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

Интегрирующие усилители, построенные по указанному выше принципу, могут производить интегрирование в продолжении нес­ кольких десятков минут, давая относительную погрешность, не пре­ вышающую единиц процентов. Непременным условием работы та­ кой схемы является приведение интегрирующего устройства перед каждым измерением в исходное состояние (разряд конденсатора).

Трудность получения относительной ФЧХ без больших погреш­ ностей связана со сложностью получения линейного во времени изменения частоты измерительного сигнала. Нелинейность измене­ ния частоты приводит к дополнительной погрешности измерения относительной ФЧХ, величина которой в градусах оценивается сле­ дующей формулой:

■6(P = Trp(Q„)6Ftl-360°,

где (Чр — абсолютная погрешность измерения относительной ФЧХ; ТгрОН,,)— значение группового времени запаздывания на данной измеряемой частоте; бF„ — сдвиг частоты, обусловленный отли­ чием закона изменения частоты от линейного в данный момент времени и в дайной точке.

Сравнительно просто показать, что если изменение частоты ис­ пытательного сигнала происходит во времени нелинейно, то для получения правильных результатов при автоматизированном изме­ нении ФЧХ достаточно интегрирование производить по такому же нелинейному закону. Для этой цели в схему установки необходи­ мо включить управляемый интегратор. Структурная схема измери­ тельной установки с учетом этого требования приведена на рис.

4.26 [6].

Устройство для измерения относительной фазо-частотрой ха­ рактеристики состоит из датчика измерительных частот (1), изме-

Рис. 4.26

101

рителя ГВЗ (2), преобразователя ГВЗ в относительную ФЧХ (3) и регистрирующего устройства РУ.

Генератор П измерительной частоты Fn измерителя ГВЗ, пере­ страиваемый устройством управления частотой, и .модулирующий генератор Г2 частоты подключены ко входам балансного моду­ лятора. Сигналы с выхода балансного модулятора БМ поступают на входы фазового детектора ФД по двум каналам: по измери­ тельному, состоящему из испытуемого передатчика, квадратичного детектора вч Д ь и по «эталонному», состоящему из квадратичного детектора нч Д2 и установочного фазовращателя ФВ. В режиме градуировки измерительный канал отключается, а «эталонный» канал через градуировочный фазовращатель соединяется с фазо­ вым детектором.

В преобразователе характеристики ГВЗ в относительную ФЧХ электронный интегратор (Инт) дополняется частотомером, мно­ жительным Мн и дифференцирующим (Диф) устройствами для обеспечения независимости результатов измерения от закона изме­ нения частоты испытательного сигнала во времени. Сигнал, про­ порциональный фоти, с выхода электронного интегратора поступает на регистрирующее устройство РУ, управляемое напряжением, по­ даваемым с частотомера.

Перед началом измерений производят компенсацию фазового сдвига, вносимого испытуемым радиопередатчиком при помощи установочного фазовращателя на центральной частоте исследуе­ мого диапазона частот.

Для градуировки регистрирующего прибора в угловых едини­ цах измерительный канал отключается от фазового детектора, вместо него подключается градуировочный фазовращатель, имею­ щий регулируемый фазовый сдвиг относительно .«эталонного» ка­ нала, при этом расстоянию на оси частот регистрирующего устрой­ ства, соответствующему 2/7м, соответствует на оси ординат отре­ зок, эквивалентный фазовому сдвигу, отсчитываемому на шкале градуировочного фазовращателя.

При быстром изменении частоты в процессе измерения ФЧХ, помимо указанных погрешностей, необходимо учитывать и так на­ зываемую динамическую погрешность, возникающую за счет пере­ ходных процессов. Она определяется при равномерной амплитуд­ но-частотной характеристике канала по следующей формуле [7].:

где 5iTrp — относительная динамическая погрешность измерения. Задаваясь определенной величиной погрешности, можно опреде­ лить скорость изменения частоты и время измерения в диапазоне частот F\—F2. Например, относительная погрешность измерения порядка 2% будет иметь место при равномерном изменении ча­ стоты /п от 300 до 3400 Гц приблизительно за 30 с.

Для реализации измерительных установок по рис. 4.23, 4.24, 4.26 необходимы два квадратичных детектора (Дь Д 2). Одна из

102

зарекомендовавших себя схем вч квадратичного детектора с ис­ пользованием триодов 6Н16Б приведена на рис. 4.27 с использо­ ванием анодного детектирования (Л ia) - Такой детектор работает в широком диапазоне частот и имеет хорошую квадратичную ха­ рактеристику при входных уровнях до 2,5 В. Сигнал с выхода

квадратичного детектора подается на активный фильтр нижних ■частот, выполненный на лампах этой же серии (Лш, Лга)-

Сравнительно быстро измерения ФЧХ или ГВЗ можно выпол­ нить с помощью специальных устройств, построенных на основе одного из описанных выше методов.

Ниже приводится описание двух таких устройств для измере­ ния ФЧХ однополосных передатчиков и приемников, разработан­

ных за рубежом.

У с т р о й с т в о д л я и з м е р е н и я г р у п п о в о г о в р е м е-

Рис. 4.28

103

нераторов — Г, и Г2 — с частотами /м (частота измерительного сигнала) и /„ (частота опорного сигнала, устанавливаемая равной, например, средней частоте полосы измерения) подаются на пере­ ключатель, выход которого соединен с амплитудным модулятором. М,. При заданной частоте 'переключения i/п (выбрана равной 4 Гд) на вход модулятора М| подаются напряжения то одной, то другой частоты. В модуляторе Mj происходит модуляция перио­ дически сменяемых сигналов напряжением с частотой / б (частота интервала), равной 40 Гц.

Таким образом, огибающая сигнала на выходе модулятора М) оказывается непрерывной и имеет частоту, равную частоте моду­

Полученный сигнал подается на измеряемое устройство. Если в- этом устройстве имеет место разное время запаздывания для каж­ дой несущей частоты fyi п fv, то и сдвиги фаз, которые претерпе­ вает огибающая в тракте испытуемого устройства, для обеих не­ сущих частот будут различны. В этом случае на выходе испытуе­ мого устройства в моменты переключения несущей частоты будут наблюдаться скачки фазы огибающей сигнала. Величина этих скачков пропорциональна разности группового времени запазды­ вания в измеряемом устройстве для сигналов обеих несущих ча­ стот.

Назначение приемной части измерительного устройства со­ стоит в том, чтобы оценить скачок фазы и представить его в виде изменения группового времени запаздывания. Для различения в приемной части сигналов с измерительной и опорной частотами в передающей части устройства введена дополнительная ампли­ тудная модуляция (модулятор М2) сигнала с опорной частотой напряжением с калибровочной частотой /к (160 Гц) в конце пе­ риода передачи сигнала опорной частоты.

В приемной части на выходе демодулятора Дем получается на­ пряжение огибающей частоты /в, которое через логарифмирующее- \стройство Лог (для защиты от перенапряжения) поступает на фазометр (фазовый детектор), на второй вход которого поступает от генератора частоты синхронизации Гб опорный сигнал с устой­ чивой фазой, частота которого синхронна с поступающей частотой интервала fe- При этих условиях на выходе фазометра получается напряжение прямоугольной формы с частотой повторения /п, ам­ плитуда которого пропорциональна разности группового времени запаздывания сигналов с измерительной и опорной частотами в-

измеряемом устройстве.

Защита приемной части измерительного устройства от помех за счет переходных процессов, возникающих в результате комму­ тации несущих частот, осуществляется специальным переключате­ лем гасящих импульсов, пропускающим измеряемый сигнал лишь после установления колебаний. Переключатель установлен непо­ средственно перед фазометром (на структурной схеме не показан).

На выходе фазометра включен стрелочный, прибор (индика­

104

тор), имеющий нулевую точку посредине шкалы. Прибор позво­ ляет проводить измерения по точкам (вручную), а также и авто­ матически с помощью мотора и самописца.

Все вспомогательные частоты (fu, ifo, f„) получаются от одного опорного генератора и магазина частот. В генераторе сигналов с измерительной частотой изменение частоты происходит симмет­ рично относительно опорной. Диапазон качания частоты может быть установлен любым в пределах 200 П н -150 кГц.

П р и б о р д л я и з м е р е н и,я г р у п п о в о г о в р е м е н и з а п а з д ы в а н и я . Фирмой Action Laboratories разработан при­ бор для измерения группового времени запаздывания в телефон­ ных п телеграфных цепях [9]. Измерительный прибор состоит из двух частей: передатчика типа 451-А и приемника типа 452-А. Пе­ редатчик зырабатывает несущие частоты в полосе 200 Гц—12 кГц. В случае необходимости полоса частот может быть расширена до 24’кГц. В' приемной части измеряются относительные величины группового времени распространения. Шкала прибора имеет два' диапазона измерения тгр: до 2 мкс и до 20 мс.

Передатчик выдает напряжение несущей частоты, модулиро­ ванное напряжением с частотой 25 Гц. Приемник измеряет фазу огибающей напряжения частоты 25 Гц по отношению к номиналь­ ной фазе эталонного источника.

-Передатчик и приемник рассчитаны на согласование с телефон­ ной линией с волновым сопротивлением'600 Ом.

4.8. Измерение линейных переходных искажений

Измерение линейных переходных искажений можно провести

11ескольки ми метода ми.

Одним из описанных методов измеряется амплитудно-частот­ ная характеристика передатчика или приемника. Величина линей­ ных переходных искажений определяется как разность между за­ теканиями сигналов в полосе непропускания фильтра (на часто­ тах до 300 Гц и свыше 3400 Гц) и в полосе пропускания (на ча­ с-ютах от 300 до 3400 Гц). Этот метод наиболее прост и дает впол­ не удовлетворительную точность.

В передатчиках измерение линейных переходных искажений можно провести по схеме рис. 4.1. На вход одного из каналов (на­ пример, Ai) подается сигнал низкой частоты Fnч. На выходе в этом канале будет сигнал с частотой fno+FIi4, а в канале Bi — сигнал частотой /по—FH4. На выходе УОП и в первом, и во втором каналах окажутся сигналы с частотой Fm- Напряжения этих сиг­ налов измеряются с помощью вольтметра или анализатора спект­ ра. Измерение их можно провести и по напряжениям промежу­ точной или выходной частоты соответствующим анализатором спектра. Отношение (в децибелах) напряжения на выходе кана­ ла В, к напряжению сигнала в.канале А; характеризует величи­ ну линейных переходов (коэффициент линейных переходных иска­ жений) .

105

Иногда для измерения линейных переходных искажений ис­ пользуют метод со смещенной несущей. Структурная схема уста­ новки приведена на рис. 4.29.

Рис. 4.29

Для измерения линейных переходов по этому способу необхо­ димо создать на выходе УОП сигнал с несимметричным относи­ тельно несущей частоты спектром. Это осуществляется с помощью вспомогательного кварцевого генератора Гь выходной сигнал ко­ торого используется для обратного преобразования вместо сигна­ ла, получаемого из магазина частот возбудителя. Частота этого генератора /см смещена относительно номинальной частоты /пр, используемой для преобразования без сдвига спектра.

Если на вход одного из каналов передатчика, например 1к. по­ дать от генератора звуковых частот Г2 напряжение низкой часто­ ты FH4, то рабочая и подавленная боковые частоты в тракте про­ межуточной частоты УОП будут соответственно равны: Д—Fnч и /i+ЁнчСигналы на выходе УОП с учетом подставленной несущей /см будут иметь следующие частоты: Д—fCn+ Fm и Д—/см—Е„ч.' Обычно частота вспомогательного кварцевого генератора 1Д вы­ бирается на 1000 Гц ниже номинальной промежуточной частоты разделения каналов УОП. В этом случае полезный сигнал имеет

ра Ан или вольтметром V с соответствующим фильтром, будет ха­ рактеризовать величину линейных переходных искажений.

Погрешность измерения этим способом определяется погрешно­ стью измерительных приборов и обычно не превосходит ±(1 — 2) дБ.

Измерение линейных переходов в однополосном приемнике мо­ жет быть проведено по структурной схеме рис. 4.30.

Высокочастотный генератор Г настраивают так, чтобы полу­ чить на входе сигнал, частота которого попадает в полосу одного из частотных каналов (Аь А2, Вь В2). Вольтметром V измеряют напряжение сигнала на выходе того канала, которому .принадле­ жит дамная частота (гначиричмер, в катале АД, а am ализатором

106

ройств.

4.9. Измерение паразитной частотной (фазовой) модуляции

Метод измерения паразитной частотной модуляции в передат­ чиках иллюстрируется структурной схемой, приведенной на рис. 4.31.

Г,

V

Рис. 4.3!

Исследуемый высокочастотный сигнал с выхода передатчика, возбудителя или блока опорных частот приемника через входные пени (аттенюатор) подводится к смесителю См, на который одно­ временно подается напряжение от гетеродина с плавно изменяе­ мой частотой Г]. Амплитудный ограничитель АО установлен для устранения амплитудной модуляции сигнала. В схеме ограничителя предусмотрена регулировка выходного напряжения, величина ко­ торого контролируется вольтметром V. Это делается для того, что­ бы обеспечить постоянство амплитуды сигнала на входе частот­ ного детектора ЧД, за счет чего можно уменьшить погрешность измерения. Характеристика частотного детектора должна быть ли­ нейна в пределах нескольких сотен герц. В этом случае напряже­ ние низкой частоты на выходе частотного детектора будет про­ порционально девиации частоты измеряемого колебания. Шкала прибора пикового вольтметра Утш проградуирована непосредствен­ но в величинах девиации.

107

Погрешность измерения приборов, построенных по описанному принципу, обычно не превышает 10%.

С помощью осциллографа и генератора звуковых частот Го можно определить значение модулирующей частоты,’ если пара­ зитная частотная модуляция имеет характер модуляции одним тоном.

Модификацией схемы рис. 4.31 является схема рис. 4.32. В этой схеме вместо смесителя и плавного гетеродина применяется при­ емное устройство, которое преобразует сигнал с ЧМ, подаваемый

на его вход через делитель напряжения ДН, в напряжение про­ межуточной частоты. Дальнейший процесс аналогичен описанно­ му. В качестве приемного устройства применяется приемник с про­ межуточной частотой /пр= 215 кГц. В этом случае гетеродин Г, измерительного устройства выключается и смеситель См служит для усиления напряжения промежуточной частоты. При примене­ нии приемника с промежуточной частотой, например, 85 кГц мест­ ный гетеродин подключается и подстраивается. В остальном схема рис. 4.32 повторяет схему рис. 4.31.

Способ измерения индекса фазовой модуляции можно показать на (примере структурной схемы рис. 4.33 [10]. На вход усилителя вертикальной развертки осциллографа подается исследуемое на­ пряжение (рис. 4.34а) от генератора Г|, а на вход усилителя гори­ зонтальной развертки — напряжение '-прямоугольной формы (рис. 4.346), полученное от специального генератора прямоугольных им­ пульсов Г2 или устройства, построенного по схеме рис. 4.35. Если сдвиг фаз между исследуемым и прямоугольным напряжениями уменьшить до нуля, добиваясь минимальных размеров фигуры на экране осциллографа (рис. 4.34е), то ширина одной вертикальной полосы, отнесенная к расстоянию между серединами этих полос, будет соответствовать удвоенному индексу паразитной ФМ (рас­ стояние между цифрами 1, 3). Таким способом можно измерять девиацию фазы до значений, равных я/4.

Заметно лучшие результаты получаются при использовании в

108

Генер.

синусоид. Огр. У напряжения

Рис. 4.35

качестве опорного сигнала прямолинейного участка синусоиды. Правда, диапазон измерений при этом сокращается до значений л./'6, что соответствует индексу модуляции порядка 0,5. Метод поз­ воляет измерять малые индексы фазовой модуляции на самых низких частотах. Погрешность измерений определяется точностью установки нулевой фазы и отсчета по осциллографу.

Приведенные выше методы оценки паразитной частотной (фа­

антенны ЭА подается от генератора стандартных сигналов ГСС немодулированное синусоидальное напряжение в 10—100 раз выше напряжения, соответствующего чувствительности приемника.

Следует отметить, что перед этим измерением генератор стан­ дартных сигналов проверяется на наличие паразитной ЧМ его сиг­ налов. В типовых ГСС, питаемых от сети переменного тока, часто наблюдается паразитная ЧМ с модулирующей частотой 100 Гц. Девиация паразитной ЧМ обычно составляет 1—5 Гц.

С внешнего выхода промежуточной частоты, расположенного обычно на лицевой панели приемника, сигнал подают на ограни­ читель Огр, который устраняет паразитную амплитудную модуля­ цию. На выходе частотного детектора ЧД образуется напряжение, пропорциональное девиации паразитной ЧМ. Шкала прибора пи­ кового вольтметра УШш проградуирована непосредственно в ве­ личинах девиации. При измерениях на выходе УПЧ приемника

109

Рис. 4.3В

(переключатель в положении «Контроль») напряжение поддержи­ вают всегда одинаковым.

Паразитную ЧМ, возникающую в приемнике, можно также из­ мерить с помощью осциллографа (рис. 4.37) по уширению верти-

Рис. 4.37 Рис. 4.38

кальных линий в изображении на нем (см. рис. 4.34е).

Самый простой способ обнаружения паразитной ЧМ в прием­ нике показан на рис. 4.38. Паразитная ЧМ обнаруживается по уширению спектральной линии на осциллографической трубке па­ норамного анализатора Ан.

Результаты измерения получаются более соответствующими полосам телефонных каналов, если измерение девиации паразит­ ной ЧМ производить на нч выходном сигнале. В этом случае ча­ стота напряжения на выходе ГСС устанавливается такой, чтобы подлежащий измерению нч сигнал имел частоту порядка 1500— 2000 Гц.

4.10. Измерение отношения сигнал/фон и сигнал/шум

Измерение отношений сигнал/фон и сигнал/шум можно осуще­

изображена на рис. 4.39. Для измерения используется широкопо­ лосный выход УОП (полоса 0—7000 Гц) (см. приложение 1). По дав на один из входов передатчика от звукового генератора нч Г сигнал с частотой Fnч, настраивают передатчик на заданной ра­ бочей частоте и добиваются номинальной мощности. Анализато-

140