Устройство для измерения коэффициента нелинейных искажений генераторов частотно-модулированных сигналов

СОЮЗ СОВЕТСНИХссцааюнкэижРЕСПУБЛИН А ЗЬ 9 С 0123/20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИ ЗОБРЕ ЕЛЬСТВУ САН ВТОРСНОМУ СВ и-21 цел нос Бюл нит о ль ген(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯКОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙГЕНЕРАТОРОВ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХСИГНАЛОВ по авт. св. В 693267, о тход ерв о ф.801109664 ч а ю щ е е с я тем, что, с ю повышения разрешающей способ- и измерения при широкополосной отной модуляции, в него дополельно введены последовательно иненные стробоскопический смеси -и полосовой фильтр, а также ратор строб-импульсов, выход рого соединен с первым входом боскопического смесителя, второйкоторого подключен к выходу ого смесителя, а выход полосовоильтра соединен с входом усипипромежуточной частоты.10 Разрешающая способность измерения нелинейных искажений известного устройства при широкополосной частотной модуляции проверяемого генератора в основном ограничена влиянием сопутствующей (паразитной) амплитудной модуляции, Сопутствующая амплитудная модуляция в амплитудном ограничителе на выходе усилителя промежуточной частоты вследствие известного явления амплитудно-фазовой конверсии преобразуется в,фазовую модуляцию. В сигнале на выходе амплитудного ограничителя иэ-за нелинейности закона модуляции сопутствующей амплитудной модуляции и нелинейности закона преобразования амплитудной модуляции 55 в фазовую появляются комбинационные составляюпв 1 е Аазомодулированного внла (7 1РЛ). Эти составляющие Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для точных ипрецизионных измерений коэффициентанелинейных искажений (КНИ) модулирующего напряжения генераторов частотно-модулированных (ЧМ) сигналовразличного назначения, в частностиэталонных и образцовых генераторов,используемых в метрологии и поверочной практике,По основному авт. св. В 6932 б 7известно устройство для измеренияКНИ генераторов ЧМ, содержащее проверяемый и вспомогательный генераторы ЧМ сигналов, два источник модулиующих напряжений, выход первогоиз которых подключен к входу проверяемого генератора, а выход второгоодновременно - к второму входу проверяемого и первому входу вспомогательного ЧМ генераторов, выходы которых через второй смеситепь и полосовой фильтр .подключены к первомувходу первого смесителя, второй входкоторого подключен к выходу второго 25вспомогательного ЧМ генератора,вход которого связан через аттенюатор с первым входом проверяемогоЧМ генератора, а также содержащеепоследовательно соединенные усилительзОпромежуточной частоты, частотныйдетектор и анализатор спектра ("13 .Недостатком известного устройстваявляется то, что в случае широкополосной частотной модуляции проверяе- Змого ЧМ генератора, оно не обеспечивает требуемой разрешающей способности измерения. суммируются с соответстэую 1 шсми комбинационными составляющими ЧМ сигналавозникающими 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 амплитудной модуляции, которая, суммируясь с сопутствующей амплитудной модуляцией проверяемого генератора, приводит 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-модулиро664 ачерез последовательно соединенныестробос копический смеситель 13, полосовой фильтр 14, усилитель 9 промежуточной частоты, частотный детектор 10 подключен к входу анализатора12 спектра, причем к второму входустробоскопического смесителя 13 подключен генератор 15 строб-импульсов.Устройство для измерения КНИ генераторов ЧМ сигналов работает следующим образом.ЮНа проверяемый генератор 1 поступают сигналы двух модулирующих частот 11 и Л 2 соответственно с блоков4 и 5 модулирующих напряжений. Навспомогательный генератор 2 поступает сигнал только вспомогательноймодулирующей частоты 3, с блока 5.Выходы проверяемого 1 и вспомогательного 2 генераторов подключенык входам смесителя 6 с полосовымфильтром 7. Регулировкой величинымодулирующих напряжений блоков 4 и 5значения девиации частоты с модулирующей частотой 3,2 проверяемого 1и вспомогательного 2 генераторовустанавливаются равными. В этом случае ЧМ сигнал разностной (промежуточной) частоты иа выходе полосового фильтра 7 не содержит модулирующей функции с вспомогательной модулирующей частотой Л. В ЧМ сигнале на выходе полосового фильтра7 содержится составляющая с модулирующей частотой Д 1 и.составляющиекомбинационных частот (11 Л 1 + РЛ)Эти комбинационные составляющие возникают в проверяемом генераторе 1при его модуляции двумя частотами Я 1 и Я 2 вследствие нелинейности его модуляционной характеристики . Комбинационные составляющие несут полнуюинформацию с КНИ проверяемого генератора. 1. На вспомогательный генератор 3 через аттенюатор 11 поступает напряжение основной модулирующей частотыЛс блока 4 модулирующих напряжений, синфазное с модулирующим напряжением, подаваемым напроверяемый генератор 1; 1109 Устройство содержит проверяемый1 и вспомогательные 2 и 3 генераторыЧМ сигналов, блоки 4и 5 модулирую- З 5щих напряжений, второй смеситель 6с полосовым фильтром 7, первый смеситель 8, усилитель 9 промежуточнойчастоты, частотный детектор 10,аттенюафтор 11, анализатор 12 спектра и вновь введенные стробоскопический смеситель 13, полосовой фильтр14 и генератор 15 строб-импульсов,причем выход первого блока 4 модулирующих напряжений подключены к входу проверяемого генератора 1, а выходвторого блока 5 одновременно - к второму входу проверяемого 1 и первомувходу вспомогательного 2 генераторов,выходы которых через второй смеситель 506 и полосовой фильтр 7 подключены кпервому входу первого смесителя 8,второй вход которого подключен к выходу второго вспомогательного генератора 3 ЧМ сигналов, вход которого 55через аттенюатор 11 соединен с первым входом проверяемого генератора1, при этом выход первого смесителя 8 ванных сигналов, содержащее проверяемый и вспомогательный генераторы ЧМ сигналов, два источника модулирующих напряжений, выход первого из которых подключен к входу проверяе мого генератора, а выход второго одновременно - к второму входу проверяемого и первому входу вспомогательного ЧМ генераторов, выходы которых через второй смеситель, и полоО 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 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.На. чертеже приведена структурнаяЗО схема устройства. Поэтому в сигнале разностной (промежуточной) частоты на выходе смесителя 8 компенсируется составляющая с модулирующей частотой А 1. Таким образом в законе модуляции широкополосного с ЧМ сигнала на выходе смесителя 8 в общем случае содержится "остаток" составляющей с модули"рующей частотой,Л 1, комбинационныесоставляющие виа (ЛАДн составляющие гармоник модулирующихчастот Я 1 и Л 2, Наличие гармоникмодулирующих частот обусловлено нелинейными искажениями вспомогатель.ных генераторов 2 и 3, Кроме того,широкополосный ЧМ сигнал на выходесмесителя 8 имеет сопутствующуюамплитудную модуляцию.В законе амплитудной модуляции вобщем случае могут быть составляющие с модулирующими частотами Л 1и Л 2 , их гармониками, а такжекомбинационные составляющие вида(ИЛ 1+РЛ 2). Для упрощения рассмотрения работы стробоскопическогопреобразователя частоты предполагаем, что широкополосный сигнал навыходе смесителя 8 модулируетсяпо частоте и амплитуде некоторойкомбинационной частотой ДК с индексом частотной модуляции, равнымк и коэффициентом сопутствующейамплитудной модуляции, равным ЛКТаким образом измеряемый ЧМ сигнал с амплитудной модуляцией, записанный выражением через спект"ральное разложение в ряд Фурье пофункциям Басселя первого родаД-го порядка, поступает на первыйвход стробоскопического смесителя 13.Ь=фОЭи,:) с )Х Э)р )с 0+,),(11где Ц т дсоответственно амплитудаи несущая частота измеряемого сигнала,Одновременно от генератора 15строб-импульсов иа второй вход стробоскопического смесителя 13 поступает строб-импульсный сигнал с частотой, следования, близкой к частоте Лк э .с=л 1,+дЛ аЛ(сЛ)и спектральным разложениемО:)У, - " ) 5 в 1 р 1 М), (2)(1) и (3). При этом на выходе стробо- скопического смесителя 13 сигналП:+Эо +СОО( свй С)Х Х Э ) )сов3 п 1 Э )с М 1, и 1 сьфпн+И) 151 и М )ь" 1+Ч) . (Ф)В составе сложного сигнала (4)имеется трансформированный ЧМ сигнал с несущей частотой, равной разности между несущей частотой входного сигнала 1 Апц и частотой Ко - гармоники 25 строб-импульсного сигналащ. = -)ь,. (Ц Этот ЧМ сигнал выделяется полосовым фильтром 14 и имеет вид ЗОЬс 0т" дф 1-)ф- э 1)сои11-м,)1 д-нЦ)ч) (ь 35Иэ сравнения сигнала (6) на выходеполосового фильтра 14 с сигналом (1),поступающим на вход стробоскопического смесителя 13 видно, что сигнал(6), поступающий далее на вход усилителя 9 промежуточной частоты самплитудным ограничителем, кромеуменьшенного значения несущей частоты, определяемого формулой (5), 45имеет трансформированные (уменьшен ные) значения модулирующих частотамплитудной и частотной модуляций3 -Л -рл.-длтри неизменные значения коэффициентасопутствующей амплитудной модуляциии индекса частотной модуляции, Поскольку индекс частотной модуляциитрансформированного ЧМ сигнала кеизменяетсяД =) , а модулирующая частота частотной модуляцииуменьшается, то девиация частотытрансформированного ЧМ сигнала1109664 Л 5.10100 раз5 104ктр Составитель Н.МихалевТехред М.Надь Корректор М.йароши Редактор И.Шулла Заказ 6025/30 Тираж 711 Подпис ноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д . 4/5 Филиал ППП Патент 1, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 также пропорционально уменьшаетсяи определяется выражениемккТаким 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 уменьшенывыбором частоты фа) следования импульсов генератора 15 строб-импульсов, С выхода полосового фильтра 14 узкополосный ЧМ сигнал поступаетна вход усилителя 9 промежуточной частоты с амплитудным ограничителеми далее на вход частотного детектора 10. Комбинированные составляющие вида п(Л-рд.2+(Л -р,) измеряются навыходе частотного детектора 10 анализатором 12 спектра относительновеличины "остатка" составляющей с модулирующей частотой (Л-,и 1 и по известному соотношению с учетомвеличины компенсации составляющейс модулирующей частотой 1 1 определяется КНИ проверяемого.генератора 1.Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает существенно более высокую разрешающую способность измерения КНИ генераторов ЧМ сигналов при широкополоснойчастотной модуляции. Предлагаемое устройство обеспечивает величину разрешающей способности измерения, примерно равную коэффициенту сжатиямодулируюших частот Кс,сток(/ктр Например, модулирующие частоты 5 6 МГц широкополосной частотной модуляции удобно трансформировать в модулирующие частоты 50-60 кГц. С учетом изложенного величина по разре шающей способности при этом состав- ляет 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 15 промежуточной частоты, амплитудногоограничителя и частотного детектора. Например, для измерения нелинейных 20 искажений при широкополосной частотной модуляции с величиной девиациии модулирующей частоты соответственно 10 и 5 - 6 МГц известным устройством требуется усилитель промежуточ ной частоты, амплитудный ограничитель й частотный детектор, работающие на промежуточной частоте 70 -140 МГц и с полосой пропусканияв несколько десятков мегагерц. РеалиЗО зация узлов с такими характеристикамиявляется сложной технической задачей, После трансформации спектраширокополосной частотной модуляциистробоскопическим смесителем несущаяи модулирующая частоты, а также девиация частоты соответственно могутбыть выбраны, например 1 МГц, 5060 кГц и 100 кГц. Для детектирования такого узкополосного ЧМ сигнала 40 может быть использован стандартныйизмеритель девиации частоты, и реализация узлов не встречает существенныхзатруднений.