Спектральный измеритель инерционности частотных и фазовых модуляторов

-21 Бюл. Вв, Б.Вв088,8)свидет01 К ук ьство С /00, 19 обеспечит времени у модулятор ны настро ляторов,рение постоянноголения фазы фазовыхинамической крутихарактеристик мод ан иных ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТ(54) СПЕКТРАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНЕР 1 ИОННОСТИ ЧАСТОТНЫХ И ФАЗОВЫХ МОДУЛЯТОРОВ(57) Изобретение относится к радио- измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянной времени установления частоты и фазы частотных и фазовых модуляторов в радиотехнических системах. Целью изобретения является расширение функциональньйс возможностей. Устройство содержит исследуемый модулятор 1, смеситель 2, усилителиограничители 3, 14 и 20, усилители4, 8 и 11 промежуточной частоты,амплитудные детекторы 5, 9 и 12,блоки 6, 22 и 23 вычитания, гетеродин 7, делитель 10 напряжения, блок13 сравнения, частотные детекторы15, усилители 16 и 21, индикаторы17 и 24, генераторы 18 и 19 модулирующего напряжения. Для достиженияпоставленной цели в устройство введены переключатель 25 рода работ,фильтры 26, 28 и 36 нижних частот,полосовые фильтры 29 и 34, ампли-.тудные детекторы 30, 33 и 35, сумматоры 27 и 31 напряжений, фильтр32 верхних частот и усилитель 37.Введение данных элементов позволило1 12918ФИзобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения постоянной времени установления частоты и фазысоответственно частотных и фазовых 5модуляторов в раДИотехнических системах, использующих сигналы с частотной (Фаэовой) модуляцией илиавтоматическую подстройку частотыи Ьазы колебаний.10Цель изобретения " расширениеФункциональных возможностей за счетизмерения постоянной времени установления фазы фазовых модуляторови динамической крутизны настроечныххарактеристик модуляторов,На чертеже представлена структурная схема спектрального измерителя1инерционности частотных и Ьазовыхмодуляторов.Измеритель содержит исследуемыймодулятор 1, смеситель 2, первыйусилитель-ограничитель З,первый усилитель 4 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 5, первыйблок 6 вычитания, гетеродин 7, вто-рой усилитель 8 промежуточной частоты, второй амплитудный детектор 9,делитель 10 напряжения, третий усилитель 11 промежуточной частоты, третий амплитудный детектор 12, блок13 сравнения, второй усилитель-ограничитель 14, первый частотный детектор 15, первый усилитель 16, первыйиндикатор 17, первый 18 и второй 19генераторы модулирующего напряжения,третий усилитель-ограничитель 20,второй усилитель 21, второй 22 и третий23 блоки вычитания и второй индикатор щ24. Кроме того, введены переключатель 25 рода работ, первый Ьильтр 26нижних частот, первый сумматор 27 напряжения, второй Ьильтр 28 нижних частот, первый полосовой Ьильтр 29,четвертый амплитудный детектор 30,второй сумматор 31 напряжений, первый Ьильтр 32 верхних частот, пятыйамплитудный детектор 33, второй полосовой фильтр 34, шестой амплитудный 5 Одетектор 35, третий фильтр 36 нижнихчастот и третий усилитель 37.Выход исследуемого модулятора 1подключен к входу первого Ьильтра26 нижних частот через последовательно соединенные смеситель 2, первыйусилитель-ограничитель 3, первый усилитель 4 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 5; первый блок 6 вычитания, делитель 10 напряжения, третий блок 23 вычитания,третий Ьильтр 36 нижних частот, третий усилитель 37, второй генератор19 модулирующего напряжения, первыйусилитель 16, блок 13 сравнения, второй усилитель 21 и первый сумматор27 напряжений. При этом выход первого усилителя-ограничителя 3 подключен к второму входу смесителя 2 через последовательно соединенные первый частотный детектор 15, второйфильтр 28 нижних частот и гетеродин7, также выход усилителя-ограничителя 3 соединен с вторым входом первогоблока 6 вычитания через последовательно включенные второй усилитель 8 промежуточной частоты и детектор 9,Приэтом выход второго генератора 19 модулирующего напряжения подключен квторому входу третьего блока 23 вычитания через последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 14,второй сумматор 31 напряжений, первыйфильтр 32 верхних частот, первый по-лосовой фильтр 29, четвертый амплитудный детектор 30 и второй блок 22вычитания,Выход первого Ьильтра 32 верхнихчастот подключен также к второму входу второго блока 22 вычитания черезпоследовательно соединенные второйполосовой фильтр 34 и шестой амплитудный детектор 35, При этом выходпервого генератора 18 модулирующегонапряжения подключен к второму входу второго усилителя 21 н через третий усилитель-ограничитель 20 - квторому входу второго сумматора 31напряжений. Выход второго усилителя21 также подключен к второму индикатору 24 через пятый амплитудныйдетектор 38, Выход первого частотного детектора 15 через третий усилитель 11 промежуточной частоты итретий амплитудный детектор 12 соединен с вторым входом первого усилителя 16, выход которого подключенк второму входу первого сумматора27 напряжений,Выход первого блока 6 вычитанияподключен к первому индикатору 17,а выход переключателя 25 рода работы, являющийся первым выходом измерителя, подключен к управляющемувходу исследуемого модулятора 1.Второй вход переключателя 25 родаработы соединен с выходом первогофильтра 26 нижних частот, а первый его вход соединен с выходом первого сумматора 27 напряжений, при этом первый вход смесителя 2 является входом измерителя. 5Устройство работает следующим образом.При измерении постоянной времени установления частоты исследуемый частотный модулятор 1 модулируется одновременно двумя синусоидальными напряжениями с равными амплитудами и соответственно с частотами й, и й . Это достигается за счет подачи модулирующего напряжения с выхо 15 да первого сумматора 27 (переключатель 25 в первом положении) на управляющий вход исследуемого частотного модулятора 1. Сумматор 27 напряжений может выполняться на резисторах. Равенство амплитуд двух модулирующих напряжений, поступающих на входы сумматора 27,поддерживается автоматически с помощью блока 13 сравнения и усилителя 21 с регулируемым коэффициентом усиления, При этом сигнал с выхода усилителя 16 используется в качестве опорного и поступает на вход блока 13 сравнения. Блок может, например, выполЗО няться на двух амплитудных детекторах, работающих на общую нагрузку. При этом входы первого и второго амплитудных детекторов являются соответственными входами блока 13 сравнения.Для образования дискриминационной характеристики амплитудные детекторы должны быть разнополярными, В случае 40 различий в амплитудах двух модулирующих сигналов блок 13 вырабатывает напряжение соответствующей величины и знака, поступающее на управляющий вход усилителя 21, Под воздействием 45 этого напряжения изменяется коэффициент передачи усилителя 2,1 и соответственно величина его выходного напряжения, которая приводится к величине выходного напряжения усилителя 16. 5 р Изменение коэффициента передачи усилителя 21 может достигаться, например, за счет введения сигнала управления в цепи установки рабочих точек усилительных приборов по управляющим 55 электродам.При осуществлении модуляции исследуемого модулятора 1 одновременно напряжениями с частотами Я, и йспектр его выходного сигнала состоитиз следующих составляющих: несущейчастоты у, с амплитудой, пропорциональной произведению бесселевых функций нулевого порядка от аргументов,представляющих собой индексы частотной модуляции , и; боковых частот Ыо + и Я, с амплитудами, пропорциональными произведениям То(1 )1( )где 1(,) и 1) - бесселевы функции и-го нулевого порядков от аргументов , исоответственно; боковых частот Я, + 10 с амплитудами,пропорциональными произведениямр( Р) о(Р,),где 1 р Рг и 1 о Рбесселевы функции р-го и нулевогопорядков от аруето , исоответственно; дополнительных боковых частот я,(р д + п д ,амплитуда которых пропорциональна произведению бесселевых функций от аргументов (3, и (5 , причем порядок этих,Функций определяется целочисленнымикоэффициентами р и и.При малых индексах частотной модуляции ,с 0,3 ис 0,3 спектр сигнала исследуемого частотного модулятора определяется только двумя парами боковых составляющих с частотами я + Л, и у + Я , Выходнойгсигнал исследуемого модулятора 1 преобразуетсяна промежуточную частотупосредством смесителя 2 и гетеродина 7, частота которого устанавливается в соответствии с диапазоном рабочих частот исследуемого генератора.Это позволяет исследовать инерционныесвойства частотных модуляторов,работающих на разных частотах,При этом первый вход смесителя 2 является входом измерителя. Преобразованный в диапазон промежуточных частот сигнал исследуемого частотного модулятора 1 подводится к усилителям 4 и 8 промежуточной частоты и частотному детектору 15 через усилитель-ограничитель 3Последний предназначен для нормирования уровня сигнала промежуточной частоты, поступающего с выхода смесителя 2, и уменьшения влияния сопутствующей паразитной амплитудной модуляции.В качестве усилителей 4 и 8 могут быть использованы, например, многокаскадные усилители с нелинейными внутрикаскадными обратными связями или с последовательным де(2) тектированием. При этом усилитель 4 настраивается на промежуточнуючастоту й - й и предназначен для выделения из входного сигнала составляющей, соответствующей боковой частоте яД,; и получения напряжения совместно с амплитудным детектором 5, пропорционального логарифму этой составляющей, определяемого произведением 10( )1,(,). Усилитель 8 имеет широкую полосу пропускания, но неперекрывающуюся с полосой пропускания усилителя 4, Широкая полоса пропускания усилителя 8 обеспечивает выделение из входного сигнала второй боковой составляющей с 1 г - Д , соответствующей боковой частоте и )- д во всем диапазо 0 гне перестройки частоты йг второго генератора 19, и получение совместно с амплитудным детектором 9 напряжения, пропорционального логарифму амплитуды этой составляющей, определяемого произведением 1 (,) 1,( ).С выходов амплитудных детекторов 5 и 9 сигналы поступают на блок 6 вычитания,в качестве которого может, например, использоваться дифференциальный усилитель постоянного тока,Блоком 6 за счет вычитания сигналов, пропорциональных логарифмам амплитуд боковых составляющих,определяется разность логарифмов индексов частотной модуляции Следовательно, на выходе блока 6 вычитания получается напряжение, пропорциональное логарифму постоянной времени установления частоты с исследуемого частотного модулятора 1, так как при З) бО 3 /Ь 6 0 33 (3) 1 псй, = 0,5 (Зппп, - 1 пйг ), (4)Напряжение с выхода блока б вычитания поступает на отсчетный индикатор 17, логарифмическая шкала которого проградуирована в величинах постоянной времени установления частоты, например в наносекундах. В качестве индикатора может, например, использоваться вольтметр,При градуировке шкалы индикатора 17 учитываютсясогласно уравнению (2) постоянный поправочный коэффициент, равный 3, и ве личина Ы Д, . Истинность определяемого значения постоянной времени установления частоты с исследуемого модулятора 1 обеспечивается за счет выполнения условий (3) и (4).10 Выполнение условия (3) достигаетсяза счет одновременного изменения амплитуд модулирующих напряжений с частотами й, и Д . Для этого сигналс выхода усилителя-ограничителя 3 подаетая на частотный детектор 15, Извыходного сигнал частотного детектора 15 усилителем 11 выделяется сигнал с частотой й амплитуда которого пропорциональна индексу частотноймодуляции , . тот сигнал поступает на третий амплитудный детектор12, выходное напряжение которого используется для регулировки коэффициента передачи усилителя 16, что 25обеспечивает поддержание величиныиндекса частотной модуляции /3 = 0,3и соответственно0,3, так какД,с ДЭто позволяет, в отличие от известного измерителя, исследоватьчастотные модуляторы с различнойкрутизной настроечной характеристики.При этом крутизна настроечных характеристик исследуемых генераторов 35 может принимать значения в интервале,определяемом диапазоном регулирования амплитуды выходного сигнала усилителя 16, который обычно составляет К = 20 - 40 дБ, что позволяетисследовать модуляторы с максимальной крутизной настроечной характери 0 Зйстики Я 6 -ф К в 10., - 100макс П раз больше, чем в известном устройО 5 ъстве Б й -- при сохранениимакс- П фодинаковых нижних границ по этомупараметру. Выполнение условия (4) в измерителе осуществляется следующим об 55 разом,Напряжение с выхода генератора18 модулирующего напряжения поступает на усилитель-ограничитель 20,где нормируется по амплитуде и по г 29189 г-Б =СОтой 20 ступает на вход сумматора 31, На второй вход сумматора 31 подается также нормированный по амплитуде усилителем-ограничителем 14 сигнал генератора 19 модулирующего напряжения. Сумматор 31 выполняется аналогично сумматору 27. С выхода сумматора 31 сигнал подается на фильтр 32 верхних частот. Нижняя частота среза фильтра 32 выбирается из условия а, с д , Выходной сигнал фильтра 32 верхних частот, выполняющий Аункцию диААеренцирующей цепи, является двухчастотным, причем амплитуда каждой составляющей пропорциональна значению частоты Л и йсоответственно. Зто обеспечивает одновременное измерение значений двух модулирующих частот одним Аильтром 32 и в отличие от известного устройства существенно снижает влияние погрешностей при их измерениях на последующее вычисление отношения й йЯ и точность соблюдения условия (4),Далее сигнал с выхода Аильтра 32 верхних частот разделяется полосовыми Аильтрами 29 и 34 на два частотных канала, Фильтр 29 выделяет сигнал с частотой й, а Аильтр 34 обеспечивает выделение сигнала с частотой Я во всей полосе перестройки генератора 19.С выходов Аильтров 29 и 34 сигналы через амплитудные детекторы 30 и 35, имеющие логариАмические коэАфициенты передачи, поступают на вход блока 22 вычитания, который выполняется аналогично блоку 6. Напряжение с выхода блока 22, пропорциональное разности логариАмов модулирующих частот Й, и 17. , подается на вход блока 23 вычитания, на другой входкоторого через делитель 10 напряже- ния на полтора поступает напряжение, пропорциональное разности логарифмов индексов частотной модуляции 3При невыполнении условия (4) на выходе блока 23 выделяется напряжение сигнала ошибки, которое через фильтр 36 нижних частот и усилитель 37 подается на управляющий вход генератора 19, Под воздействием напряжения ошибки осуществляется пе.рестройка частоты генератора 19 и замыкается кольцо обратной связи по автоматическому обеспечению выпол 25 30 35 40 45 50 55 нения условий (4), При этом постоянная времени цепи обратной связи определяется фильтром 36 и выбирается в 5 - 10 раз больше, чем в конце обратной связи, обеспечивающем поддержание постоянства величины индекса модуляцииС выхода усилителя 21 сигнал подается через амплитудный детектор 33 на второй индикатор 24, по шкале которого отсчитывается крутизна динамической модуляционной характеристики исследуемого частотного модулятора-;1. Градуировка шкалы индикатора 24, в качестве которого может использоваться, например, вольтметр, осуществляются в МГц (кГц) на В, в соответствии с условием где С = 3 Л = 0,3 д, = сопятДля устранения влияния на точность измерения ь нестабильности несущей частоты сигнала исследуемого частотного модулятора 1 низкочастотная составляющая выходного напряжения частотного детектора 15 с переходной частотой Я: Л выделяется Аильтром 28 нижних частот с частотой среза Лй и в качестве управляющего подается на гетеродин 7, чем обеспечивается стабилизация значения промежуточных частот Рй и Д ой . Фильтр 28 выполняет функцию интегратора.При подключении вместо исследуемого частотного модулятора 1 Аазового модулятора измеритель позволяет определить его постоянную времени с установления Аазы и крутизну настроечной характеристики, Для этого управляющий вход исследуемого Аазового модулятора посредством переключателя 25 (второе полажение) подключается к выходу фильтра 26 нижних частот, выполняющему Аункцию интегратораЗтим обеспечивается получение на выходе исследуемого модулятора сигнала, соответствующего случаю частотной модуляции, и справедливость соотношений (2) - (4), При этом постоянная времени с установления фазы отсчитывается по шкале 17 индикатора, а крутизна динамической модуляционной характеристики Я определяется по индикатору 24, имеющему дополнительную градуировку шкалы, 1291891 10например, в радиан/вольтах. Градуировка дополнительной шкалы индикатора 2 ч осуществляется в соответствиис условием= С 0,п С = 0,3 К, = Сопя;К - коэААициент передачиАильтра 26 на частоте й, 1 О где Таким образом, по сравнению с базовым объектом, в предлагаемом устройстве расширены функциональные возможности за счет возможности исследования фазовых модуляторов и определения постоянной времени установления Ааэы с одновременным измерением динамической крутизны модуляционной характеристики как частот п ных, так и Ааэовых модуляторов, Кроме того, в среднем в 10 раз расширяются пределы допустимых различий по крутизне модуляционных характеристик исследуемых модуляторов с 25 одним или несколькими управляющими входами. При этом предлагаемое устройство в отличие от известного обеспечивает возможность раздельного определения указанных параметров по 30 каждому из управляющих входов, а также повышение эфАективности за счет автоматизации процесса измерения. Спектральный измеритель инерционности частотных и Аазовых модуляторов, содержащий последовательно 40 соединенные исследуемый модулятор, смеситель, первый усилитель-ограничитель, первый усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, первый блок вычитания,по следовательно соединенные делитель напряжения на полтора и третий блок вычитания, последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, вход которого подключен к 50 выходу первого усилителя-ограничителя, и второй амплитудный дешифратор, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, последовательно соединенные третий 55 усилитель промежуточной частоты и третий амплитудный детектор, последовательно соединенные первый генератор модулирующего напряжения и тре 35формула изобретения тий усилитель-ограничитель, последовательно соединенные второй генератор модулирующего напряжения и второй усилитель-ограничитель, а также блок сравнения, второй блок вычитания, выход которого подключен к второму входу третьего блока вычитания, первый усилитель, второй усилитель, первый индикатор, вход которого соединен с входом делителя напряжения на полтора, гетеродин, выход которого подключен к второму входу смесителя, вТорой индикатор и частотный детектор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные второй сумматор напряжения, первый Аильтр верхних частот, первый полосовой Аильтр и четвертый амплитудный детектор, выход которого подключен к входу второго блока вычитания, последовательно соединенные первый сумматор напряжения, первый Аильтр нижних частот и переключатель рода работ, выход которого подключен к входу исследуемого модулятора, второй Аильтр нижних частот и третий усилитель, выход которого соединен с входом второго генератора модулирующего напряжения, последовательно соединенные второй полосовой Аильтр и шестой амплитудный детектор, выход которого подключен к второму входу второго бло" ка вычитания, а также третий фильтр нижних частот, пятый амплитудный детектор, при этом выход второго генератора модулирующего напряжения через первый усилитель подключен к первому входу первого сумматора напряжения и к второму входу блока сравнения, выход второго усилителя соединен с вторым входом первого сумматора, вторым входом блока сравнения и через пятый амплитудный детектор - с входом второго индикатора, выход первого сумматора соединен с вторым входом переключателя рода работ,при этьм выход первого усилителя-ограничителя соединен через частотный детектор, а выходной Аильтр нижних частот - с входом гетеродина, причем гетеродин выполнен управляемым, выход частотного детектора подключен также к входу третьего усилителя промежуточной частоты, а выход третьего амплитудного детектора соединен с вторым входом первого усилителя, при1291891 2 Составитель В.ВеличкинРедактор И.Дербак Техред Л.Сердюкова Корректор М,Демчик Заказ 227/43 Тираж. 731 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская иаб,д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 этом выход второго усилителя ограничителя подключен к первому входу второго сумматора напряжений, по второмувходу которого подключен выход третьего усилителя-ограничителя, а вход 5второго полосового фильтра соединенс выходом фильтра высоких частот, выход третьего фильтра нижних частотсоединен с входом третьего усилителя,а выход третьего блока вычитания -с входом третьего фильтра нижних ча"стот, выход блока сравнения соединенс первым входом второго усилителя,первый вход которого соединен с выходом первого генератора модулирующегонапряжения, выход первого блока вычитания соединен с входом блока деления на полтора.