первый вход второго смесителя через узкополосный фильтр подключен к выходу первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина и с вторым входом второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, высокочастотньй аттенюатор и высокочастотный фазовращатель подключен к второму входу сумматора, выход низкочастотного аттенюатора через третий переключатель соединен с управляющим входом частотно-модулируемого генератора, выход которого через третий смеситель соединен с входом анализатора спектра, а выход сумматора соединен с вторым входом третьего смесителя.

i §K

tt

s

A

6Jf-2Si cJj Sl oJj (. а/,/2Л

Фие.

/

t Jj 3Si (Ji 2Si 0/;

Фиг.5

«4

CM

И

«s

«г

§1

5

r

A

t /

/

cJfi-2SL (.