Устройство для измерения коэффициента гармоник по второй гармонике генератора и приемника частотно-модулированных сигналов Советский патент 1991 года по МПК G01R23/20 

ел

С

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для аттестации генераторов и приемников частотно-модулированных (ЧМ) сигналов. Цель изобретения - повышение быстродействия измерений. Устройство содержит опорный генератор 1 импульсов, счетчик 2 импульсов, постоянное запоминающее устройство 3, цифроаналоговый преобразователь 4, селективные усилители 5 и 12, генератор 6 ЧМ сигнала, смеситель 7, приемник 8 ЧМ сигнала, генератор 9 управляющих импульсов, блок 10 управления гетеродином, гетеродин 11, блок 13 автоматического регулирования усиления, инвертор 14, счетный триггер 15, ключи 16 и 17, фильтры 18 и 19 нижних частот, аналоговые двухканальные демультиплексоры 20 и 21, блоки 22 - 25 хранения выборки, сумматоры 26 и 27, аналоговый двухканальный мультиплексор 28, вольтметр 29 эффективного значения напряжения, генератор 30 импульсов, одновибратор 31. 1 ил.

-о:

О

ч|

- О О Ю

ройствоЗ, цифроаналоговый преобразователь 4, селективные усилители 5 и 12, генератор 6 ЧМ сигнала, смеситель 7, приемник 8 ЧМ сигнала, генератор 9 управляющих импульсов, блок 10 управления гетеродином, гетеродин 11, блок 13 автоматического регулирования усиления, инвертор 14, счетный триггер 15,

Изобретение относится к радиоизмери- тельной технике, предназначено для измерения нелинейных г ;кажений модулированных колебаний и южет использоваться для аттестации генераторов и приемников частотно-модулированных (ЧМ) сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия измерения.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные опорный генератор 1 импульсов, счетчик 2 импульсов, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 3, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, первый селективный усилитель 5, генератор 6 ЧМ сигнала, смеситель 7, приемник 8 ЧМ сигнала, а также генератор 9 управления импульсов, блок 10 управления гетеродином и гетеродин 11, выход которого соеди- нен с первым входом смесителя 7, второй селективный усилитель 12, блок 13 автоматического регулирования усиления, последовательно соединенные инвертор 14 и счетный триггер 15, ключи 16 и 17. фильтры 18 и 19 нижних частот (ФНЧ) и первые аналоговые двухканальные демультиплексоры 20и21.

Устройство сордержит также блоки 22- 25 хранения выборки, сумматоры 26 и 27, аналоговый двухканальный мультиплексор 28, вольтметр 29 эффективного значения напряжения, генератор 30 импульсов и одновибратор 31.

Второй выход счетчика 2 импульсов со- единен с управляющим входом второго ключа 16, а третий выход - с входом инвертора 14.

Первый выход генератора 9 управляющих импульсов соединен с входом блока 10 управления гетеродином и адресными входами демультиплексоров 20 и 21, а второй выход соединен с входом одновибратора 31. Выход последнего соединен с разрешающими входами демультиплексоров 20 и 21.

ключи 16 и 17, фильтры 18 и 19 нижних частот, аналоговые двухканальные де- мультиплексоры 20 и 21, блоки 22-25 хранения выборки, сумматоры 26 и 27, аналоговый двухканальный мультиплексор 28, вольтметр 29 эффективного значения напряжения, генератор 30 импульсов, одновибратор 31. 1 ил.

Первый и второй выходы первого демуль- типлексора соединены, соответственно, с входами третьего и четвертого блоков 24 и 25 хранения выборки, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора 27. Выход последнего соединен с вторым входом мультиплексора 28. Первый и второй выходы второго демультиплексора 20 соединены соответственно с входами первого и второго блоков 22 и 23 хранения выборки, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого сумматора 26. Выход последнего соединен с первым входом мультиплексора 28, адресный вход которого соединен с выходом генератора 30 импульсов, а выход - с входом вольтметра 29.

Выход приемника 8 ЧМ сигнала через блок 13 автоматического регулирования усиления соединен с вторым входом второго селективного усилителя 12, выход которого соединен с сигнальными входами ключей 16 и 17.

Устройство работает следующим образом.

В счетчике 2 импульсов с помощью опорного генератора 1 импульсов формируется линейно нарастающий код. При переполнении счетчика происходит его автоматический сброс, т.е. код на выходе счетчика 2 импульсов является периодическим.

Коэффициент деления частоты счетчика 2 импульсов выбирается таким, чтобы период повторения линейно нарастающего кода на его выходе был равен периоду модулирующего колебания испытательного сигнала. В ПЗУ этот линейно нарастающий код преобразуется в код гармонического колебания. При этом в ПЗУ 3 записывается функция синуса или косинуса (один период). ЦАП 4 преобразует этот код в аналоговый гармонический сигнал.

Поскольку ЦАП 4 имеет неидеальную характеристику преобразования, то на его выходе кроме требуемой гармоники могут возникать вторая и др. ее гармоники. Селективный усилитель 5 осуществляет фильтрацию высших гармоник и выделение первой гармоники модулирующего колебания. Этим обеспечивается требуемый гармонический характер модулирующего напряже- ния на оходе ЧМ генератора 6

В ЧМ генераторе 6 формируется испытательный сигнал, модулированный одним тоном. При формировании этого стигнала в законе частотной модуляции могут возник- нуть вторая и др. гармоники модулирующего колебания, которые характеризуют нелинейные искажения ЧМ генератора 6. Смеситель 7 преобразует частоту испытательного сигнала в частоту, на которую на- строен приемник 8 ЧМ сигналов. Для этого частота гетеродина 11 выбирается больше частоты ЧМ сигнала на выходе ЧМ генератора 6 на величину частоты настройки приемника 8 ЧМ сигналов При прохождении испытательного сигнала через приемник 8 ЧМ сигналов в законе частотной модуляции также образуются новые гармонические составляющие, обусловленные его искажения, таким образом, на выходе приемника 8 ЧМ сигналов кроме основной модулирующей гармоники появляются вторая и др. гармоники, причем уровень второй гармоники, как правило, является преобладающим по сравнению сдругими высшими гармоника- ми, Поскольку вторая гармоника могла возникнуть в генераторе 6 ЧМ сигналов и в приемнике 8, то она характеризует суммарный коэффициент гармоник по второй гармонике гемератора 6 и приемника 8.

Для того, чтобы измерить отдельно коэффициент гармоник по второй гармонике в ЧМ генераторе 6 и приемнике 8 частотно- модулированных сигналов, необходимо произвести перестройку гетеродина 11 на удвоенную частоту входного сигнала приемника 8, т.е. перестроиться на зеркальный канал. При этом закон частотной модуляции сигнала на выходе смесителя 7 инвертируется, однако вторая гармоника , возникающая в приемнике 8 ЧМ сигналов, поворачивается по фазе на 360 и остается неизменной.

Перестройка гетеродина 11 осуществляется с помощью генератора 9 управляю- щих импульсов, который генерирует прямоугольные импульсы с временем переключения, достаточные для установки переходных процессов во всех блоках измерителя, и с помощью блока 10 управле- ния гетеродином, который под действием управляющих импульсоо изменяет частоту гетеродина 11.

Коэффициент гармоник по второй гармонике определяется отношением амплитуды второй гармоники к амплитуде первой гармоники модулирующего колебания, поэтому для его измерения не обязательно выделять искомую вторую гармонику, возникающую в ЧМ генераторе 6 или в приемнике 8 ЧМ сигналов, а достаточно определить ее амплитуду

Отношение амплитуд гармоник можно определять, приводя знаменатель (амплитуду первой гармоники) к единице путем изменения коэффициента передачи измерительного гракта ч зависимости от амплитуды первой гармоники, которая практически совпадает с амплитудой колебания на выходе приемника 8 ЧМ сигналов. Блок 13 автоматической регулиропки усиления и выполняет уту функцию, т.е. он измеряет амплитуду напряжения на выходе приемника 8 ЧМ сигналов и в зависимости от нее уста- нарпивает требуемый коэффициент передачи второго селективного усилитепя 12. Узким образом, измеряя амплитуду искомой второй гармоники в предлагаемом устройстве, по существу измеряем коэффициент гармоник го второй гармонике.

При измерении второй гармоники, возникающей в генераторе 6 ЧМ сигналов, час- тога гетеродина 11 устанавливается выше частоты ЧМ генератора 6, и вторая гармоника на выходе приемника 8 ЧМ сигналов выделяется с помощью селективного усилителя 12 и подается на сигнальные входы ключей 16 и 17. Управляющие входы ключей 16 и 17 соединены, соответственно, с вторым выходом счетчика 2 импульсов, частота импульсов в котором о два раза больше ча- сюты старшего разряда, и через последовательно соединенные инвертор 14 и счетный триггер 15 - с третьим выходом счетчика 2 импульсов, частота импульсов в котором в два раза выше частоты импульсов на втором выходе

Инвертор 14 инвертирует импульсы с третьего выхода счетчика 2 импульсов, а счетный триггер 15 делит их частоту на два. Таким образом, частота управляющих импульсов ключей 16 и 17 получается одинаковой, равной удвоенной частоте модулирующего колебания и управляющие импульсы сдвинуты один относительно другого на четверть периода. В этом случае ключи функционируют как синхронные детекторы входного сигнала с. опорными колебаниями сдвинутыми на 90° одно относительно другою

Постоянная составляющая напряжения на выходе ключа прямо пропорциональна амплитуде второй гармоники молулирую- щзго колебания и косинуса фазового сдвига между пторий гармоникой и опорным коле

банием. Поскольку опорные колебания синхронных детекторов отличаются на 90°, постоянные составляющие, выделяемые с помощью ФНЧ 18 и 19 прямо пропорциональны проекциям второй гармоники на ор- тогональные оси координат.

С помощью аналогичных двухканаль- ных демультиплексоров 20 и 21 выходные напряжения ФНЧ 18 и 19 записываются соответственно в блоки 22 и 24 хранения вы- Оорки. Адрес этих блоков указывается управляющим импульсом с выхода генератора 9 управляющих импульсов, а момент записи напряжения определяется сигналом на разрешающем входе аналоговых демуль- типлексолров, который поступает с выхода одновибратора 31. Этот импульс должен по- яоитьсч после установления переходных процессов во всех блоках устройства, длительность этого импульса должна быть рав- i а г-ремени записи напряжения в блоках 72-25 /ранения выборки.

После записи напряжений в блоки 22 и 24 ранения выборки под действием управчющего импульса с выхода генератора 9 управляющих импульсов с помощью блока 10 управления гетеродином гетеродин 11 перестраивается на зеркальный канал. При этом вторая гармоника, возникающая в ЧМ генераторе , инвертируется, а время rap- моника, возникающая в приемнике 8 ЧМ сигналов, остается без изменений, Результирующая вторая гармоника на выходе приемника 8 ЧМ сигналов вновь выделяется вторым селективным усилителем 12 и, ана- логично первому случаю, подвергается преобразованию в ключах 16 и 17. Постоянные составляющие на выходах ФНЧ 18 и 19 теперь равны проекциям новой величины г- iopcn гармоники на ортогональные оси ко- ординат. С помощью аналоговых демультиплексоров 20 и 21 выходные напряжения ФНЧ 18 и 19 теперь записываются соответственно в блоки 23 и 25 хранения выборки. Носый адрес этих блоков определяется уп- равляющим импульсов на адресном входе анапоговых демультиплексоров 20 и 21.

Момент записи напряжений в блоки 23 и 25 хранения выборки и длительность записи аналогично первому случаю определя- спея импульсом на выходе одновибратора 31, подающимся на разрешающий вход аналоговых демультиплексоров 20 и 21 Сумматоры (вычитатели) 26 и 27 определяют разности проекции второй гармоники на ор- тстональные оси координат при двух условиях измерений: при настройке гетеродина на прямой и зеркальный каналы. Поскольку при перестройке гетеродина вторая гармоника, возникающая в приемнике 8 ЧМ сигналов остается неизменной, при вычитании она компенсируется. Вторая гармоника, возникающая в ЧМ генераторе 6, при перестройке на зеркальный канал инвертируется, поэтому результат вычитания величин второй гармоники при двух настройках гетеродина дает удвоенную величину второй гармоники, возникающей в ЧМ генераторе 6

Таким образом, разность проекций второй гармоники на ортогональные оси координат, получающаяся на выходах сумматоров (вычитателей) 26 и 27, определяет величина второй гармоники, возникающей в ЧМ генераторе 6. Амплитуда ее определяется с помощью аналогового мультиплексора 28, который под действием генератора 30 импульсов, соединенного с адресным его входом поочередно, на одно и то же время подключает выходы вычитателей 26 и 27 к входу вольтметра 29 эффективного значения напряжения, который и измеряет величину этой амплитуды. Таким образом, индикатор вольтметра 29 эффективного значения напряжения показывают величину, прямо пропорциональную коэффициенту гармоник по второй гармонике в генераторе 6 ЧМ сигналов.

Для измерения коэффициента гармоник по второй гармонике в приемнике 8 ЧМ сигналов вместо вычитателей 26 и 27 необходимо включить сумматоры. При этом в устройстве осуществляется не вычитание двух величин, а сложение. Поскольку при перестройке на зеркальный канал вторая гармоника, возникающая в приемнике 8, остается неизменной, а вторая гармоника, возникающая в генераторе 6, инвертируется, то при сложении получается удвоенная величина второй гармоники, возникающей в приемнике 8 ЧМ сигналов.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить измерения без применения каких-либо настроек и регулировок, что сокращает время измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента гармоник по второй гармонике генератора и приемника частотно-модулированных сигналов содержащее два сумматора, первый и второй селективные усилители, первый вход второго из которых соединен с выходом приемника частотно-модулированных сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены последова- тепьно соединенные опорный генератор импульсов, счетчик импульсов, постоянное запоминающее устройство и цифроана- логовый преобразователь, последовательно

соединенные инвертор, счетный триггер, первый ключ, первый фильтр нижних частот и первый демультиплексор, последовательно соединенные второй ключ, второй фильтр нижних частот и второй демультип- лексор, последовательно соединенные блок управления гетеродином, гетеродин и смеситель, а также одновибратор, четыре блока хранения выборки, мультиплексор,

вольтметр, генератор импульсов, блок автоматического регулирования усиления и генератор управляющих импульсов, первый выход которого соединен с входом блока управления гетеродином и адресными входами демультиплексоров, а второй выход соединен с входом одновибратора. выход которого соединен с разрешающим входом первого и второго демультиплексоров, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами первого и второ- го блоков хранения выборки, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора, а первый и

1 второй выходы перврго демультиплексора соединены соответственно с входами треть1его и четвертого.блока хранения выборки, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого соединен с вторым информационным входом мультиплексора, адресный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен с вольтметром, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом первого селективного усилителя, выход которого через генератор частотно-модулированного сигнала соединен с вторым входом смесителя, выход которого соединен с входом приемника частотно-модулированного сигнала, выход которого через блок автоматического регулирования усиления соединен с вторым входом второго селективного усилителя, выход которого соединен с сигнальными входами первого и второго ключей, управляющий вход которого соединен с вторым выходом счетчика импульсов, третий выход которого соединен с входо« инвертора.