Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



обеспечивает снижение уровня искажений при демодуляции.

Дальнейшая обработка выделенного сигнала огибающей в тракте НЧ заключается в его фильтрации и измерении пикового значения (при законе огибающей, близком к гармоническому,- амплитудного значения) положительной и отрицательной полуволн огибающей.

При наличии системы автоматической стабилизации уровня несущего сигнала в тракте ПЧ, принцип действия которой описан выше, измеренное положительное и отрицательное пиковые (амплитудные) значения сигнала огибающей представляются с помощью масштабного преобразователя непосредственно в единицах коэффициентов модуляции Мв, Мн или М.

В качестве демодуляторов сигналов с угловой модуляцией в измерителях модуляции используют частотные детекторы, требования к которым аналогичны изложенным выше. Обычно применяют детекторы следующих видов: частотные на расстроенных контурах; импульсные частотные и частотные на основе линии задержки и фазового дискриминатора.

Выбор частотного детектора производится исходя из особенностей демодулируе-мого сигнала (ширины спектра, уровня искажений и сопутствующей амплитудной модуляции) и предъявляемых к измерителю модуляции требований по качеству демодуляции.

Детекторы на расстроенных контурах в силу своей широкополосности и сравнительно низких уровней вносимых искажений, что обеспечивается корректирующими цепями, получили широкое применение в контрольно-измерительных приборах аппаратуры связи. В современных измерителях модуляции общего применения они не используются.

Импульсные частотные детекторы, называемые иногда в технической литературе счетными детекторами, отличаются высокой линейностью преобразования, поэтому измерители модуляции, предназначенные для качественной демодуляции, строятся на их основе. Принцип действия импульсного детектора поясняется его структурной схемой и графиками, приведенными на рис. 15.3. В основе работы детектора лежит принцип преобразования ЧМ сигнала в последовательность видеоимпульсов со строго заданными амплитудой и длительностью, частота следования которых соответствует закону модуляции. Таким образом, ЧМ сигнал преобразуется в сигнал с частотно-импульсной модуляцией. Из полученного импульсно-

Триггер

Схема формирования

Фильтр

нижних

частот

I I I

I I I I

5) t

Рис. 15.3. Структурная схема импульсного частотного детектора (а) и диаграммы,

поясняющие принцип его работы (б): У - демодулируемый ЧМ сигнал; 2 -сигнал частотно-импульсной модуляции (ЧПМ); 3 - нормированный сигнал ЧПМ; -сигнал огибающей

го сигнала после амплитудного детектирования выделяются постоянная и переменная составляющие. Первая из них используется в качестве сигнала обратной связи в системе настройки на частоту ПЧ. Переменная составляющая (огибающая) фильтруется и поступает в тракт НЧ для обработки и определения девиации частоты.

Тракт НЧ аналогичен описанному выше при изложении метода измерения коэффициентов модуляции. В комбинированных приборах он является общим.

Частотные детекторы на основе линии

Схема

Амплитудный

сложения

детектор

Линия задержки (Т)

Схема вычитания

Схема

Амплитудный

вычитания

детектор

и вых

г 1

Рис. 15.4. Частотный детектор на основе

линии задержки: «-структурная схема; б - детекторная характеристика



задержки и фазового дискриминатора характеризуются низким уровнем шумов и потому применяются при измерениях шумовой модуляции. Структурная схема такого детектора приведена на рис. 15.4. Исследуемый ЧМ сигнал непосредственно и через линию задержки (время задержки т) поступает на балансный фазовый детектор. Выходной низкочастотный сигнал детектора будет периодической функцией фазового сдвига, обусловленного введенной задержкой т. При выполнении условия равенства амплитуд сигналов на выходе детектора V(f) и U(t + x) сигнал на выходе детектора имеет вид

*вь«=-21/21/о8т(Д(от/2),

который может быть аппроксимирован пилообразной характеристикой. Значение вводимой задержки z выбирается из уравнения

(йоХ/2 = (2и-- 1)л/4,

где и = 0, 1,2,... из условия работы на участке характеристики, близком к линейному.

Как отмечалось выше, реальный ЧМ сигнал всегда несет в себе сопутствующую амплитудную модуляцию, которая в процессе обработки сигнала в тракте измерителя модуляции преобразовывается в угловую, что вносит дополнительные искажения в демодулированный сигнал и погрешность в результат измерения девиации частоты. Основной вклад в процесс преобразования вносит частотный демодулятор. В наибольшей степени этот недостаток присущ демодуляторам с применением фазовых детекторов и расстроенных контуров. Для устранения данного эффекта сигнал на входе демодулятора подвергается амплитудному ограничению. Качество ограничения характеризуется коэффициентом подавления амплитудной модуляции Кам = Д1вх/Д1вых, а также коэффициентом преобразования амплитудной модуляции в угловую, происходящего в ограничителе, Кфм = ДФсоп/Мсоп (ДФсоп - фазовый сдвиг, вносимый ограничителем, Мсоп - коэффициент сопутствующей модуляции на вход). Уровень сопутствующей модуляции исследуемых ЧМ сигналов достигает 10 -20% и более, поэтому к ограничителям предъявляются весьма жесткие требования. Например, коэффициент подавления Кдм для достижения составляющей погрешности измерения девиации частоты за счет перехода модуляции амплитудной в угловую менее 1 % должен быть не менее 100 при Мсоп = 20%.

В качестве ограничителей уровня сигнала обычно используют усилительный каскад.

выполненный по каскадной схеме включения транзисторов. Режим ограничения обеспечивается за счет отсечки тока коллектора или насыщения транзистора. Первый вариант является предпочтительным, так как в режиме насыщения ухудшаются частотные свойства транзистора и увеличивается фазовый сдвиг ДФ, вносимый усилителем-ограничителем. Другими факторами, вызывающими дополнительный фазовый сдвиг, являются нестабильности режимов работы усилителя, искажения формы ограниченного сигнала, цепи нагрузки и др. Достижение минимального значения Кфм особенно важно в измерителях модуляции, предназначенных для де-модулирования и измерения характеристик широкополосных ЧМ сигналов, так как вносимая паразитная девиация при этом

Д/пар = ХфмМсоп •

Для более эффективного подавления сопутствующей амплитудной модуляции используют два последовательных каскада усилителей-ограничителей. При этом достигаются значения коэффициента перехода АМ/ЧМ (ЛАм/чм)> вызванного всеми действующими в тракте прибора факторами, на уровне 1 - 10 Гц/% при частотах модуляции 1-20 кГц и Мсоп<30%.

Качественные характеристики измерителей модуляции, кроме перечисленных, специфичных для данного вида приборов, во многом зависят от остальных основных блоков и трактов измерителей модуляции. Требования к ним в целом являются общими для всех видов электронных измерительных приборов, построенных на принципе измерительного приемника с преобразованием частоты.

Преобразователь частоты, обеспечивающий перекрытие требуемого диапазона частот исследуемых сигналов, обычно выполняется по схеме классического гетеродиниро-вания. Основные требования к преобразователю - минимальный уровень шума и гармонических составляющих гетеродина, а также линейность преобразователя. Последнее требование относится к преобразователю в режиме измерения коэффициента амплитудной модуляции.

Наиболее полно всей совокупности требований удовлетворяют гетеродины на основе LC-контуров, обеспечивающие перекрытие частотного диапазона непосредствегшой перестройкой или делением частоты. В ряде последних моделей измерителей модуляции применяют стробоскопический преобразователь частоты. Принцип стробоскопического преобразования затрудняет реализацию ука-



занных выше требований к уровню шума и комбинационным составляющим прибора. Достоинством его является сравнительно простое схемотехническое решение вопросов автоматизации процесса настройки на частоту исследуемого сигнала.

Основные требования к тракту промежуточной частоты измерителя модуляции состоят в обеспечении требуемой широкополосности, неравномерности амплитудно-частотной и линейности фазо-частотной характеристик исходя из заданных уровней вносимых линейных и нелинейных искажений. Выбор значения промежуточной частоты производится исходя из условий подавления частот гетеродина, сигнала и наиболее заметных комбинационных составляющих, а также обеспечения требуемой широкополосности. Совокупность предъявляемых требований в ряде случаев является противоречивой, поэтому допускаются компромиссные решения. Например, допускается наличие так называемых «пораженных» участков частотного диапазона, где комбинационные составляющие преобразования вида nf + mf близки к значению /„ и заметно искажают сигнал промежуточной частоты, что не позволяет проводить измерения. В необходимых случаях для устранения этих нежелательных эффектов используют двукратное преобразование частоты. Как отмечалось выше, в тракте ПЧ осуществляется также нормирование уровня исследуемого сигнала, для чего в составе УПЧ имеются каскады с регулируемым коэффициентом усиления, охваченные через детектор несущего сигнала отрицательной обратной связью.

В заключение рассмотрим калибратор. Калибратор предназначен для периодической калибровки прибора в процессе его эксплуатации. Сигнал калибратора с нормированными значениями коэффициента амплитудной модуляции и девиации частоты подается на вход тракта ПЧ прибора. При этом показания отсчетного устройства должны бьггь равны определенным значениям, соответствующим форме сигнала калибратора. При расхождении показаний производится подстройка прибора с помощью внешнего органа регулировки или автоматически. Структурная схема калибратора и графики, поясняющие принцип калибровки, приведены на рис. 15.5.

Калибратор представляет собой генератор сигнала промежуточной частоты, им-пульсно модулированный сигналом формы типа меандр. Таким образом, его можно считать AM сигналом с коэффициентом модуляции 100% или ЧМ сигналом с девиацией

кварцевый.

Амплитудный

генератор ПЧ

модулятор

На вход

Генератор модулирующего сигнала


Рис. 15.5. Структурная схема калибратора (а) и графики, поясняющие принцип его работы (б)

частоты /п.ч/2. Реально при обработке сигнала калибратора измеренные значения модуляции отличаются от указанных выше, что вызвано более сложной, чем синусоидальная, формой модулирующего сигнала калибратора. Однако это не является принципиальным, так как при калибровке важны только детерминированный характер.сигнала и постоянство измеренного значения. Рассмотренная схема иллюстрирует принцип калибровки. В конкретных приборах используются различные его варианты.

В соответствии с тенденциями развития измерительной техники, определяемыми практическими потребностями и возможностями элементной базы, современные измерители модуляции выполняются в виде автоматизированных приборов; в них используются средства вычислительной техники, в необходимых случаях предусматриваются программное управление и возможность работы в системе с КОП.

Рассмотрим реализацию указанных тенденций на примере измерителя модуляции СКЗ-45. Прибор предназначен для высококачественной демодуляции сигналов с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией и измерения характеристик модулированных сигналов - коэффициента амплитудной модуляции, девиации частоты, индекса фазовой модуляции, частоты и коэффициента гармоник демодулированного сигнала, уровня несущего сигнала, а также для измерения характеристик шумовой модуляции.

В схемотехническом отношении прибор состоит из тракта аналоговой обработки



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


0.0202