Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Рассмотрим основные параметры модулированных сигналов. Обозначим модулирующий сигнал в виде функции m(t). При амплитудной модуляции сигнала (15.1) имеем

V=Vg+bm(f),

где b - постоянный коэффициент, определяющий уровень модуляции. В дальнейшем будем считать коэффициент b равным единице, что не влияет на общность рассмотрения.

Если модулирующий сигнал m(t) является гармоническим, т. е.

m(t) = msinnt, (15.2)

где П - круговая частота гармонического модулирующего сигнала, то

V(t)=Ua(\+M sin fit) sin (Mt + cpo), «

где M = m/[/(, - коэффициент, характеризующий уровень амплитудной модуляции. Коэффициент М называется коэффициентом амплитудной модуляции (коэффициентом модуляции).

В более общем случае, соотвегствующем реальным (квазисинусоидальным) модулирующим сигналам, имеем

m (t) = Xmfc sin (fent +to

(15.3)

где mif и »l/jt - соответственно амплитуда и начальная фаза /с-й гармонической составляющей модулирующего сигнала. В этом случае AM сигнал принимает вид

1 +X-M(tSin(fefit-l-»l/fc)

+ Фо),

sin(Wof + (15.4)

где [/„ - среднее значение амплитуды модулированного сигнала за период модулирующей функции Т = 2л/0; Ми - коэффициент амплитудной модуляции fe-й гармонической составляющей модулирующего сигнала (парциальный коэффициент модуляции). Значение Vm в общем случае модуляции сигналом (15.3) не равно амплитуде немодулировагшо-го сигнала U.

Амплитудно-модулированный сигнал, описываемый формулой (15.4), за период модуляции Гимеет максимальное Umax и минимальное Vmin значения амплитуды колебания (соответственно есть максимальное и минимальное значения огибающей сигнала). Величины Мв и Мн, %, соответственно равны

Мв = (1/„ох - ад • 100/и„ = Д1/„

• 100/и„; (15.5)

м„ = (1/„ - и™„) • miv„ = ди,„,„ 10о/1/„,

(15.6)

и называются коэффициентом модуляции «вверх» (Мв) и коэффициентом модуляции «вниз» (Мн). Коэффициенты модуляции Мв и М„ называют иногда коэффициентами пиковой модуляции.

В частном случае модуляции гармоническим сигналом (15.2) имеем Мв = Мн =

Необходимо обратить внимание еще на одну особенность AM сигналов. В отличие от (15.1) реальные модулируемые сигналы характеризуются наличием высших гармонических составляющих, т. е.

и (t) = X Vn sin (пщ1 + ф„), (15.7)

где и„ и ф„ - соответственно амплитуда и начальная фаза и-й гармонической составляющей, и = 1, 2, 3,...

В этом случае AM. сигнал имеет вид

V(t) = \v„

+ Mb sin (fefit -t- »l/fc) i sin (natgt + ф„). к Jj

Такой сигнал в общем случае имеет различные по форме огибающие положительной и отрицательной полуволн несущего колебания и, следовательно, должен характеризоваться различными коэффициентами модуляции Мв и Мн для каждой из полуволн. Это обстоятельство должно приниматься во внимание при измерении коэффициентов модуляции средствами измерений, имеющими разное схемное построение, особенно в метрологической практике.

Рассмотрим характеристики ЧМ сигналов. При частотной модуляции изменению в соответствии с законом m(t) подвергается несушая частота сигнала, т. е. / (t) - fg + + т (t). В случае модуляции сигналом (15.2) имеем

/(t) = /o-l-A/smfit,

где А/ - максимальное отклонение частоты модулированного сигнала от среднего значения /о, соответствующее амплитуде модулирующего сигнала т.

Величина А/ называется девиацией частоты. Переходя к круговой частоте, получим и (t) = W(] -Н Аи sin fit.

Используя общую формулу для фазы колебания с переменной частотой

Ф(t) = и(t)dt--фo,

(15.8)



получаем выражение для ЧМ сигнала

V(t) = [/osin(wot + PcosQt + Фо), (15.9)

где Р = Ato/fi - индекс частотной модуляции.

При модуляции сигналом (15.3) выражение для ЧМ сигнала примет вид

[7(0= [7о sin

«»0t - Z Р* cos (ШГ + Al/(i) + Фо

(15.10)

где Pfc = ДсоА /Ш - индекс парциальной частотной модуляции.

В этом случае вводятся параметры ЧМ сигнала: девиация частоты «вверх» (А/в), равная максимальному (пиковому) отклонению частоты от среднего значения в сторону ее увеличения, и девиация частоты «вниз» (Д/н), равная максимальному отклонению частоты в сторону меньших значений, которые для сигнала (15.10) не равны друг другу. Как и для ЛМ сигнала, при модуляции гармоническим сигналом (15.2) в этом случае имеем

Д/в = Д/н = Д/.

При фазовой модуляции дополнительному изменению относительно значения at + -Ь Фо подвергается фаза колебания Ф(г). Для модулирующего сигнала (15.2) имеем

Ф (() = Wot -1- Фо + ДФ sin Clt,

где ДФ - максимальное отклонение фазы от ее текущего значения при модулированном сигнале, соответствующее т. Тогда выражение для ФМ сигнала будет иметь вид

V (t) = и о sin (Wof -t- ДФ sin Qt + фо).

(15.11)

Из сопоставления (15.9) и (15.11) следует общность ЧМ и ФМ сигналов, заключающаяся в том, что каждый из них характеризуется наличием модуляции двух видов. Именно это дает основание к их объединению под общим названием сигналов с угловой модуляцией. По аналогии с ЧМ сигналом ДФ называется индексом модуляции, в данном случае фазовой.

Отмеченная общность ЧМ и ФМ сигналов используется на практике при их формировании и измерении параметров. Следует, однако, иметь в виду, что при фазовой модуляции чартота сигнала изменяется пропорционально не модулирующему сигналу, а его производной по времени. Соответственно при частотной модуляции фазовый сдвиг пропорционален интегралу от модулирующей функции. Указанные зависимости следуют из (15.8).

Одним из наиболее важных параметров модулированных сигналов является уровень искажений закона модуляции. При анализе сигналов с синусоидальной модуляцией он характеризуется коэффициентом гармоник огибающей модулированного сигнала (Кг), определение которого приведено в разд. 12, или уровнями гармонических составляющих огибающей.

Модулированные сигналы никогда не существуют в чистом виде, а характеризуются наличием случайной (шумовой или паразитной) амплитудной и угловой модуляций. Кроме того, в большей или меньшей мере в зависимости от метода и условий формирования они обладают сопутствующей модуляцией по другому параметру (ЛМ сигналы имеют сопутствующую угловую модуляцию; ЧМ сигналы - сопутствующую амплитудную модуляцию). Например, при частотной модуляции сигнала клистронного генератора с частотой F возникает амплитудная модуляция с частотой четных гармоник модулирующего сигнала (2f , 4F и т. д.). Наличие сопутствующей модуляции является нежелательным явлением, искажающим при приеме и обработке информативный сигнал, что вынуждает при измерении параметров модулированных сигналов принимать специальные меры по ее подавлению.

15.2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ МОДУЛЯЦИИ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Одной из основных тенденций развития радиоэлектронных систем, использующих модулированные сигналы, является непрерывное совершенствование их качественных показателей. В значительной мере оно достигается за счет повышения требований к параметрам модулированных сигналов и снижения уровня искажений, вносимых трактами их формирования, передачи и обработки. Необходимость метрологического обеспечения разработки, производства и эксплуатации радиоэлектронных систем определяет круг задач по измерению параметров модулированных сигналов. Главными из них помимо измерения уровня модуляции считаются высококачественная демодуляция сигнала, т. е. вьщеление закона модуляции, определение степени соответствия его исходному (заданному; и измере-



Измерете параметров модулированных сигналов

Вход ВЧ >-

Вход ПЧ

Преобразователь частоты

Тракт / ПЧ

J Демодулятор AM сигнала

Выход НЧ

Калибратор

Демодулятор ЧМ сигнала

Тракт

Пиковый

детектор

Схема индикации

Рис. 15.1. Структурная схема измерителя модуляции

ние уровня искажений. Непременным условием при этом является строгая оценка погрешности измерений, от достоверности которой в значительной степени зависит качество создаваемой радиоэлектронной аппаратуры И соответствие ее предъявляемым требования!! в процессе эксплуатации. В современной аппаратуре требования к разрешающей способности и погрешности измерений параметров модулированных сигналов составляют от 0,1 до единиц процентов.

Наиболее полно указанные задачи решают специальные средства измерений - измерители модуляции, классифицируемые в соответствии с ГОСТ 15094-69 на следующие виды: измерители коэффициента амплитудной модуляции (С2); измерители девиации частоты (СЗ).

В последние годы широко применяются комбинированные приборы, совмещающие указанные выше функции,- измерители модуляции (СКЗ).

Современный измеритель модуляции - это прецизионный многофункциональный измерительный прибор, позволяющий совместно с другими средствами измерений оперативно решать комплекс основных измерительных задач, перечисленных выше. Рассмотрим принципы их построения и используемые методы измерений.

По своей структуре (рис. 15.1) измеритель модуляции представляет собой измерительный приемник с преобразованием несущей частоты входного сигнала в промежуточную. В основе работы приборов лежит метод демодуляции сигнала, осуществляемой на промежуточной частоте, в процессе которой вьиеляется сигнал, соответствующий с точностью до внесенных искажений закону модуляции. Демодулированный сигнал в зависимости от поставленной измерительной задачи подвергается дальнейшей обработке в тракте прибора или поступает на выход для анализа и определения его характеристик с помощью других средств измерений.

Демодуляция (в зависимости от вида сигнала) производится с помощью ампли-

тудных или частотных (фазовых) детекторов.

Основными требованиями к детектору, определяемыми задачей качественной демодуляции, являются линейность его характеристики и малый уровень шумов.

Демодулятор AM сигнала кроме основной функции выполняет обычно еще функцию первичного преобразователя в системе автоматической стабилизации среднего уровня несущего сигнала Vm, что упрощает процесс измерения коэффициента модуляции. Поэтому в схемотехническом отношении демодулятор является одним из каскадов тракта ПЧ прибора (рис. 15.2).

Демодулятор включает в себя два диодных детектора (1 и 2), противоположных полярностей, работающие на отдельные безъемкостные нагрузки, сигналы с которых в виде полуволн несушей частоты подаются на интегрирующие КС-фильтры для выделения постоянной и переменной составляющих огибающей. Переменная составляющая (огибающая) поступает для дальнейшей обработки в тракт НЧ, а постоянная через компаратор и УПТ управляет коэффициентом усиления УП ЧI для стабилизации уровня несущего сигнала. Кроме того, оба детектора работают на общую безъемкостную нагрузку, на которой при этом восстанавливается сигнал несущей частоты. Восстановленный сигнал подается на УПЧ2, в результате чего он становится охваченным отрицательной обратной связью через демодулятор, что

>- УПН1 * упчг -


Рис. 15.2. Структурная схема демодулятора AM сигнала



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 [153] 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.024