Способ формирования частотно-модулированного сигнала и преобразования его параметров в код и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может использоваться, -..в частности, при метрологических измерениях параметров частотно-модулированного (Ч М) сигнала. Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение области применения. Стробирование сформированного ЧМ-сигнала квадратурными прямоугольными колебаниями не только с частотой модулирующего сигнала, но и с частотой второй, третьей и Т.д. гармоник: за целое число периодов модулирующего сигнала с последующим подсчетом числа переходов через нуль отселектированных ЧМ-сигналов позволяет получить коды для определения с повышенной точностью по математическим формулам парциальных, среднеквадратических и пиковых значений девиации частоты, сдвиги фаз, а также коэффициент гармоник закона частотной модуляции. Устройство для осуществления способа формирования. Ч М- сигнала и преобразования его параметров в код содержит спорны и генератор 1, аттенюатор 7, фильтр 8 нижних частот, генератор 9 ЧМ-сигнала, формирователь 10 импульсного ЧМ-сигнала, формирователь 11 строб-импульсов, формирователь 14 сброса, формирователь 15 измерительных интервалов времени, временные селекторы 16 - 19 и реверсивные счетчики 20,21.. Введение управляемого делителя частоты (УДЧ) 2, задатчикаЗ модулирующей частоты, формирователя 4 квазисинусоидального напряжения , УДЧ 5, за датчика 6 номера гармоник, задатчика 12 числа периодов-и УДЧ 13 позволяет достичь поставленную цель. 2 с. и 1 з.п, ф-лы, 1 ил. &tx03 „

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК I

ГОСУДАРСТВЕННЫМИ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (я)э 6 01 и 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (21) 4727640/21 (22) 07.08.89 (46) 23,03.92, Бюл. t4 11 (71) Иаучно-производственное объединение .: "Метрология" (72) В.И.Огарь (53) 621.317 (088;8) (56) Приборы и техника эксперимента 1982, : М 1, с. 140, Авторское свидетельство СССР

f4 1255952, кл, G 01 Я 23/ОО, 1986. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА И

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕГО ПАРАМЕТРОВ 8

КОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТ-ВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может использоваться, . в частности, при метрологических измерениях параметров частотно-модулированного (ЧМ) сигнала. Целью изобретения является повышение точности измерения и

° расширение области применения. Стробирование сформированного ЧМ-сигнала квадратурными прямоугольными колебаниями не только с частотой модулирующего сигнала, но и с частотой второй, третьей и

„, Ы2„, 1721533 А1 т.д, гармоник . за целое число периодов модулирующего сигнала с последующим подсчетом числа переходов через нуль отселектированных ЧМ-сигналов позволяет получить коды для определения с повышен ной точностью по математическим формулам парциальных, среднеквадратических и пиковых значений девиации частоты, сдвиги фаз, а также коэффициент гармоник законаа частотной модуляции, Устройство для осуществления способа формирования. Ч Мсигнала и преобразования его параметров в код содержит опорный генератор 1, аттенюатар 7, фильтр 8 нижних частот, генератор 9

ЧМ-сигнала, формирователь 10 импульвного ЧМ-сигнала, формирователь 11 строб-им пульсов, формирователь 14 сброса. формирователь 15 измерительных интервалов времени, временные селекторы 16 — 19 и реверсивные счетчики20,21.. Введение управляемого делйтеля частоты (УДЧ) 2, задатчика 3 модулирующей частоты, формйрователя 4 квазисинусоидального напряже-. ния, УДЧ 5, эадатчика 6 номера гармоник, задатчика 12 числа периодов и УДЧ 13 позволяет достичь поставленную цель. 2 с. и

1 э.п. ф-лы, 1 ил, йаду

1721533

Кг результирующии коэффициент rap моники;

K« — парциальныи коэффициент К-и гармоники, 5 F — частота модулирующего сигнала;

fo — опорная частота;

М вЂ” коэффициент деления частоты 1о, L — наименьшее общее кратное номеров измеряемых гармоник;

10 No — целое число периодов модулирующего напряжения, в течение которого производится подсчет числа ЧМ-колебаний;

Nx(), Ny(<) — число импульсов IM-сигнала, подсчитанное соответственно во время

15 действия смещенных относительно друг друга на четверть периода строб-импульсов с частотой К-й гармоники.

Справедливость приведенных математических выражений для ЧМ-сигнала в(т) с

20 близким к гармоническому закону изменением частоты может быть обоснована следующим образом. Пусть й) (t) = щ + 0, Л й4 sfn (f Q t + p ), 25 l =1 где Q = —.

2кР во — несущая частота IM-сигнала;

Лв — парциальная девиация частоты.

30 Квадратурные прямоугольные колебания с частотой К-й гармоники представим в виде

Поскольку разложение в ряд прямоугольных импульсов

40 sign(sin К Qt) — Х â€” sin(I К Qt)

4 1 ! =1,3,5 то, количество импульсов; накопленных за

No периодов. например, в реверсивных счетчиках составит

И „-к

q огсз йг

Kt дМ Кк 2

".г,, и,„

Й к — „йкк й1к) (кого кК ZIk,Ä) К„ ь 1М скк скк г Ю 1 гк

fo г. ьг

48IL причем пиковое значение девиации частоты 50 определяется как максимум и минимум функции Л f (t) = " 1 sin (2 л: F t + Р1) + 412 х х sin (4 zr F t + ) +„, Л 4 sin (2 zr K F t + ), где Л f< — парциальные девиации частоты с

К-й гармоникой; 55 р, — сдвиг фазы К-й гармоники закона модуляции;

Ь |ок — среднеквадратическое значение девиации; 2 II Ф

Изобретение относится к области радиотехнических измерений и может использоваться, в частности, при метрологических измерениях параметров частотно-модулированного сигнала (ЧМ).

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение области применения, Сущность способа состоит в том, что из опорной частоты fo на основе ее деления формируют модулирующий синусоидальный сигнал с частотой Е, квадратурные (т.е. смещенные друг относительно друга на четверть периода) прямоугольные колебания

К-й гармоники (К = 1,2...,) модулирующего сигнала и измерительный интервал времени, причем значение опорной частоты кратно частоте, в четыре раза превышающей величину наименьшего общего кратного ча. стот всех измеряемых К гармоник модулирующего сигнала, а измерительный интервал . времени равен целому числу No периодов модулирующего сигнала.

С помощью модулирующего синусоидального сигнала формируют выходной IM сигнал, который стробируют квадратурными прямоугольными колебаниями с частотой К-й гармоники модулирующего сигнала.

Затем подсчитывают число переходов через нуль отселектированных ЧМ-сигналов за измерительный интервал времени и определяют параметры выходного ЧМ-сигнала согласно математическим выражениям

<, Ос гМсФ)

" 1(« +). О, Ка+ Оя,...fu м +„(о1. 11

Тц

f VcgQfсЯф

2Ь|; Kti, к — -.- — — сосгг

=(к

"о ю(Ц5) п в п кд - ))

/ь

2)

1721533

50

Изменяя значения К и округляя величины Мхк, Кук при различных частотах селектирования, а также пользуясь свойствами рядов Фурье, путем последовательных выкладок возможен вывод всех математических формул способа, Гаким образом, использование особенностей ЧМ-сигнала обеспечивает синхронное выделение и интегрирование спектральных составляющих не самого "IMсигнала, а определение амплитуд и фаз гармоник закона модуляции, На чертеже представлена структурная схема устройства для осуществления описанного способа.

Устройство содержит опорный генератор 1, управляемый делитель частоты (УДЧ)

2, задатчик 3 модулирующей частоты, формирователь 4 квазисинусоидального напряжения, управляемый делитель 5 частоты, задатчик б номера гармоник, аттенюатор 7, фильтр 8 нижних частот, генератор 9 ЧМсигнала, формирователь 10 импульсного

ЧМ-сигнала, формирователь 11 строб-импульсов, задэтчик 12 числа периодов, уп равляемый делитель 13 частоты, формирователь .14 сброса, формирователь

15 измерительных интервалов времени, временные селекторы 16 — 19 и реверсивные счетчики 20 и 21.

Выход опорного генератора 1 через последовательно соединенные УДЧ 2, формирователь 4, аттенюатор 7, фильтр 8 и генератор 9 подключен к выходу устройства и входу формирователя 10, выход которого объединен с первыми входами временных селекторов 16 — 19. Первый, второй, третий и четвертый выходы формирователя 11 строб-импул ьсо в подкл ючен ы соответственно к вторым входам временных селекторов 16 — 19 и к первому, второму, третьему и четвертому входам формирователя 15, первый, второй; третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с третьими входами временных селекторов

16 — 19. Суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 20 подключены соответственно к выходам временных селекторов 16 и 17, а суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 21 — к выходам временных селекторов 18 и 19, причем входы сброса реверсивных счетчиков 20 и

21 объединены с выходом формирователя

14 сброса и входом сброса формирователя

15. Кодовые входы УДЧ 42 и УДЧ 5 соединены соответственно с выходами задатчиков 3 и 6, при этом вход УДЧ 5 подключен к входу формирователя 4, а выход — к второму входу формирователя 11 строб-импульсов, первый вход которого объединен с входом УДЧ

13 и вторым выходом формирователя 4. Кодовый вход УДЧ 13 подключен к выходу задатчика 12, а выход — к пятому входу формирователя 15.

Устройство для формирования ЧМ-сигнала и преобразования его параметров в код работает следующим образом.

Предварительно с помощью задатчиков

3, 6 и 12 устанавливают значения модулирующей частоты F, номера гармоники (начи-, ная с К = 1) и числа периодов N<.

Импульсы с выхода опорного генератора 1 с частотой 1, поступают через УДЧ 2 с коэффициентом деления M на формирователь 4 квазисинусоидального сигнала, где формируется 4L-ступенчатое квазисинусоидальное напряжение с частотой F, Например, при измерении 1 — 3-й гармоник L = 6 и число ступеней аппроксимации синусоиды равно 24. Изменяя коэффициент М деления

УДЧ 2, формируют требуемые значения частоты сигнала, который после установки амплитуды в аттенюаторе 7 и фильтрации в переключаемом фильтре 8 низких частот поступает в качестве модулирующего сигнала на генератор 9 ЧМ-сигнала.

Сигнал генератора 9 подается на выход устройства и на вход формирователя 10 импульсного ЧМ-сигнала, выходные импульсы которого следуют на первые входы временных селекторов 16 — 19. Одновременно с выхода УДЧ 2 импульсы с частотой 4LF поступают на вход управляемого делителя 5 частоты, коэффициент деления Кд которого определяется задатчиком б номера измеряемой гармоники закона модуляции. В данном примере при измерении 1-й гармоники

Кд = L = 6, при измерении 2-й гармоники

Кд = L/2 = 3, при измерении 3-й гармоники

Кд = L/3 = 2, С выхода УДЧ 5 импульсы с частотой вчетверо выше частоты измеряемой гармоники подаются на формирователь

11 строб-импульсов.

На выходах формирователя 11 стробимпульсов формируются импульсы с частотами KF, где К вЂ” номер гармоники, и имеюгцие сдвига фаз, равные 0; т;:г/2; 3 л/2 соответственно на его первом — четвертом выходах.

Сдвиги фаз на частотах гармоник отсчитываются от общего момента сброса, который поступает на формирователь 11 строб-импульсов один раз за период часто1721533 ты модуляции с формирователя 4 кваэисинусоидального напряжения. Выходной импульс формирователя 14 своим передним фронтом сбрасывает в нуль коды реверсивных счетчиков 20 и 21, а задним фронтом 5 разрешает запуск формирователя 15 по приходу первого импульса с выхода УДЧ 13 измерительных интервалов времени.

Одновременно противофазные импульсы соответственно с первого и второго, 10 третьего и четвертого выходов формирователя 11 строб-импульсов поступают на временные селекторы 16 — 19 и открывают их для прохождения импульсов IM-сигнала на реверсивные счетчики 20 и 21 квадратурных 15 компонент N» и Ny. По окончании измерительных временных интервалов временные селекторы 16 — 19 закрываются и коды на выходах реверсивных счетчиков переписываются и запоминаются для дальнейшей об- 20 работки согласно приведенным формулам.

По полученным данным определяются парциальные, среднеквадратические и пиковые значения девиации частоты, сдвиги фаз, а также коэффициент гармоник закона 25 частотной модуляции, т,е. достигается расширение области применения объекта эа счет определения дополнительных параметров ЧМ-сигналов, причем с повышенной точностью, 30

Формула изобретения

1. Способ формирования частотно-модулированного сигнала и преобразования

его параметров в код, в. котором сформированный частотно-модулированный сигнал 35 стробируют квадратурными прямоугольными колебаниями с частотой модулирующего сигнала. подсчитывают число переходов через "Оо отселектированных частотно-модулированных сигналов за измерительный 40 интервал времени, равный целому числу периодов модулирующего сигнала, и определяют по полученным отсчетам девиацию частоты и сдвиг фаз по первой гармонике, отличающийся тем,что,сцелью 45 повышения точности измерения и расширения области применения, частотно-модулированный сигнал дополнительно, стробируют квадратурными прямоугольными колебаниями с частотой К-й гармоники 50 модупирующего сигнала, подсчитывают число переходов через "0" отселектированных частотно-модулированных сигналов за измерительный интервал времени и определяют дополнительные параметры частот- 55 но-модулированного сигнала согласно математическим выражениям и 41 к, ° агс4о х

3 для Ко а кг g q И „ к4к я N„„° » к к 9к-агс1 —; о хк f.. Дь,,ьi, й;/., ко

F" — х

4 NIL а пиковые значения девиации частоты определяются как максимум и минимум функции Л f (t) = h, f1 sin.(2 л F t + y>) + Л f2 х х si n (4 л F 1 + pz) +... Л 1» sin (2 к К F t + р»), где Л f» — парциальные девиации частоты с

К-й гармоникой; Ъ вЂ” сдвиг фазы К-й гармоники закона модуляции;

Лfc» — среднеквадратическое значение девиации;

К вЂ” результирующий коэффициент гармоники;

Кг,» — парциальный коэффициент К-й гармоники;

à — частота модулирующего сигнала:

f< — опорная частота;

M — коэффициент деления опорной частоты;

L — наименьшее общее кратное номеров измеряемых гармоник;

Np — целое число периодов модулирующего сигнала;

N»», Ny» — число импульсов ЧМ-сигнала, подсчитанное соответственно во время действия квадратурных прямоугольных колебаний с частотой К-й гармоники.

2, Способ по и. 1, отл ич а ю щи йс я тем, что модулирующий сигнал, квадратурные прямоугольные колебания и измерительный интервал времени формируют делением опорной частоты, значение которой кратно частоте, в четыре раза превышающей величину наименьшего общего кратного частот. всех измеряемых гармоник частоты модулирующего сигнала.

3. Устройство для формирования частотно-модулированного сигнала и преобразования его параметров в код содержащее опорный генератор, формирователь стробимпульсов, первый и второй реверсивные счетчики, формирователь измерительных интервалов времени, последовательно соединенные аттенюатор, фильтр нижних частот, генератор частотно-модулированного сигнала и формирователь импульсного частотно-модулированного сигнала, выход ко1721533

Составитель Н.Федоров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор Л.Гратилло

Заказ 950 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5. Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 торого соединен с первыми входами первого — четвертого временных селекторов, а также формирователь импульсов сброса, выход которого объединен с входами сброса формирователя измерительных интервалов времени, первого и второго реверсивных счетчиков, причем первый — четвертый выходы формирователя строб-импульсов подключены соответственно к вторым входам первого- четвертого временных селекторов и первому — четвертому входам формирователя измерительных интервалов времени, первый — четвертый выходы которого соединены соответственно с третьими входами первого — четвертого временных селекторов, суммирующий и вычитающий входы первого реверсивного счетчика подключены соответственно к выходам первого и второго временных селекторов, а суммирующий и вычитающий входы второго реверсивного счетчика — соответственно к выходам третье - четвертого временных селекторов, от,:." ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения области применения, в него дополнительно введены первый управляемый делитель частоты, задатчик модулирующей

5 частоты, задатчик номера гармоники, формирователь квазисинусоидального напряжения и последовательно соединенные второй и третий управляемые делители частоты, кодовые входы которых подключены

10 соответственно к выходам задатчиков модулирующей частоты и номера гармоник, причем вход второго управляемого делителя частоты соединен с выходом опорного генератора, а выход через формирователь кви15 зисинусоидального напряжения — с первым входом формирователя строб-импульсов и входом первого управляемого делителя час-, тоты, выход которого подключен к пятому входу формирователя измерительных ин20 тервалов времени, второй вход формирователя строб-импульсов соединен. с выходом третьего управляемого делителя частоты.