книги из ГПНТБ / Розов В.М. Измерения и контроль в однополосном радиооборудовании

Следует отметить, что простое подмешивание к напряжению несущей частоты напряжений составляющих низких частот (в дан­ ном случае 1000 Гц) не может воссоздать реального процесса ам­ плитудной модуляции, так как при этом не будут соблюдаться фа­ зовые соотношения между напряжениями несущей частоты и бо­ ковых частот. Нарушение фазовых соотношений приводит к завы­ шенным значениям искажении, не соответствующим действитель­ ности. Свести к минимуму этот недостаток метода можно путем фазирования или напряжения несущей частоты или модулирую­ щей частоты. Процесс измерений при этом становится более дли­ тельным. После получения минимума показаний ИНИ поворотом фазы напряжения несущей или частоты 1000 Гц добиваются ново­ го показания минимума ИНИ, не сбивая настройки последнего. Затем проверяют и настраивают ИНИ и снова регулируют фазу. Таким образом, процесс повторяется несколько раз до уверенного показания ИНИ минимального значения. Этот метод оказывается недостаточно надежным, поскольку уже малые неточности фази­

приближался к обычному сложному сигналу, передаваемому в действительности. В этом отношении белый шум считается идеаль­

близко совпадают с шара'метрами сложных многочастотных сиг­ налов.

Если к испытываемому устройству с ограниченной полосой пропускания подвести шумовой сигнал, то линейность амплитуд­ ной характеристики устройства может быть оценена относительной величиной напряжения шума за пределами основной полосы (см. § 2.3).

На рис. 4.16а представлена структурная схема устройства из­ мерений по этому методу, пригодная для измерений как однопо­ лосных передатчиков, так и однополосных приемников. В основу

91

ее положена структурная схема устройства измерений передат­ чиков увч диапазона [2].

Устройство состоит из генератора шума Гш; полосового фильт­ ра ПФ, имеющего полосу пропускания в диапазоне 300—3400 Гц; трех фильтров — средней (Ф,), нижней (Ф2) и верхней (Ф3) ча­ стоты, подключаемых к выходу измеряемого устройства, и квад­ ратичного лампового вольтметра V. На рис. 4.166 приведено раз­ мещение на шкале частот полос пропускания фильтров, применяе­ мых в устройстве. Как видно из рисунка, полосы размещены так, что один из фильтров пропускает сигналы в узкой полосе частот в середине полосы пропускания устройства (фильтр средней ча­ стоты), а два других пропускают сигналы в полосах частот вне полосы пропускания фильтра ПФ (фильтры нижней и верхней частот).

Коэффициент нелинейных комбинационных искажений опреде­ ляется как отношение напряжения шума, измеренное в одной из частотных полос за пределами полосы пропускания, к напряже­ нию шума, измеренному на выходе фильтра, полоса пропускания которого находится в полосе пропускания измеряемого устройства. Полученный результат может быть легко пересчитан в величину коэффициента искажений по методу двух тонов.

Выходные фильтры должны иметь идентичные характеристики. При измерении приемных устройств метод с шумовым испыта­ тельным сигналом также может быть использован. Для четьирехканальных приемников его применение облегчается возможностью использовать канальные разделительные фильтры в качестве вы­ ходных фильтров 'по рис. 4.176. Однако необходимость резкого ог­ раничения полосы входного шумового сигнала заметно усложняет

установку.

Что касается других описанных выше методов оценки нелиней­ ности амплитудной характеристики, то все они применимы и для измерения приемных устройств с учетом их специфических пока­ зателей (частот входных и выходных сигналов, уровней сигналов). Однако, по-видимому, именно из-за этой специфики наибольшее распространение получил все же двухтоновой метод, поскольку его реализация не вызывает затруднений. Структурная схема из­ мерений применительно к каналу В] в соответствии с этим мето­ дом изображена на рис. 4.17а, а на рис. 4.176 приведены полосы пропускания по промежуточной частоте четырехканального при­ емника.

От двухканального высокочастотного генератора ГСС через ат­ тенюатор Ат и эквивалент антенны ЭА к измеряемому приемнику подводится напряжение двух сигналов с частотами f ci и /сг так, чтобы комбинации 3-го порядка топали в крайние телефонные ка­ налы (см. рис. 4.176). Разнос частот между i/c] и / с2 'выбирается оавным 2—4 кГц по номограмме рис. 4.8. Измерение комбинацион­ ных продуктов в этом случае можно производить либо с помощью анализатора гармоник Ан, если несколько комбинационных про­ дуктов попадает в полосу телефонного канала, либо вольтметром

92

переменного тока V, если частоты исходных сигналов выбраны так, что в полосу канала, например Вг, 'попадает только одна комбина­ ционная составляющая. Анализатор гармоник при измерении по­ очередно 'подключается к нч выходам приемника. Звуковой генера-

Рис. 4.17

тор Г и осциллограф служат для предварительного обнаружения комбинационных 'продуктов.

Расчет коэффициентов нелинейных искажений производится по формулам, приведенным в гл. 2.

4.5. Измерение амплитудно-частотной характеристики

Методика измерений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) или ее неравномерности не отличается от той, которой пользуются для обычных двухполосных передатчиков, за исключе­ нием лишь точности измерений. Дело в том, что наличие фильтров и частотных корректоров требует выявления всех особенностей амплитудно-частотной характеристики. При выявлении отклоне­ ний от нормы области частот, где производится коррекция, необ­ ходимо исследовать более подробно.

Измерение амплитудно-частотных характеристик можно про­ вести по структурной схеме рис. 4.1. АЧХ или ее неравномерность может измеряться по выходному напряжению низкой частоты УОП (при этом необходимо учитывать собственную неравномер­ ность частотной характеристики фильтров УОП), по промежуточ­ ной частоте УОП, по выходному вч напряжению передатчика или возбудителя. АЧХ или ее неравномерность измеряется раздельно для каждого телефонного канала.

93

Измерения АЧХ проводят на частотах 75, 100, 150, 200, 250, 300,

для канала с полосой 100—6000 Гц. Для каналов с полосами 250— 3000 и 300—3400 Гц частоты измерений выбирают из числа пере­ численных с учетом некоторого перекрытия полос.

Неравномерность АЧХ измеряют в полосе канала. Процесс из­ мерения следующий. На вход передатчика (по очереди в каждый канал) подается напряжение низкой частоты 1000 Гц (или другой частоты) с уровнем, равным половине номинального входного уровня. Изменяя частоту генератора звуковых частот и поддер­ живая входной уровень неизменным, ведут отсчет напряжения на выходе исследуемого элемента или передатчика в целом.

Неравномерность АЧХ в полосе канала рассчитывается по фор-

Погрешность измерения определяется погрешностью измеритель­ ных приборов и может не превышать 0,2—0,5 дБ.

Для автоматизации процесса измерений и вычислений 'нерав­ номерности АЧХ применяют устройства для механического (реже электронного) изменения частоты и устройства, с помощью кото­ рого логарифмируются выходные напряжения (3] или осуществля­ ется логарифмическое деление {4]. Структурная схема такой уста новки приведена на рис. 4.18.

Рис. 4.18

Если на выходе УОП использовать логарифмирующие усили­ тель или вольтметр (Лог. У или V), то, поддерживая входное на­ пряжение строго постоянным, можно, предварительно откалибро­ вав усилитель или вольтметр, отсчитать неравномерность АЧХ не­ посредственно в децибелах. Погрешность измерения в этом случае может составить 1—1,5 дБ.

94

При использовании логарифмического делителя отпадает необ­ ходимость строго поддерживать уровень входного сигнала. Регист­ рирующее устройство РУ, например самописец, запишет неравно­ мерность частотной характеристики в децибелах в виде графика (рис. 4.19). Погрешность измерения в этом случае можно ожидать

Икв,авии

1-

0

-1

------------------------------------

Fh4

Рис. 4.19

Рис. 4.20

не выше 0,2—0,5 дБ. Время измерения с документальной регистра­ цией порядка 0,5—1 мин. Структурная схема логарифмического делителя приведена на рис. 4.20.

Структурная схема для измерения АЧХ приемника представ­ лена на рис. 4.21. От генератора стандартных сигналов ГСС на вход приемного устройства подается модулированный напряжени­

95

телефонного канала -с полосой 2750 или 3100 Гц по очереди устанавливась следующие частоты сигналов: 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1500, 2000, 2500, 2700, 2900, 3000, 3100, 3200, 3300 и 3400 Гц. Для телефонных каналов с полосой от 100 до 6000 Гц проводят измерение на следующих дополнительных частотах: 100, 150, 200, 4000, 5000, 5500, 6000, 6500 Гц. Звуковые частоты изме­ ряются с помощью частотомера. На частоте 1000 Гц регулятором усиления приемника устанавливается по вольтметру V номиналь­ ное выходное напряжение. Во избежание ошибок при измерении АЧХ этим методом необходимо поддерживать во время измерения постоянной глубину модуляции входного сигнала.

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики при­ емного устройства может, измеряться и рассчитываться аналогич­ но тому, как описывалось выше для передающих устройств.

4.6. Измерение фазо-частотных характеристик (ФЧХ)

и характеристик группового времени запаздывания (ГВЗ)

О б щ и е с в е д е ни я . В однополосных передатчиках и прием­ никах для измерения ФЧХ и ГВЗ применение метода с исполь­ зованием напряжения одной частоты и детектора (как это можно сделать в обычных двухполосных передатчиках и приемниках) невозможно, так как при амплитудном детектировании однополос­ ного сигнала (без остатка несущей) не происходит восстановления исходного нч сигнала.

Непосредственное измерение ФЧХ или ГВЗ обычным методом в сложных четырехполосниках с переносом спектра частот, ка­ кими являются однополосные радиопередающие и приемные уст­ ройства, связано с большими трудностями и погрешностями.

Измерение ФЧХ или ГВЗ производят в диапазоне частот 200—4000 Гц для канала 300—3400 Гц и аз диапазоне 70—7000 Гц для каналов 100—6000 Гц через 100—200 Гц в зависимости от хо­ да характеристик, который определяется предварительными прикидочными измерениями. В случае обнаружения в какой-то обла­ сти частот не плавного хода кривой или скачков эти места иссле­

частотных характеристик с помощью обычного низкочастотного фазометра наиболее просто осуществим применительно к одно­ полосным передатчикам с устройствами обратного преобразова­ ния. Структурная схема установки приведена на рис. 4.22. ФЧХ снимается по точкам как зависимость фазового сдвига (т. е. раз­ ности фаз колебаний на выходе и входе устройства) от частоты.

Из структурной схемы следует, что измеренная характеристи­ ка будет являться суммарной характеристикой двух последова­ тельно включенных устройств: однополосного радиопередатчика и устройства обратного преобразования. Для того чтобы получить этим методом характеристику только передатчика, необходимо

96

предварительно знать характеристику УОП на той рабочей ча­ стоте, на которую настроен радиопередатчик. Как показывают экспериментальные измерения, характеристика УОП не остается неизменной в широком диапазоне частот из-за непостоянства фа­ зовых соотношений в блоках преобразования частоты УОП и в элементах связи. Характеристику УОП можно измерить по мето­ ду, изложенному в разделе измерения приемников. Погрешность измерения определяется погрешностью фазометра и погрешно­ стью измерений собственной характеристики УОП.

Фазо-частотную характеристику в случае необходимости можно пересчитать в характеристику группового времени запаздывания

измерить характеристику группового времени запаздывания, а за-' тем пересчитать ее в фазо-частотную характеристику (по методам, изложенным в § 2.5).

Один из способов измерения тГр(/у) возможен по структурной схеме рис. 4.23. Этот способ заключается в использовании в каче­ стве измерительного сигнала напряжения двух частот, а в качестве

измерителя тгр (приманен фазометр |3]. Амплитуды еинвалов' от генераторов звуковой частоты Ti и Г2 с частотами Fi и F2 должны быть одинаковы, а разность их частот — 20—40 Гц. По фазометру отсчитывают фазовый сдвиг Дер'. Разделив Дф' на разность между частотами F\ и F2, получают тГр, соответствующее средней частоте (Fi +F2)/2. Изменяя Частоты генераторов (с сохранением их раз­ ности) в необходимом диапазоне частот, строят характеристику группового времени запаздывания. По измеренным характеристи­ кам определяют их неравномерности.

Структурная схема, реализующая этот метод, приведена на рис. 4.24. На входы балансного модулятора от генераторов звуковых частот Г) и Г2 подаются испытательный сигнал с частотой и модулирующий сигнал с частотой QM. Модулирующая частота вы­ бирается в пределах Ем = 20±40 Гц. Напряжение с частотой Qu на выходе балансного модулятора должно быть подавлено не менее чем на 30 дБ. В этом случае можно считать, что на низкочастот­ ный вход возбудителя поступают с выхода балансного модулятора БМ следующие сигналы:

ч-\ — Um\ cos [(йн—QM) t +<pi] и и2= Дт2соз[(Пц + й м)^ + ф2],

где фЬ ф2 — начальные фазовые сдвиги испытательного и модули­ рующего сигналов. На выходе однополосного передатчика образу­ ются аналогичные сигналы, смещенные в область высоких ча­ стот и получившие дополнительные фазовые сдвиги ф) и ф2 при прохождении через передатчик:

Нвых1 = К\Um\ COS J t o n + ( Q ii— Q „ ) t + ф 1 + Ф 1 ],

Пвых2= Кг^т 2 COS'[tt)n+ (Пц + йм ) /+ ф 2 + фг]>

где К\, Ко — коэффициенты передачи передатчика на соответству­ ющих частотах; соп — несущая частота передатчика (частота пи­ лот-сигнала). При подведении этих сигналов через элемент связи ко входу квадратичного вч детектора Д 1 на его выходе (выделяется сигнал огибающей модулированного колебания, т. е. напряжение с удвоенной частотой:

в ч ” Ki\jiK\KojUrti\'U7noCOS ( 2 й м '^ ф1 "Ь ф2 Ф 1~ Г ф 2) 1

где /<кД — коэффициент передачи квадратичного детектора вч. Этот сигнал подводится на один вход фазометра. На второй его вход подводится сигнал с выхода квадратичного нч детектора Д2:

Ид нч = Ккцит\>ит 2 cos (2Qmt ф1+ ф2),

и, следовательно, фазометр будет измерять сдвиг фаз между эти­ ми сигналами, равный ф2—фь

При выполнении условий Qu3>iQM> 0 величина группового вре­ мени запаздывания на частоте Qu определяется из уравнения

Тгр(йи) = (фг ф1)/2йм-

Изменяя частоту испытательного сигнала Й„ в необходимой по­ лосе частот при неизменной модулирующей частоте й м, измеряют и рассчитывают частотную характеристику ГВЗ. Процессы изме­ рения ГВЗ для верхней и нижней полос аналогичны.

98

При сохранении модулирующей частоты неизменной шкалу из­ мерителя-фазометра можно проградуировать непосредственно в единицах группового времени запаздывания (в микросекундах, миллисекундах). Погрешность измерения этим методом слагается из погрешности измерительного прибора, погрешности из-за неидентичности фазо-частотных характеристик квадратичных детек­ торов и погрешности метода, т. е. из-за того, что при модулирую­ щей частоте, не равной нулю, спектральные составляющие моду­ лированного сигнала по-разному задерживаются, вследствие чего возникает искажение сигнала.

Погрешность измерительного прибора определяется, прежде

.всего, типом (пли классом) индикатора и указывается в описании прибора. Идентичность ФЧХ детекторов проверяется путем сопо­ ставления данных измерений известной характеристики. Относи­ тельную погрешность самого метода при очень медленном измене­ нии частоты можно оценить по формуле [5], которая при линейной амплитудно-частотной характеристике примет вид

тгр макс — максимальное значение измеренного ГВЗ в нужной по­ лосе частот.

Как показывают расчеты, при выборе модулирующей частоты в пределах 20—40 Гц относительная погрешность метода измере­

Зная достаточно подробно ГВЗ, можно по ней рассчитать или по­ строить фазо-частотную характеристику измеряемого устройства. Этот переход возможен вследствие того, что между ГВЗ Тгр(F) и

ФЧХ tp(F) имеется связь, описываемая уравнением ф0тн(К) =

г

= ( тгр(F)dF—Ф(Тср), где if — текущая частота, изменяемая в пре-

'F

делах F[—\Fo, т. е. в полосе исследуемых частот; ф(ТСр )— значе­ ние фазового сдвига на средней частоте полосы.

Указанную выше операцию интегрирования можно выполнить либо графическим способом, разбивая область между графиком Тгр ( f ) и осью абсцисс на вертикальные полоски шириной AF, а затем суммируя их площади:

ФЧХ однополосных передатчиков, описанные' выше, пригодны и для измерения ФЧХ приемников. В схемы установок вводятся лишь изменения, учитывающие неодинаковость входных и выход-

ных частот в приемниках и передатчиках. Наиболее употребитель­ ная структурная схема установки для измерения ФЧХ приемников приведена на рис. 4.25.

Рис. 4.25

От высокочастотного стабильного генератора ГСС через атте­ нюатор Ат п эквивалент антенны ЭА к однополосному приемнику Подводится модулированный сигнал с несущей частотой f„. Моду­ ляция осуществляется с помощью звукового генератора Г. Глуби­ на модуляции устанавливается 20%. Приемник настраивается таким' образом, чтобы в канал пилот-сигнала попала несущая. В этом случае боковые частоты модуляции (нижняя и верхняя) попадут в полосу пропускания фильтров НБ и ВБ.

Для измерения ФЧХ приемника сигнал модуляции с выхода 3 E V нового генератора и сигнал с выхода приемника подводятся к фазометру. Величины напряжения сигналов, подводимых к фазо­ метру, измеряются вольтметром, а частота точно определяется по частотомеру. Осциллограф служит для визуального наблюдения формы выходного сигнала. Частота модуляции изменяется в пре­ делах полосы однополосного телефонного канала: 300, 400, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400 Гц. По полученным данным рассчитывается групповое время запаздывания.

4.7. Методы автоматического измерения ФЧХ

У с т р о й с т в а д л я и з м е р е н и я ГВЗ. Процесс измерения ФЧХ и регистрации результатов можно автоматизировать. Автома­ тизация измерения ФЧХ основывается на том, что если заставить частоту нэпьгтателиного сигнала изменяться линейно что времени:

тегрированием по времени. Такую операцию можно выполнить, применяя интегрирующее устройство в виде операционного усили­ теля с емкостной обратной связью. Применение операционного усилителя вызвано тем, что простая интегрирующая цепочка tRC должна иметь очень большую постоянную времени, следовательно, ее коэффициент передачи будет весьма мал.

100