Устройство для измерения девиации частоты и нелинейных искажений частотно-модулированных сигналов

ОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ ЕСПУБЛИН 3.0 ЕН ОПИСАНИЕ ИЗОБРн авТоИНЮГВИДЕТЕП ЬСТВ: ( 54 ):( 57") УСТРОЙСТВО Дйб ИЗМЕРЕНИЯВИАЦИИ ЧАСТОТЫ В НЕЛИНЕЙНЦХ ИСХАЖЕНИЯХ ЧАСТОТНО-ИОДУЛИРОВАННЦХ СИРНсодержащее последоватйльНо соединеные входной смеситель, широкополосвидеоусилитель, а также гетеродинвыход которого подключен к второму,.входу входного.смесителятрансфотор спектра измеряемого сигнала, сстоящий из стробоскопического смес теля и генератора строб-импульсов,выход которого соединен с первьи вхо"дом стробоскопического смесителя, квыходу которого через полосовойФильтр подключен девиометр, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности и разрешающей способности измерения при больших индек.сах модуляции, в него дополнительно введены последовательно включен- ДЕ- ные формирователь частотно-модулированных импульсов и управляемый АЛОВ, цифровой делитель частоты, причем и- вход формирователя частотно, модулиныйрованных импульсов соединен с выходом широкополосного видеоусилителя,. а выход управляемого цифроворма- го делителя частоты подключен к втоо- рому входу стробоскопического смеи- .сителя. СССР ГОСУДМфСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧКРЬИзобретение относится к радиотехническим измерениям и предназначено для измерения девиации частоты или индекса частотной модуляции (ЧМ ), а также для измерения с высокой разрешающей способностью нелинейных 5 искажений модулирующей функции широкополосных сигналов.Известно устройство для измерения индекса частотной модуляции, содержащее последовательно соединенные 1 О смеситель с гетеродином, трансформатор спектра, усилитель, ограничитель, частотный дискриминатор, к выходу которого подключены Индикатор и частотомер 1;1 3. 1:Однако это устройство не обеспечивает высокой точности измерения при больших значениях индекса ЧМ. При больших значениях индекса ЧМ для линейной трансформации спектра требуется создание в генераторе строб-импульсов спектра равновеликих составляющих в,широкой полосе частот беэ искажений из фазовой структуры.Создание генератора строб-импульсов с широким спектром равновеликих составляющих представляет известную трудность.Наиболее близким но технической сущности к предлагаемому устройству является устройствб для измерения девиации частоты и коэффициента гармоник закона изменения частоты .широкополосного ЧМ сигнала, содержа-, щее последовательно соединенные входной смеситель, широкополосный видеоусилитель, а также гетероднн, выход которого подключен к второму входу входного смесителя, трансформатор спектра измеряемого сигнала, состоящий из стробоскопического смесителя 4 О и генератора строб-импульсов, выход которого соединен с первьи входом стробоскопического смесителя, к выходу которого через полосовой Фильтр подключен девиометр 1,21. 45Недостаток известного устройства заключается в большой погрешности измерения девиации частоты и низкой разрешающей способности измерения нелйнейных искажений при больших индексах ЧМ. Это обусловлено тем, что при больших индексах спектр ЧМ сигнала имеет большое количество боковых составляющих, каждую из которых не" обходимо линейно преобразовать в стробоскопическом смесителе без искажений по амплитуде и Фазе. В стробоскопическом преобразовании спектра ЧМ сигнала с большим индексом участвует .большое количество гармоник строб-импульсного сигнала, формируе мого генератором строб-импульсов.Нелинейная трансформация спектра приводит к линейным и нелинейным искажениям ЧМ сигнала на выходе стро боскопическогО преобразователя частоты. Линейные и нелинейные искаже" ния ЧМ сигнала с большим индексом при трансформации спектра существенно ограничивают точность измерения девиации частоты и разрешающую способность измерения нелинейных искажений.кроме того, с увеличением девиации частоты (индекса ЧМ) пропорционально величине девиации частоты возрастают нелинейные искажения в тракте демодуляции девиометра.Целью изобретения является повышение .точности разрешающей способности измерения при больших индексах модуляции.Поставленная цель дсстигается тем, что в устройство для измерения девиации частоты в нелинейных искажениях частотно-модулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные входной смеситель, широкополосный видеоусилитель, а также гетеродин, выход которого подключен к второму входу входного смесителя, трансформатор спектра измеряемого сигнала, состоящий из стробоскопического смесителя и генератора строб-импульсов, выход которого соединен с первым входом стробоскопического смесителя, к выходу которого через полосовой фильтр подключен девиометр, дополнительно введены по-. следовательно включенные Формирова- тель частотно-модулированных импульсов и управляемый цифровой делитель частоты, причем вход формирователя частотно-модулированных импульсов соединен с выходом широкополосного видеоусилителя, а выход управляемого цифрового делителя частоты подключен к второму входу стробоскопического смесителя.Введение в устройство формирователя частотно-модулированных импульсов с цифровым делителем частоты и :включение их на входе стробоскопического смесителя позволяет уменьшить индекс входного ЧМ сигнала в М раз, где Й - коэффициент деления делигеля. При этом примерно в Й раз уменьшается количество боковых составляющих в спектре ЧМ сигнала, поступающего на вход стробоскопического смесителя. В стробоскопическом .преобразователе частоты количество гармоник строб-импульсного сигнала, участвующих в преобразовании сигнала, уменьшается также в й раз, чем обеспечивается высокая линейность трансформации спектра ЧМ сигнала. Выполнение делителя частоты в виде управляемого цифрового делителя с переменным коэффициентом деления позволяет в широких пределах изменения индекса входного ЧМ сигнала устанавливать на входе стробоскопического смесителя оптимальное для преобразования значение индекса ЧМ,При индексе в пределах 0,3-1 эффективный спектр ЧМ сигнала содержитне более 2-3 боковых составляющих.Линейная трансформация такого спектра не встречает затруднений.Введение делителя частоты уменьшает в й раз значение девиации частоты в тракте девиометра. Это такжепримерно в М раз уменьшает .погрешность измерения девиации частоты иразрешающую способность измерениянелинейных искажений, вследствиеуменьшенияискажений ЧМ сигнала втракте девиометра. 15На фиг; 1 приведена Функциональная схема устройства; на фиг. 2 спектрограммы сигналов на входе устройства (Фиг.2 о,на выходе делителячастоты (фиг.2 Б), на выходе генератора строб-импульсов (фиг.2 9) и навходе девиометра (фиг. 21.).Устройство (фиг.11 содержит входной смеситель 1, второй вход которого соединен с выходом гетеродина2, широкополосный видеоусилитель 3,последовательно включенные Формирователь 4 ЧМ импульсов и цифровойуправляемый делитель 5 частоты, трансформатор 6 спектра измеряемого сигнала, состоящий из генератора 7строб-импульсов и стробоскопическогосмесителя 8, выход которого черезполосовой фильтр 9 подключен к девиометру 10.Устройство работает следующим З 5образом.Измеряемый ЧМ сигнала, промодулигрованный синусоидальной Функциейчастотой Я, записанный через спектральное разложение в ряд Фурье по 40функциям Бесселя первого рода 6-гопорядка, поступает навход входногосмесителя 1О =О С. 3, (рзвсо пЯФ, И 45." и:-свгде О ,ц), р - соответственно амплитуда, несущая частотаи индекс ЧМ измеряемо;50го сигнала.На второй вход смесителя 1 посту-, пает сигнал гетеродина 2, 02 =О,МвоЬ, где О в - соответственно амплитуэзда и частота гетеродинного сигнала.С выхода широкополосного видеоуеилителя 3", являющегося одновременно и фильтром разностной частоты входного смесителя 1, на вход формирофвЯтеля 4 ЧМ импульсов поступает ЧМ 60 сигнал+ОЗ1О = О,Е Зфз 1 п юдч+Я) (213 Ф 3 о65 с промежуточной частотой ьи= ш .+ + ы, Для примера на Фиг. 2 а показан спектр ЧМ сигнала с прОмежуточ- ной частотой ычпри индексе ЧМ ф=5, соответствуюмчй выражению (2),формирователь 4 ЧМ импульсов преобразует синусоидальный ЧМ сигнал в последовательность импульсов, временное положение которых соответствует моментам прохода амплитуды ЧМ колебания через нуль. При этом длительность сформированных импульсов на выходе формирователя может быть любой, но достаточной для запуска.цифрового делителя 5 частоты. При скважности, равной двум, поступающий на вход цифрового делителя 5 частоты сигнал можно записать в видена ню у(".Хо,-о Г "э,пей па-аох зю (ои + р)(з где е - номер гармоники несущейимпульсной последовательности ЧМ импульсов.На выходе цифрового делителя 5 частоты с коэффициентом деления имеем последовательность ЧМ импуль-, совюл2 Вшукоторая поступает на вход стробоскопического смесителя 8 трансфор-.матора 6 спектра. На Фиг.26 изображен спектр первой гармоники (я=1)несущей частоты ЧМ сигнала на выходе делителя частоты с коэффициентомделения М =10. Спектры более высшихгармоник щ =3,5, на Фиг. 2 б непоказаны. Одновременно от генератора 7 строб-импульсов надругой входстробоскопического смесителя 8 поступает строб-импульсный сигнал с час 1 йьЯтотой следования Аи,:, где Л =1,2,31; дЯ(сЯ; дЯа и спектральным разложением .з 1 о %Ф/2О нО Г У 1 Ь(йфФ+Ь (Йз ю 5%Р Ргде С - длителЬность строб-импульсаномер гармоники строб-им. гпульсного сигнала.При достаточно малой длительйости строб-импульса 1 Ф - - множительМв 1 п2 н1 см, Ц 2В этоМ случае выражение (5) упрощается и его можно записать в видеО =О ) з 1 е 1 с(р.ФЧ), (6)в 51068832 15 где Ко - номер составляющей стробимпульсного сигнала, совпадающей с центральйой(несущей )частотой ЧМ сигч 35нала.Сйектр трансформированного ЧМ . сигнала, соответствующий выражению (8), показан на фиг.2. Спектр Спектр. строб-импульсного сигнала (6) изображен на фиг.2 Ь. При этом гармоники, не участвующие в преобразовании спектра (фйг.26), показаны штриховыми линиями.В стробоскопическом смесителе 8 осуществляется перемножение сигналов (4) и (6). При этом на выходе стробоскопического смесителя 8 будет сигнал В составе сложньго сигнала (7) имеет;,ся составляющая с разностной частотой первой гармоники (а =1; несущейчастоты сигнала (4) и строб-импульсным сигналом (6 1. Эта составляющаявыделяется полосовым фильтром 9.На выходе фильтра 9 получаем транс-"формированный ЧМ сигнал трансформированного ЧЙ сигнала по"ступает на вход .девиометра 10, котоърый измеряет девиацию частоты и коэффициент гармоник модулирующей функциитрансформированного сигнала. При 5 этом измеряемая величина девиациичастоты определяется с учетом коэффициентаделения й делителя 5 частоты.Из сравнения сигнала (8) сиэмеряемЫМ сигналом (1 ), а также из рисуиков( фиг.Ъ"Ц видно, что сигнал (8), поступающий на вход девиометра, имреттрансформированные (уменьшенные)значения несущей частотыщ - - -фя, КтР"(9)модулирующей частотыЯ= Я- р Л (10)и индекса ЧМФтр файф(11 )Характеристики такого узкополосного ЧМ сигнала, .в частности девиации.частоты и нелинейные искажения, могут быть достаточно точно и с высокой разрешающей способностью измерены сравнительно узкополосным девио" метром.Выполнение в предлагаемом устройстве делителя частоты в виде управляемого цифрового делителя с переменным "коэффициентом деленияпозволяет при любых значенияхиндек,са.,входного ЧМ сигнала устанавливать иа входе стробоскопическогосмесителя оптимальное для линейногопреобразования;значение индекса ЧМ.При индексе модуляции в пределах а =05-1 эффективный спектр ЧМ сигйаласодержит не более 2-3 боковых составляющих-г 4 а Подписнотета СССР.тийкая.иаб., д. Зак илиал ППП Ужгород, ул. Проектная, 4 тен Редактор Р,Циц 1456/39ВНИИПИ по дел 113035 Составитель В.НовоселТехред Й.Иетелеваев ее Тираж 715осударствейното комиизобретений.и открь Москва, Ж, Рауюс