Устройство для измерения девиации частоты

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„747300

gag С 01 R 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCtCOMY CBHllETRlbCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 2695295/18-21 (22) 12.12.78 (46) 30.09.83. Бюл. 8 36 (72) О.Б.Кащенко и Ю.Ф.Павленко (53) 621.317.721(088.8) (56) 1,Техническое описание измерите-. ля девиации частоты типа С3-14(15).

2. Техническое описание измерителя девиации частоты типа СКЗ-39. (54)(57) VCTPOACTBO ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ, содержащее гетеродин и последовательно соединенные преобразователь и фильтр нижних частот, отличающееся тем, что, с целью повышения точности изме,рения в него введены компаратор, фазо-1 вращатель и последовательно соединенные фазовый детектор и и дополнительный фильтр нижних частот, выход которого подключен к входу гетеродина, выход последнего соединен с входом фазовращател8 и с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с первым входом поеобразователя, при ятом выход фазовращателя подключен к второму входу преобразователя, а выход фильтра нижних частот соединен с входом компаратора.

7"730

Изобретение относится к области радиоэлектроники и прежде всего к радиоизмерительной технике, Известен измеритель девиации частоты (ИДЧ), содержащий преобразователь, гетеродин, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), ограничитель, калибратор ИДЧ,,частотный детектор, фильтр нижних частот (ФНЧ), усилитель низкой частоты (УНЧ) и вольтметр ). щ

Недостатком известного ИДЧ является недостаточная точность измерения девиации частоты, когда относительная погрешность примерно равна 5-10 . Также серьезным недостатком является увеличение укаэанной относительной погрешности при малых индексах частотной модуляции(5 1. Кроме того, не все

ИДЧ позволяют определять девиацию частоты при р ь 1 и частоты модуляции

F u 20 кГц.

Из известных устройств наиболее близким.по технической сущности является устройство, содержащее гетеродин, преобразователь и фильтр нижних 2 частот j 2 3 °

Недостаток известного устройстванизкая точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения девиации частоты при

Р 1.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее гетеродин и последовательно соединенные преобразователь и фильтр нижних частот, введены компаратор; фазовращатель и последовательно соединенные фазовый детектор и дополнительный фильтр нижних частот, выход которого подключен к входу гетеродина, выход последнего соединен с входом фазовращателя и с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с первым входом преобразователя, при этом выхОД фаэОВРащателя подключен к втО рому входу преобразователя, а выход фильтра нижних частот соединен с входом компаратора.

0 2 жащий генератор 9 высокой частоты с реактивным элементом и генератор 10 модулирующей частоты. В цепь фаэовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) входят гетеродин 3, фазовый детектор 6 и ФНЧ 7.

Устройство работает следующим образом.

ФАПЧ так подстраивает частоту гетеродина, что она делается равной средней частоте исследуемого ЧМ сигнала, при этом средняя промежуточная частота на выходе преобразователя 1 становится равной нулю.

ФНЧ 4 пропускает частотные составляющие преобразованного ЧМ сигнала и отфильтровывает высокочастотные составляющие.

Преобразованный ЧМ сигнал с выхода ФНЧ 4 подается на компаратор с образцовым делителем напряжения. С помощью компаратора и образцового делителя напряжения определяется точное отношение амплитуд двух преобразованных сигналов: первого - при работающей ФАПЧ и включенной ЧМ и второго - при выключенной ФАПЧ и снятой ЧМ. Укаэанное отношение амплитуд

N, как будет показано ниже, равно

s1np, где f3 - искомая величина.

Подстройку частоты гетеродина с точностью дс фазы на среднюю частоту исследуемого ЧМ сигнала обеспечивает . относительно узкополосный ФНЧ-7, который устраняет частотные составляющие. Определяющие закон ЧМ, из напряжения, управляющего частотой гетеродина, Для установки исходной фазы,.при которой сигнал на выходе преобразователя 1 должен быть равен нулю при включенной ФАПЧ и /З =О, служит фазовращатель 2.

Далее достаточно подробно будут рассмотрены особенности работы предлагаемого ИДЧ, позволяющие определить .его возможности.

Исходное колебание, поступающее с генератора 9 при включенной ЧИ

На фиг.1 приведены функциональная схема устро" ; на фиг.2 - зпю- so ры напряжений, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит преобразователь !, Фазовращатель 2, гетеродин 3, фильтр 4 нижних частот ФНЧ, компа- у ратор 5, фазовый детектор 6, допол- . нительный фильтр 7 нижних частот, ге.нератор 8 исследуемого сигнала, содер

f(tj=(0<+ V>}- (ир+рыияе+ц ) где М

IUÎ начальная Фаза колебания высокой частоты; максимальное приращение амплитуды сигнала; индекс ЧМ; частота модуляции.

3 747300

Напряжение на выходе ФНЧ 4 после переноса ЧМ сигнала на промежуточную частоту ®Р4=ЯОР - "0 ) "(" г) где Ч - разность фаз между исходным и гетеродинным колебаниями.

При включении ФАПЧ соя„=О, а амплитуда напряжения на выходе ФНЧ 4 практически остается неизменной и равной U> „, + d U „ . Это происходит потому, что при включении ФАПЧ заметно изменяется только режим работы реактивного элемента, перестраивающего колебательную систему гетеродина 3, и крайне незначительно режим самого ге-. . теродина, что было подтверждено соответствующими экспериментами. Учитывая высказанные соображения можно написать

После разложения вйражения (1+сС ) в биноминальный ряд и ограничиваясь вторым членом разложения, так как о(.<< 1, получим

5rll /Ъ = (1 + OL))4 (g1

При определении относительной погрешности измерения р учитываем, что она в основном зависит от величины с(, так как относительная погрешность измерения Й образцовым делителем примерно равна 0,1ь, а величина о — 0 50,6ь. Последняя относится практически ко всем генераторам ЧМ колебаний, возможности которых по девиации частоты при малых )5 используются не полностью.

Полагая (Ъ = pо+ э р, где pîèHдекс ЧМ при Ц, =О, à sin p = М, можем записать, что (ьу

Яп(/ -+,pJ=(< —+,g)È

Учитывая, что dp <(1, sin ) = N и обозначая относительную погрешность определения /3 через у =dp/ð0,из выражения 6 получим ) о

3 / r4riiq"-(Ор, пс +ы оii<)5ill(p5illsit+v3) ") 25 где з- разность фаз между исходным и гетеродинным колебаниями, которая устанавливается в цепи ФАПЧ (3, 6, 7 ).

Функция (1 ) имеет максимум при Зо

A%=K — ", где К=1, 3, 5,... тогда 3=а .с s1п — =orгс s1п ()+4Г М

N - -1

1 1 о

ЕМ = =б + рч %or Kc О1 О р4 1 (О Пч

x51rl(Р+ Ч ) 35

\ так как г компенсируется Фазовращателем 2 до нуля, то

О "(О пч+ 10 В п Р

При выключении ФАПЧ, ЧМ и установке пч порядка нескольких килогерц

50 (e о1

N= (i 2K) ВЦ7 Р

02 ьО где д о - коэФФициент сопутстО п4 вующей паразитной 55 амплитудной модуляции.

Из выражения (4 jl искомый индекс ЧМ ()рЧ =ОО Пч 91п МПц а 45 (см.Фиг.2б2 (3) р4 мО(кс. Оя о.

Пользуясь выражениями (2 1 и (3 ) найдем отношение так как р х/3, то окончательно будет

tô Ú у =.С (.>

Несмотря на то, что однозначное измерение Р возможно при 0 p < i (см. выражение 5 ) приходится считаться с тем, что при Э= — у=со поЯ ((I этому целесообразно сузить границы измеряемых р, т.е. 0 < (Ъ < 1.

Из выражения (7 ) следует, что при

/ = 1, у = 1,54+ т.е. примерно равна 0,7-0,9ь, а при р ((1 у=сС0,5-0,63.

Таким образом, данное устройство благодаря своим отличительным признакам имеет относительную погрешность измерения р почти на порядок меньшую, чем. существующие ИДЧ.

При использовании диапазонного генератора исследуемых ЧМ колебаний таким же должен быть гетеродин, а фазовьГй детектор представлять собой апериодическую широкополосную систему.

747300

Редактор П.Горькова

Техред М,Надь

Корректор 8, Бутяга

Заказ 8201/6

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4