Устройство для измерения коэффициента нелинейных искажений генераторов частотно-модулированных сигналов

 

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.

СОЮЗ COBETCHMX

NU

РЕСПУБЛИН

А за G 01 R 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И OTHPbITHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 69326 7 (21) 3572185/18-21 (22) 01.04.83 (46) 23.08.84. Бюл. II - 31 (72) Ю.Д. Болмусов (53) 621.317.353.1 (088.,8)

{56) 1. Авторское свидетельство СССР

N- 693267, кл. G 01 R 23/20, 1977 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

ГЕНЕРАТОРОВ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ

СИГНАЛОВ по авт. св. Р 693267, о т„.Я0„„11 09664 личающееся тем,что,с целью повышения разрешающей способ.ности измерения при широкополосной частотной модуляции, в него дополнительно введены последовательно соединенные стробоскопический смеси— тель 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 усипителя промежуточной частоты

1109664

Разрешающая способность измерения нелинейных искажений известного устройства при широкополосной частотной модуляции проверяемого генератора в основном ограничена влиянием сопутствукщей (паразитной) амплитудной модуляции, Сопутствующая амплитудная модуляция в амплитудном ограничителе на выходе усилителя промежуточной частоты вследствие известного явления амплитудно-фазовой конверсии пре— образуется в,фазовую модуляцию. В сигнале на выходе амплитудного ограничителя иэ-за нелинейности закона модуляции сопутствующей амплитудной модуляции и нелинейности закона преобразования амплитудной модуляции в фазовую появляются комбинационные составляюпц е Аазомодулированного внла (7 71 + РЛ ) . Эти составляющие

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для точных и прецизионных измерений коэффициента нелинейных искажений (КНИ) модулирующего напряжения генераторов частотт но-модулированных (ЧМ) сигналов различного назначения, в частности эталонных и образцовых генераторов, используемых в метрологии и поверочной практике.

По основному авт. св. В 693267 известно устройство для измерения

КНИ генераторов ЧМ, содержащее проверяемый и вспомогательный генераторы ЧМ сигналов, два источник1а моду- 15 линующих напряжений, выход первого из которых подключен к входу проверяемого генератора, а выход второго одновременно — к второму входу проверяемого и первому входу вспомога- 20 тельного ЧМ генераторов, выходы которых через второй смеситепь и полосовой фильтр .подключены к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к выходу второго 25 вспомогательного ЧМ генератора, вход которого связан через аттенюатор с первым входом проверяемого

ЧМ генератора, а также содержащее последовательно соединенные усилительзО промежуточной частоты, частотный детектор и анализатор спектра fg

Недостатком и зв ест ног о ус тр ойства является то, что в случае широкополосной частотной модуляции проверяе- З мого ЧМ генератора, оно не обеспечивает требуемой разрешающей способности измерения. суммируются с соответстэую ш ми комбинационными составляющими ЧМ сигнала возникающими в проверяемом генераторе, что приводит к огранич.ению разрешающей способности и увеличению погрешности измерения нелинейных искажений. Величины комбинационных фазово-модулированных 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 широкополосной 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 высо-. кой 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 ампли тудной модуляции, которая, суммируясь с сопутствующей амплитудной модуляцией проверяемого генератора, приво дит к ухудшению разрешающей 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 нелинейных искажений генераторов частотно-модулиро1109 ванных сигналов, содержащее проверяемый и вспомогательный генераторы

ЧМ сигналов, два источника модулирующих напряжений, выход первого из которых подключен к входу проверяе- 5 мого генератора, а выход второго одновременно — к второму входу проверяемого и первому входу вспомогательного ЧМ генераторов, выходы которых через второй смеситель, и поло-1ð совой фильтр подключены к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к выходу второго вспомогательного ЧМ генератора, вход которого соединен через аттенюатор с первым входом проверяемого

ЧМ генератора, последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, частотный детектор и анализатор спектра, дополнительно введены последовательно соединенные стробоскопический смеситель и полосовой фильтр, а также генератор стробимпульсов, 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.

На. чертеже приведена структурная

30 схема устройства.

Устройство содержит проверяемый

1 и вспомогательные 2 и 3 генераторы

ЧМ сигналов, блоки 4 ° и 5 модулирующих напряжений, второй смеситель 6 с полосовым фильтром 7, первый смеситель 8, усилитель 9 промежуточной частоты, частотный детектор 10, аттенюатор 11, анализатор 12 спект- 4р ра и вновь введенные стробоскопический смеситель 13, полосовой фильтр

14 и генератор 15 строб-импульсов, причем выход первого блока 4 модулирующих напряжений подключены к вхо- 45 ду проверяемого генератора 1, а выход второго блока 5 одновременно — к второму входу проверяемого 1 и первому входу вспомогательного 2 генераторов, выходы которых через второй смеситель 5р

6 и полосовой фильтр 7 подключены к первому входу первого смесителя 8, второй вход которого подключен к выходу второго вспомогательного генератора 3 ЧМ сигналов, вход которого 55 через аттенюатор 11 соединен с первым входом проверяемого генератора

1, при этом выход первого смесителя 8

664 4 через последовательно соединенные стробоскопический смесптель 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.

Ю

На проверяемый генератор 1 поступают сигналы двух модулирующих частот 1 и Я2 соответственно с блоков

4 и 5 модулирующих напряжений. На вспомогательный генератор 2 поступает сигнал только вспомогательной модулирующей частоты Л с блока 5.

Выходы проверяемого 1 и вспомогательного 2 генераторов подключены к входам смесителя 6 с полосовым фильтром 7. Регулировкой величины модулирующих напряжений блоков 4 и 5 значения девиации частоты с модулирующей частотой Л 2 проверяемого 1 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 . В ЧМ сигнале на выходе полосового фильтра

7 содержится составляющая с модулирующей частотой Д1 и. составляющие комбинационных частот (p1,) 1 + pp ) .

Эти комбинационные составляющие возникают в проверяемом генераторе 1 при его модуляции двумя частотами

Я1 и Я2 вследствие нелинейности его модуляционной характеристики . Комби национные составляющие несут полную информацию с .КНИ проверяемого генератора. 1. На вспомогательный генератор 3 через аттенюатор 11 поступает напряжение основной модулирующей частотыЛ с блока 4 модулирующих напряжений, синфа зное с модулирующим напряжением, подаваемым на проверяемый генератор 1;

Поэтому в сигнале разностной (промежуточной) частоты на выходе смесителя 8 компенсируется составляющая с модулирующей частотой Л 1. Таким образом в законе модуляции широкополосного с ЧМ сигнала на выходе смесителя 8 в общем случае содержится "остаток" составляющей с модули1 109664 рующей частотой Л 1, комбинационные составляющие вида (<>q- } zl н составляющие гармоник модулирующих частот Я1 и Л2 . Наличие гармоник модулирующих частот обусловлено не линейными искажениями вспомогательных генераторов 2 и 3. Кроме того, широкополосный ЧМ сигнал на выходе смесителя 8 имеет сопутствующую амплитудную модуля цию.

В законе амплитудной модуляции в общем случае могут быть составляющие с модулирующими частотами Л1 и Л2, их гармониками, а также комбинационные составляющие вида (11Д1+ }-эЯ2 ) . Для упрощения рассмотрения работы стробоскопического преобразователя частоты предполагаем, что широкополосный сигнал на выходе смесителя 8 модулируется по частоте и амплитуде некоторой комбинационной частотой Д) с индексом частотной модуляции, равным

Рк и коэффициентом сопутствующей амплитудной модуляции, равным Ng

Таким образом измеряемый ЧМ сигнал с амплитудной модуляцией, записанный выражением через спект" ральное разложение в ряд Фурье по функциям Басселя первого рода

И -ro порядка, поступает на первый вход стробоскопического смесителя 13. г>=+Оэ

U =U (!" „- Akt)Z J„(!>k)ccs(w„„snkk)t (11 где 1(m .I>U)»0îîòâåòñòâåííî амплитуда и несущая частота измеряемого сигнала. Одновременно от генератора 15 строб-импульсов иа второй вход стробоскопического смесителя 13 поступает строб-импульсный сигнал с частотой, следования, близкой к частоте )1,», /.а=Л},+аЛ (аЛ«41,) ! и спектральным разложением

U=У У вЂ” / (М ") (2} г g=> "кр.т /г где — длительность строб-импульса1

0„, - амплитуда строб-импульсного

>"2 сигнала; номер гармоники строб-имиульсиогс> сигнал:t

Нри достаточ>!о малой д-! п .иьности строб-имиул»са Г с» 1, р. мч! ми51п% p,Г/2

В этом слука- Г/2 чае выражение (2) упрощается и его

5 можно записать в виде

bc>>s () -() 51п к(p.1+v) (3}

2 1<=1

10 В стробоскопическом смесителе 13 осуществляется перемножение сигналов (1) и (3) . При этом на выходе стробо1скопич кого смесителя 13 си r нал

n =+I!t»ao

l! =U (S«>n„ccs>>st)Z .. Э (!> )со « ь

«(e „+ьХ ) tstn k (p.4+4j . (4}

В составе сложного сигнала (4) имеется трансформированный ЧМ сигнал с несущей частотой, равной разности между несущей частотой входного сигнала (А>по и частотой Ко — гармоники д строб-импульсного сигнала

> Литр пч 1" о

Этот ЧМ сигнал выделяется полосовым фильтром 14 и имеет вид

30 в= со

@ т (S kc s(>tk-!>c)t}Z Э„(>>„)сор*

f ((w„„-М>,)+n(»„-4))t-(k.n)V} <>,!

Из сравнения сигнала (6) на выходе полосового фильтра 14 с сигналом (1), поступающим на вход стробоскопического смесителя 13 видно, что сигнал (6), поступающий далее на вход усилителя 9 промежуточной частоты с амплитудным ограничителем, кроме уменьшенного значения несущей частоты, определяемого формулой (5), 45 имеет трансформированные (уменьшен ные) значения модулирующих частот амплитудной и частотной модуляций

-р = (1 тр и неизменные значения коэффициента сопутствующей амплитудной модуляции и индекса частотной модуляции. Поскольку индекс частотной модуляции трансформированного ЧМ сигнала ке изменяется (tI) =Js ), а модулирующая частота частотной модуляции уменьшается, то девиация частоты трансформированного ЧМ сигнала

1109664

Лк 5.10"

100 раз

5 104 ктр

Составитель Н.Михалев

Техред М.Надь Корректор М.йароши

Редактор И.Шулла

Заказ 6025/30 Тираж 711 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 также пропорционально уменьшается и определяется выражением к

К

Таким образом, на выходе стробоскопического преобразователя частоты ширбкополосный ЧМ сигнал с сопутствующей амплитудной модуляцией трансформируется в узкополосный ЧМ сигнал с сопутствующей амплитудной модуляцией, модулирующие частоты (7) и девиация частоты (8) которого могут быть существенно уменьшены выбором частоты фа) 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 п(Л„-/л) +р(Л вЂ”,и.) измеряются на выходе частотного детектора 10 анализатором 12 спектра относительно величины "остатка" составляющей с модулирующей частотой (Л„-ра1 и по известному соотношению с учетом величины компенсации составляющей с модулирующей частотой Ь1 определяется КНИ проверяемого.генератора 1.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает существенно более высокую разрешающую способность измерения КНИ генераторов ЧМ сигналов при широкополосной частотной модуляции. Предлагаемое устройство обеспечивает величину разрешающей способности измерения, примерно равную коэффициенту сжатия модулирующих "асто с „опия "ИктР

Например, модулирующие частоты 5

6 МГц широкополосной частотной модуляции удобно трансформировать в модулирующие частоты 50-60 кГц. С учетом изложенного величина по разре5 шающей способности при этом составляет

Кроме того, трансформация спектра широкополосного ЧМ сигнала в узкополосный позволяет существенно упростить по сравнению с известным ус тр ойс твом п остр оени е усилит еля промежуточной частоты, амплитудного ограничителя и частотного детектора.

Например, для измерения нелинейных

20 искажений при широкополосной частотной модуляции с величиной девиации и модулирующей частоты соответственно 10 и 5 — 6 МГц известным устройством требуется усилитель промежуточ25 ной частоты, амплитудный ограничитель и частотный детектор, работающие на промежуточной частоте 70—

140 МГц и с полосой пропускания в несколько десятков мегагерц. РеалиЗп зация узлов с такими характеристиками является сложной технической задачей. После трансформации спектра широкополосной 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

4> может быть использован стандартный измеритель девиации частоты, и реализация узлов не встречает существенных затруднений.