Устройство для измерения девиации частоты Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

ел

С

Изобретение может быть использовано для измерения девиации частоты. Цель изобретения - повышение точности измерения девиации частоты Ч М-сигнала-достигается введением в устройство компенсатора частотной модуляции 1 и аналогового делителя 6. Устройство содержит также смеситель 2, фильтр нижних частот 3, дифференциатор 4, широкополосный квадратурный фазовра- щатель 5, селективный фильтр 7, индикатор девиации частоты 8. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

vi о ел VI

(Я 00

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, может быть использовано для измерения девиации частоты с высокой точностью в широком динамическом диапазоне изменения несущей и модулирующей частот, также может найти применение в радиолокационных и радионавигационных системах.

Известно устройство для измерения девиации частоты, содержащее смеситель, ге- теродин, элемент совпадения, сумматор и индикатор.

Недостатком известного устройства является трудоемкость измерения, обусловленная необходимостью перестройки частоты гетеродина при изменении несущей частоты ЧМ колебания.

Кроме того, у известного устройства ограниченный диапазон значений измеряемых девиаций.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, усилитель промежуточной частоты (УПЧ). час- тотный детектор, последовательно соединенные регулируемый фазовраща- тель, квадратор и режекторный фильтр, последовательно соединенные квадратор, режекторный фильтр, сумматор и блок из- влечения квадратного корня, выход которого соединен с входом индикатора. Устройство также содержит гетеродин, селективный вольтметр, при этом входы регулируемого фэзовращателя и квадратора объединены между собой и подключены к выходу частотного детектора, второй вход сумматора соединен с выходом режектор- ного фильтра, вольтметр подключен к выходу сумматора.

Устройство работает следующим образом.

На вход смесителя 1 поступают исследуемый ЧМ- (или ФМ) сигнал с модулирующей частотой Q и опорный немодулируе- мый сигнал от гетеродина 12. Фильтром нижних частот смесителя 1 выделяется ниж- няя боковая полоса, усиливается усилителем 2 и демодулируется частотным детектором 3, причем на его выходе выделя- ется сигнал частоты и

На выходе каждого квадратора включен режекторный фильтр, подавляющий гармонику частоты Q. Для исключения влияния фазовых шумов гетеродина на точность из- мерения девиации Дш частоты необходимо из сигналов квадраторов исключить первые гармоники частоты Q, что осуществляется режекторными фильтрами 6 и 8.

Суммируя выходные сигналы фильтров 6 и 8 в линейном сумматоре 9 при идентичных квадраторах и режекторных фильтрах

при фазовом сдвиге п , вносимом фазовращателем 4, на выходе блока 10 извлечения квадратного корня получаем сигнал, прямо пропорциональный девиации частоты Дш.

Напряжение, пропорциональное измеряемой величине девиации частоты До, подается на измерительный вход индикатора 11. Масштабный коэффициент калибровки чувствительности индикатора по частоте определяется предварительно при подаче на вход известного устройства ЧМ-сигнала с известной величиной девиации частоты.

Селективный вольтметр 13 является вспомогательным индикатором, настраиваемым в процессе измерения на вторую гармонику модулирующей частоты, показания которого должны быть сведены к минимуму посредством регулируемого фазовращате- ля 4.

Недостатком известного устройства является большая трудоемкость измерения девиации частоты, обусловленная необходимостью применения операций перестройки регулируемого фазовращателя и гетеродина.

Другим недостатком является узкопо- лосность устройства по модулирующей частоте, так как применены режекторные фильтры, настроенные на фиксированную частоту, а также низкое быстродействие устройства, обусловленное узкополосными режекторными фильтрами.

Целью изобретения является снижение трудоемкости измерения с одновременным повышением быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения девиации частоты, содержащем смеситель, первый вход которого является входом устройства, и индикатор девиации частоты, введены последовательно соединенные фильтр нижних частот и дифференциатор, выход которого подключен к числительному входу аналогового делителя, а также компенсатор частотной модуляции, вход и выход которого подсоединены к первому и второму входам смесителя, и широкополосный квадратурный фазовращатель, вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход широкополосного квадратурного фазовращателя подсоединен к знаменательному входу аналогового делителя, выход которого через селективный фильтр подключен к входу индикатора девиации частоты.

Кроме того, компенсатор частотной модуляции содержит соединенные в кольцо первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор, усилитель с корректирующим фазовращате- лем и фазовый модулятор, к сигнальному входу которого подключены гетеродин и первый вход второго смесителя, вторым входом подключенный к входу частотного дискриминатора, а выход второго смесите- ля подсоединен к входу фильтра нижних частот, выход которого является выходом компаратора частотной модуляции, а его вход - первый вход первого смесителя.

Устройство для измерения девиации ча- стоты отличается от известного наличием компенсатора частотной МОДУЛЯЦИИ, широкополосного квадратурного фазовращате- ля, аналогового делителя, дифференциатора и новыми связями с остальными функ- циональными блоками устройства.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства для измерения девиации частоты; на фиг. 2 - структурная схема компенсатора частотной модуляции.

Устройство для измерения девиации частоты содержит (фиг. 2) компенсатор частотной модуляции 1, смеситель 2, фильтр нижних частот (ФНЧ) 3, дифференциатор 4, широкополосный квадратурный фазовра- щатель 5, аналоговый делитель 6, селективный фильтр 7, индикатор девиации частоты 8.

Аналоговый дифференциатор 4 с точностью дифференцирования 0,2-0,5% в полосе частот 20 Гц - 200 кГц может быть реализован согласно известном материалам.

Аналоговый делитель сигналов 6, обеспечивающий точность деления порядка 1 %, может быть реализован на микросхеме 525ПС2, согласно известной принципиальной схеме.

Устройство для измерения девиации частоты работает следующим образом.

Входной ЧМ-сигнал

UBx(t) UCm SinfCUct +

+/Ssln(Qt+y3rt)+p(cut)

(1)

одновременно поступает на входы компенсатора 1 частотной модуляции и смесителя 2. На выходе компенсатора 1 частотной модуляции получается сигнал несущей частоты (tic , не содержащей угловой модуляции:

1ше) Ul ( t ) Ккомп Ucm Sin ( We t +

+ p ( Ok ) + ,

„(u c)(tOc)

где Ккомп и pVoMn - модуль и аргумент коэффициента передачи компенсатора 1.

Сигналы UBx(t) и Ui(t) поступают на входы смесителя 2, на выходе которого включен фильтр нижних частот 3 и на его выходе выделяется сигнал разностной частоты:

U3 ( t ) Кем КФНЧ Ucm Sin ft Sin ( Qt +

) , + )-yVoMn ;

(3)

где Кем - коэффициент передачи смесителя 2;

Кфнч - коэффициент передачи фильтра нижних частот 3.

Далее сигнал УзО) дифференцируется дифференциатором 4, на выходе которого выделим сигнал:

Щ ( t ) Кдиф Кем Кфнч Р ЙТдиф Ucm COS (Qt )Ж

X cos Јsln ( Ш ) ,

(4)

где Кдиф и Гдиф - коэффициент передачи и константа времени дифференциатора 4.

Одновременно сигнал Ua(t) поступает на вход широкополосного квадратурного фазовращателя 5, на выходе которого получается сигнал вида

Us (t ) Кфв Кем Кфнч Ucm i

(vJc)

х cos /9sln (fit )-pKom,

(5)

где Кфв - коэффициент передачи широкополосного квадратурного фазовращателя 5.

В аналоговом делителе сигналов 6 сигнал U4(t) делится на сигнал Us(t) и на его выходе получается сигнал вида

U6(t) KAefl- U

(6)

Кдел Кем Кдиф Кфнч Тдиф (/3 fi) X

+ cos(fit + pfi) + Uui(t)

50

55

где Uiu(t) - напряжение шума;

Кдел - коэффициент передачи аналогового делителя сигналов 6.

Селективным фильтром 7 из смеси гармонического сигнала частоты QH шумов выделяется сигнал:

U (t ) Ксф Кдел Кем Кдиф КфНЧ Гдиф

,Ф(Јй) COS ( + $}/),

(7)

где КЬф и ф$- модуль и фазовый сдвиг коэффициента передачи селективногр фильтра 7.

Как следует из выражения (7), амплитуда гармонического колебания U(t) на выходе селективного фильтра 7 прямо пропор циональна ft Q -гг1- Q ДОДп. т.е. девиация частоты входного сигнала.

Компенсатор частотной модуляции (фиг. 3) содержит первый смеситель 9, усилитель промежуточной частоты 10, частотный дискриминатор 11. усилитель с корректирующим фазовращателем 12, гетеродин 13, фазовый модулятор 14. второй смеситель 15, фильтр нижних частот 16.

Компенсатор частотной модуляции работает следующим образом.

На входы первого смесителя 9 поступают сигналы соответственно (t) и Ui4(t):

(8)

UBx(t) UcmSln u)ct + +ft Sin ( Qt + р„ ) + p ( (Ос ) , UH(t) Urm8ln(UH+y)M(G), (9)

где (fa (o)r) - переменный фазовый сдвиг, вносимый фазовым модулятором 14 на сигнал гетеродина Ui3.

Этот фазовый сдвиг изменяется согласно закону ЧМ-входного колебания

V« ( (Or) Ку2 5ЧД ft Sin ( Qt +

+ p0 + py(Q)),

(10)

гй

где Ку2 - коэффициент усиления усилителя 12;

5чд - крутизна характеристики детектирования частотного дискриминатора 11;

ft - индекс частотной модуляции сигнала Uio(t) при замкнутой обратной системе связи (смеситель 9, УПЧ-10, частотный дискриминатор 11, усилитель 12, фазовый мо- дулятор14).

Сигнал на выходе УПЧ-10, выделяющего нижнюю боковую полосу:

Uio(t) КУ1 Ucm sin). GJhMt+/Jsln()+ + р(аъ)- Ку2 О8чд/8 sin (Qt + + y ft+0V(Q)),

где (On DT- оъ промежуточная частота; Kyi - коэффициент усиления усилителя УПЧ-10;

Ксм1 коэффициент передачи смесителя 9.

В хорошо отлаженной системе можно достигать условия:

Ку2 Зчд/3 Sin ( Qt + + ft, ( И) )

0sln(Qt+pn),

Выражение (11) принимает вид Uio(t) КУ1 КСм1 Ucm sln(Un4t + „,1).

(12)

(13)

Далее сигналы Uio(t) и Ui3(t) подаются на второй смеситель 15, на выходе которого включен фильтр 16 нижних частот, выделяющий сигнал:

Ul (t) КУ1 КСМ1 KCM2Ucmy (()((t)c).

Таким образом, выходной сигнал Ui(t) компенсатора 1 частотной модуляции изменяется синхронно с несущей частотой входного сигнала и не содержит частотной модуляции.

Все функциональные блоки компенсатора (фиг. 3)частотной модуляции широкого применения и могут быть любого исполнения.

Положительный эффект предлагаемого

устройства по сравнению с прототипом заключается:

в повышении технических параметров, заключающихся в расширении динамического диапазона изменения модулирующей

частоты исследуемого ЧМ сигнала;

снижении трудоемкости измерения девиации частоты за счет исключения настроечных операций в процессе измерения, что позволяет измерить в панораме девиацию

частоты при медленно изменяющейся несущей частоте ЧМ сигнала;

повышении быстродействия устройства за счет исключения узкополосных фильтров. Формула изобретения

1- Устройство для измерения девиации частоты, содержащее последовательно соединенные входной смеситель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с входами дифференциатора и квадратурного

фазовращателя, последовательно соединенные селективный фильтр и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения девиации частоты, в него введены компенсатор частотной модуляции, вход и выход которого

соединены с входами смесителя, и аналоговый делитель, входы которого соединены с выходами дифференциатора и квадратурного фазовращателя, а выход соединен с входом селективного фильтра.

16

„/5

Смеситель

Щ.

Смесит пь

U9

ш

U,

tt

. - &

ФЭЗЭЭЬ J

но&у/лятор

OJr

и,з

fanepodvn

13

тель с корректирующим фаэовращателем и фазовый модулятор, к сигнальному входу которого подключены гетеродин и первый вход второго смесителя, вторым входом подключенного к входу частотного дискриминатора, а выход второго смесителя подсоединен к входу фильтра нижних частот, выход которого является выходом компенсатора частотной модуляции, а его входом - первый вход первого смесителя.

U)г-и)

ю

Ufo

Vocmomfftev дискриминатор

U+

Усилитель г корреылир a&soApaut.