Устройство для измерения девиации частоты
Изобретение может быть использовано для измерения девиации частоты. Цель изобретения - повышение точности измерения девиации частоты Ч М-сигнала-достигается введением в устройство компенсатора частотной модуляции 1 и аналогового делителя 6. Устройство содержит также смеситель 2, фильтр нижних частот 3, дифференциатор 4, широкополосный квадратурный фазовращатель 5, селективный фильтр 7, индикатор девиации частоты 8. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
союз советских социдлистических
РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 R 23/00
ГОСУДАРСТВЕ)+)ЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776597/21 (22) 03.01.90 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Каунасский научно-исследовательский институт радиоизмерительной техники (72) А,В.Бальчюнайтис (53) 621.317(088.8) (56) Павленко Ю.Ф. и др. Измерение параметров частотно-модулированных сигналов.
М,: Радио и связь, 1986, с,105.. 5U„„1705758 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение может быть использовано для измерения девиации частоты. Цель изобретения — повышение точности измерения девиации частоты Ч М-сигнала — достигается введением в устройство компенсатора частотной модуляции 1 и аналогового делителя
6. Устройство содержит также смеситель 2, фильтр нижних частот 3, дифференциатор 4, широкополосный квадратурный фаэовращатель 5, селективный фильтр 7, индикатор девиации частоты 8, 1 э.п. ф-лы, 2 ил. 4
О (Л 4 (Л
1705758
Изобретение относится к радиоиэмерительной технике, может быть использовано для измерения девиации частоты с высокой точностью в широком динамическом диапазоне изменения несущей и модулирующей частот, также может найти применение в . радиолокационных и радионавигационных системах.
Известно устройство для измерения девиации частоты, содержащее смеситель, гетеродин, элемент совпадения, сумматор и индикатор.
Недостатком известного устройства является трудоемкость измерения, обусловленная необходимостью перестройки частоты гетеродина при изменении несущей частоты ЧМ колебания, Кроме того, у известного устройства ограниченный диапазон значений измеряемых девиаций.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, усилитель промежуточной частоты (УПЧ). частотный детектор, последовательно соединенные регулируемый фаэовращатель, квадратор и режекторный фильтр, последовательно соединенные квадратор, режекторный фильтр. сумматор и блок извлечения квадратного корня, выход которого соединен с входом индикатора, Устройство также содержит гетеродин, селективный вольтметр, при этом входы регулируемого фээовращателя и квадратора обьединены между собой и подключены к выходу частотного детектора, второй вход сумматора соединен с выходом режекторного фильтра, вольтметр подключен к выходу сумматора, Устройство работает следующим образом.
На вход смесителя 1 поступают исследуемый ЧМ- (или ФМ) сигнал с модулирующей частотой И и опорный немодулируемый сигнал от гетеродина 12. Фильтром нижних частот смесителя 1 выделяется нижняя боковая полоса, усиливается усилителем 2 и демодулируется частотным детектором 3, причем на его выходе выделяется сигнал частоты Q
На выходе каждого квадратора включен режекторный фильтр, подавляющий гармонику частоты Q, Для исключения влияния фазовых шумов гетеродина на точность измерения девиации Ьа частоты необходимо иэ сигналов квадраторов исключить первые гармоники частоты И, что осуществляется режекторными фильтрами 6 и 8.
Суммируя выходные сигналы фильтров
6 и 8 в линейном сумматоре 9 при идентичных квадраторах и режекторных фильтрах
Л при фазовом сдвиге, вносимом фазовращателем 4, на выходе блока 10 извлечения квадратного корня получаем сигнал, прямо пропорциональный девиации частоты Лм
Напряжение. пропорциональное измеряемой величине девиации частоты Лв, подается на измерительный вход индикатора
11, Масштабный коэффициент калибровки чувствительности индикатора по частоте определяется предварительно при подаче на вход известного устройства ЧМ-сигнала с известной величиной девиации частоты.
Селективный вольтметр 13 является вспомогательным индикатором, настраиваемым в процессе измерения на вторую гармонику модулирующей частоты, показания которого должны быть сведены к минимуму посредством регулируемого фазовращателя 4.
Недостатком известного устройства является большая трудоемкость измерения девиации частоты, обусловленная необходимостью применения операций перестройки регулируемого фазовращателя и гетеродина.
Другим недостатком является узкополосность устройства по модулирующей частоте, так как применены режекторные фильтры, настроенные на фиксированную частоту, а также низкое быстродействие устройства, обусловленное узкополосными режекторными фильтрами.
Целью изобретения является снижение трудоемкости измерения с одновременным повышением быстродействия устройства.
Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения девиации частоты, содержащем смеситель, первый вход которого является входом устройства, и индикатор девиации частоты, введены последовательно соединенные фильтр нижних частот и дифференциатор, выход которого подключен к числительному входу аналогового делителя, а также компенсатор частотной модуляции, вход и выход которого подсоединены к первому и второму вхбдам смесителя, и широкополосный квадратурный фазовращатель, вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход широкополосного квадратурного фазовращателя подсоединен к знаменательному входу аналогового делителя, выход которого через селективный фильтр подключен к входу индикатора девиации частоты.
1705758
Кроме того, компенсатор частотной модуляции содержит соединенные в кольцо первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор, усилитель с корректирующим фазовращателем и фазовый модулятор, к сигнальному входу которого подключены гетеродин и первый вход второго смесителя, вторым входом подключенный к входу частотного дискриминатора, а выход второго смесителя подсоединен к входу фильтра нижних частот, выход которого является выходом компаратора частотной модуляции, а его вход — первый вход первого смесителя, Устройство для измерения девиации частоты отличается от известного наличием компенсатора частотной модчляции, широкополосного квадратурного фазовращателя, аналогового делителя, дифференциатора и новыми связями с остальными функциональными блоками устройства, На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства для измерения девиации частоты; на фиг. 2 — структурная схема компенсатора частотной модуляции.
Устройство для измерения девиации частоты содержит (фиг. 2) компенсатор частотной модуляции 1, смеситель 2, фильтр нижних частот (ФНЧ) 3, дифференциатор 4, широкополосный квадратурный фазовращатель 5, аналоговый делитель 6, селективный фильтр 7, индикатор девиации частоты
8.
Аналоговый дифференциатор 4 с точностью дифференцирования 0,2-0,5 в полосе частот 20 Гц — 200 кГц может быть реализован согласно известнам материалам, Аналоговый делитель сигналов 6, обеспечивающий точность деления порядка 1, может быть реализован на микросхеме
525ПС2, согласно известной принципиальной схеме.
Устройство для измерения девиации частоты работает следующим образом.
Входной ЧМ-сигнал
Usx(t) = Ос sin (а т+ (1)
+/Sin (Qt+ )+р(в,)) одновременно поступает на входы компенсатора 1 частотной модуляции и смесителя
2. На выходе компенсатора 1 частотной модуляции получается сигнал несущей частоты ас, не содержащей угловой модуляции: .)®с)
01(t ) = Ккомп Ucm SIA ((Щ t + (и ) (2)
+ P (Ж ) + фЪомп ), (u c) (Фс) где Ккомп и p Сигналы 0»(t) и U (t) поступают на входы смесителя 2, на выходе которого включен 5 фильтр нижних частот 3 и на его выходе выделяется сигнал раэностной частоты: U3 (t ) = Ксм КФнч Оса sl0 (p slh (Qt + (eÄ i 10 + P ) Ъомп ) (3) где Кем — коэффициент передачи смесителя 2; КФнч — коэффициент передачи фильтра 15 нижних частот 3, Далее сигнал Оз(1) дифференцируется дифференциатором 4, на выходе которого выделим сигнал: 04 (t ) = Кдиф Kcì КФНЧ P И диф ° Ucm c0s (Qt + р ) ((4) X СОЗ (p SIA (Q t + у ) — ГрКе„п ), (I 05 (t ) = Кфе Кем КФНЧ Ucm x (м,1 (5) 35, cos (p sl и (И t + 0 ) — фкомп ) где Кфе — коэффициент передачи широкополосного квадратурного фазовращателя 5. В аналоговом делителе сигналов 6 сиг40 нал Оф) делится на сигнал Оф) и на его выходе получается сигнал вида 06 (t ) = Кдел Оф U5 45 (6) = Кдел Ксм Кдиф КФНЧ Гдиф (P И) X + соз (Qt + p И) + 0> (t ) где Ue(t) — напряжение шума; Кдел — коэффициент передачи аналогового делителя сигналов 6. Селективным фильтром 7 из смеси гармонического сигнала частоты Ии шумов вы55 деляется сигнал: (Qi 07 (t ) — Ксф Кдел Кем Кдиф КФНЧ диф» ° (фИ) соз(Ис+р, + ф), (р) m 25 где Кдиф и тдиф — коэффициент передачи и константа времени дифференциатора 4. Одновременно сигнал Ugt) поступает на вход широкополосного квадратурного 30 фазовращателя 5, на выходе которого получается сигнал вида 1705758 где К ф и +g — модуль и фазовый сдвиг коэффициента передачи селективного фильтра 7. Как следует из выражения (7), амплитуда гармонического колебания Ugt) на выходе селективного фильтра 7 прямо пропорb 0h циональна ф И вЂ” — у- Q = AcUm, т.е, девиация частоты входного сигнала, Компенсатор частотной модуляции (фиг. 3) содержит первый смеситель 9, усилитель промежуточной частоты 10, частотный дискриминатор 11, усилитель с корректирующим фаэовращателем 12, гетеродин 13, фазовый модулятор 14. второй смеситель 15, фильтр нижних частот 16. Компенсатор частотной модуляции работает следующим образом. На входы первого смесителя 9 поступают сигналы соответственно Usx(t) и U14(t); Ов„(t) = Ucm Sln (вс t+ (8) +psln(at+979)+97(N )), О14 (t ) = Огв а!п (в t + фм (0Ф ) ) (9) где рм (в ) — переменный фазовый сдвиг, вносимый фазовым модулятором 14 на сигнал гетеродина 01з. Этот фазовый сдвиг изменяется согласно закону ЧМ-входного колебания 0 (вг)=КУ2S p sin(Qt+ (10) +v„+a(Q)) где Кд — коэффициент усиления усилителя 12; $чд — крутизна характеристики детектирования частотного дискриминатора 11„ P - индекс частотной модуляции сигнала U10(t) при замкнутой обратной системе связи (смеситель 9, УПЧ-10, частотный дискриминатор 11, усилитель 12, фазовый модул ятор14). Сигнал на выходе УПЧ-10, выделяющего нижнюю боковую полосу: U10 (t ) = Kyl Ксм1 Ucm Sl» t f qt+PsIn(Qt+p+) + (11) + Фр (вс ) Ку2 Оз,д Р 3! и (Q t + +v +a(Q))) .где в, = вг — вс- промежуточная частота; Ky1 — коэффициент усиления усилителя УПЧ-10; К, 1 — коэффициент передачи смесителя 9. В хорошо отлаженной системе можно достигать условия: Ку2 Яцд )9 sin (Qt + p + py (Q) ) = =P sin (Qt + p ), 10 Выражение (11) принимает вид О10 (t ) Ky1 Ксм1 Ucm " sin (впч t + goal), (12) 15 Далее сигналы U10(t) и О1з(1) подаются на второй смеситель 15, на выходе которого включен фильтр 16 нижних частот, выделяющий сигнал: U1 (t ) = Ky1 Ксм1 Ксм2 Ucm sin (m, t+ ð(â,)- р(в,)), Таким образом, выходной сигнал U1(t) компенсатора 1 частотной модуляции изменяется синхронно с несущей частотой входного сигнала и не содержит частотной модуляции. Все функциональные блоки компенсатора (фиг. 3) частотной модуляции широкого применения и могут быть любого исполнения. Положительный эффект предлагаемого 35 устройства по сравнению с прототипом заключается; в повышении технических параметров, заключающихся в расширении динамического диапазона изменения модулирующей 40 частоты исследуемого ЧМ сигнала; снижении трудоемкости измерения девиации частоты эа счет исключения настроечных операций в процессе измерения, что позволяет измерить в панораме девиацию 45 частоты при медленно изменяющейся несущей частоте ЧМ сигнала; повышении быстродействия устройства эа счет исключения узкополосных фильтров. Формула изобретения 1. Устройство для измерения девиации частоты, содержащее последовательно соединенные входной смеситель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с входами дифференциатора и квадратурного 55 фазовращателя, последовательно соединенные селективный фильтр и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения девиации частоты, в него введены компенсатор частотной модуляции, вход и выход которого 1705758 Составитель P.Màòâååâà Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Редактор Н.Горват Заказ 191 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 соединены с входами смесителя, и аналоговый делитель, входы которого соединены с выходами дифференциатора и квадратурного фазовращателя, а выход соединен с входом селективного фильтра, 5 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что компенсатор частотной модуляции содержит соединенные в кольцо первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор, усили- 10 тель с корректирующим фаэовращателем и фазовый модулятор, к сигнальному входу которого подключены гетеродин и первый вход второго смесителя, вторым входом подключенного к входу частотного дискриминатора. а выход второго смесителя подсоединен к входу фильтра нижних частот, выход которого является выходом компенсатора частотной модуляции, а его входом— первый вход первого смесителя.
