книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники
.pdfПри частотной модуляции амплитуда модулирован ного колебания постоянна, а частота изменяется во времени по закону модулирующего сигнала. Для сину соидальной частотной модуляции уравнение модулиро ванного колебания имеет вид:
« = Л0 cos (to,/-[-[3 sin ОД |
(5-6) |
где и — мгновенное значение модулированного колебания; Л0 — амплитуда модулированного колебания;
ю0 — среднее |
значение угловой частоты несущей; |
L1 — угловая |
частота модулирующего напряжения; |
/— время;
Р— индекс частотной модуляции, определяемый вы
|
|
|
|
ражением |
|
|
|
|
|
|
|
|
At |
(5-7) |
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
Д/ — девиация частоты ча |
|||
|
|
|
|
стотно - |
модулированного |
||
|
|
|
|
сигнала, т. е. максимальное |
|||
Р и с . |
5 -2 . Ф о р м а |
г к о л е б а н и я |
п р и |
ее |
отклонение |
от средне |
|
|
с и н у с о и д а л ь н о й ч а с т о т н о й |
|
го |
значения, |
пропорцио |
||
|
м о д у л я ц и и . |
|
нальное амплитуде модули |
||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
рующего напряжения; |
|||
F — частота модулирующего напряжения. Форма колеба |
|||||||
|
ния при синусоидальной |
частотной |
модуляции пока |
||||
|
зана на рис. 5-2. |
и при амплитудной |
модуляции, |
||||
Аналогично тому, как |
|||||||
степень частотной Модуляции |
может быть оценена коэф |
||||||
фициентом частотной модуляции |
|
|
|
||||
|
|
к |
= |
Af |
|
|
(5-8) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
А( макс |
|
|
|
|
где |
Д/ — девиация частоты; |
|
|
|
определен |
||
Д/макс— максимальная девиация частоты для |
|||||||
|
ной |
системы |
передачи |
(для |
радиовещания |
Д/макс == 75 К21{).
Поскольку Д[макс является постоянной величиной, измерение коэффициента частотной модуляции сводится к измерению девиации частоты 'А/.
Таким образом, контроль амплитудной модуляции сводится к измерению коэффициента амплитудной моду-
1 4 0
ляции tn, а контроль частотной модуляции — к измере нию девиации частоты Д/. Контроль 'Модуляции имеет важное практическое значения для обеспечения надеж ности радиосвязи, так как мощность звуковых колеба ний на выходе приемника, необходимая для их уверен ного приема, определяется не только мощностью пере датчика, но и глубиной его модуляции.
5-2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Методы измерения коэффициента амплитудной моду ляции могут быть классифицированы в зависимости от характера преобразований модулированного колебания при прохождении его вдоль тракта радиопередающего и радиоприемного устройств. В соответствии с этим основными методами измерения коэффициента ампли тудной модуляции являются следующие: ,
1)контроль коэффициента амплитудной модуляции по низкой частоте;
2)измерение коэффициента амплитудной модуля ции по высокой частоте;
3)измерение коэффициента амплитудной модуляции путем детектирования модулированного колебания.
Контроль коэффициента амплитудной модуляции по низкой частоте
При достаточно линейной модуляционной характери стике передатчика, представляющей собой зависимость коэффициента амплитудной модуляции от амплитуды модулирующего напряжения, контроль коэффициента амплитудной модуляции может быть произведен по низ кой частоте. Так, например, при анодной модуляции отношение амплитуды модулирующего переменного на пряжения к постоянному анодному напряжению дает величину коэффициента амплитудной модуляции
т = , |
(5-9) |
U а
где U&— амплитуда переменного модулирующего напря жения;
[/а — постоянное анодное напряжение.
141
Прибор, измеряющий амплитуду переменного напря жения при установке неизменного значения постоянного анодного -напряжения, может быть проградуирован не посредственно в значениях коэффициента модуляции.
Точность измерения коэффициента амплитудной мо дуляции будет определяться погрешностью измерения постоянного анодного напряжения электронны-м вольт метром постоянного тока и амплитуды -переменного мо
дулирующего напряжения |
электронным вольтметром |
|||
переменного тока. |
Если |
обозначить эти |
погрешности со |
|
ответственно 6= и |
8^ |
и принять б== |
8^ = ±1,5%, то |
|
суммарная погрешность |
|
|
|
|
8т = |
|
2,10/0. |
Данный метод находит широкое применение при контро ле коэффициента амплитудной модуляц-ии в генерато рах стандартных сигналов.
Измерение коэффициента амплитудной модуляции по высокой частоте
Измерение коэффициента амплитудной модуляции по высокой частоте может быть произведено с помощью
|
электронного осциллографа. Мо |
|
|
дулированное |
синусоидальным |
|
напряжением |
звуковой частоты |
|
высокочастотное напряжение по |
|
|
дается на вертикально отклоняю |
|
Р и с . 5 -3 . О с ц и л л о г р а м м а |
щие пластины осциллографа, а на |
|
м о д у л и р о в а н н о г о |
горизонтально отклоняющие пла |
|
к о л е б а н и я . |
стины подается пилообразное на |
|
|
пряжение развертки. При этом |
на экране трубки получится картина модулированного
колебания, показанная на рис. 5-3. |
Измерив отрезки В |
и А, соответствующие удвоенным |
значениям макси |
мальной и минимальной амплитуд, вычисляют коэффи циент амплитудной модуляции согласно (5-5) по фор муле
m = § fj> 1 0 0 * /0. (5-На)
Погрешность измерения коэффициента амплитудной мо дуляции в данном случае определится точностью изме-
1 4 2
рения отрезков В и А и не превышает в сред нем ±5% .
Коэффициент амплитудной модуляции может быть также измерен по высокой частоте с помощью анали затора спектра. Как «известно, уравнение (5-4) ампли- тудно-модулированного колебания
и = Л0 (1 -ф- т cos Qt) cos mt
может быть преобразовано к спектру синусоидальных составляющих
u — А0 cos <ot —1— А0 cos(u) —J—О) ^ —1— А0 cos (ш — L l)t.
(5-10)
Такам образом, при синусоидальной амплитудной моду
ляции спектр модулированного коле |
|
|
|
|
||
бания состоит из трех составляющих: |
|
|
|
|
||
основной частоты со и двух |
боковых |
|
|
|
|
|
частот со + Q и со—S3, симметрично рас |
|
|
|
|
||
положенных по обе стороны от основ |
|
|
|
|
||
ной |
частоты несущей (рис. |
5-4). Из |
10-S2 |
0) ш + Р |
|
|
выражения (5-10) для спектра ампли- |
Р и с . |
5 - 4 . |
С п е к т р |
|||
тудно-модулированнопо сигнала при |
к о л е б а н и я |
п р и |
с и |
|||
синусоидальной модуляции следует, что |
н у с о и д а л ь н о й |
а м • |
||||
|
« = 2 ^ - , |
(5-11) |
п л и т у д н о й м о д у л я |
|||
|
|
ц и и . |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
где |
т — коэффициент амплитудной модуляции; |
|
|
|||
|
А0 — амплитуда напряжения основной частоты; |
|
|
|||
|
As — амплитуда боковой |
составляющей, |
измеренная |
|||
|
с помощью анализатора спектра. |
|
|
|
Измерение коэффициента амплитудной модуляции методом детектирования модулированных колебаний
При детектировании модулированного.колебания вы сокой частоты на нагрузке детектора выделяется по стоянная составляющая напряжения, соответствующая среднему значению модулированного -колебания, и со ставляющая переменного напряжения низкой частоты,
ИЗ
соответствующая огибающей модулированного колеба ния. Таким образом, в этом случае
( 6- 12)
где Um — амплитуда напряжения низкой частоты; Uср — значение постоянной составляющей.
При установке ее на фиксированном уровне ампли туда переменного напряжения измеряется пиковым вольтметром, шкала которого градуируется непосред ственно в процентах коэффициента амплитудной моду ляции.
5-3. ИЗМЕРИТЕЛИ КОЭФФИЦИЕНТА АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Принципиальная схема простейшего измерителя амплитудной модуляции показана на рис. 6-5.
Принцип действия прибора основан на линейном детектировании модулированного колебания с после
Рис. 5-5. Принципиальная схема измерителя амплитудной модуляции.
дующим измерением постоянной и переменной состав ляющих продетектированного напряжения соответствен но вольтметром постоянного тока и амплитудным элек тронным вольтметром.
В общем случае несимметричной модуляции при включении переключателя в положение 1 — 1 вольтметр измеряет верхнее приращение переменной составляю щей, соответствующее коэффициенту амплитудной мо дуляции «вверх». При установке переключателя в поло жение 2 — 2 вольтметр будет измерять нижнее прираще ние переменной составляющей, соответствующее коэф фициенту амплитудной модуляции «вниз». Регулиров кой связи прибора с передатчиком показание вольтметра
144
.постоянного тока устанавливается .равным определенной постоянной величине, отмечаемой .на его шкале при градуировке красной риской.
При этом показание амплитудного вольтметра пере менного тока пропорционально коэффициенту амплитуд ной модуляции и шкала его градуируется непосредствен-
Рис, 5-6. Принципиальная схема измери теля амплитудной модуляции.
но в процентах коэффициента амплитудной модуляции. Суммарная погрешность измерения коэффициента амплитудной модуляции, определяемая погрешностью
установки средней |
амплитуды |
несущей 6= и |
погреш |
ностью измерения |
амплитуды |
огибающей |
может |
быть оценена величиной поряд ка ±2% .
Недостатком данного, при бора является зависимость его показаний от уровня несущей, что связано с необходимостью ее контроля посредством допол нительного измерительного прибора.
На рис. 5-6 показана упрощен ная принципиальная схема измери теля коаффициента амплитудной мо дуляции, показания которого в зна чительных пределах не зависят от уровня несущей, т. е. от связи с ге нератором.
Рис. 5-7. График продетектированного модулированного напряжения.
С, |
Колебания высокой частоты, индуктируемые в катушке связи |
|
выпрямляются диодом Д\. |
На нагрузочном сопротивлении диода |
|
R |
выделяется пульсирующее |
напряжение UR, состоящее из посто |
янной и переменной слагающих. Это напряжение заряжает конден сатор Ci через правую половину диода Дг до максимального на пряжения U„ нижней части потенциометра Rn. Затем конденсатор С] разряжается через индикатор и конденсатор С2, доводя потен циал последнего также до напряжения Ua.
1 0 -2 2 4 0 145
Потенциал на левой половине диода Дг складывается из сум мы отрицательного пульсирующего потенциала UR и положитель ного постоянного потенциала U„ (рис. 5-7).
В моменты времени, когда отрицательный потенциал на всем потенциометре UR будет больше положительного потенциала U,„ левая половина диода будет непроводящей. В те моменты време ни, когда отрицательный потенциал на потенциометре меньше по тенциала UtI, конденсатор С2 будет разряжаться через левую поло вину диода и через измерительный прибор пойдет ток. При плав ной регулировке движка потенциометра в ту и другую сторону можно найти такое положение, при котрром отмечаются исчезнове
ние и появление тока, |
т. |
е. |
имеет место равенство |
||||
|
и |
М Л Н |
= |
С м а к е -jFT • |
(5-13) |
||
Соотношение напряжений UMин и 1/Макс определяется величиной |
|||||||
среднего коэффициента |
амплитудной модуляции |
||||||
1НСр — |
^ м а к с |
— ^ м и н |
(5-14) |
||||
^ м а к с |
Н“ £/мин |
||||||
|
|
|
* |
||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
^ м а к с |
1 -)- т ср __ Я |
(5-15) |
|||||
^ |
мин |
1 |
^ с р |
||||
|
|||||||
или |
|
|
|
R_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Шел |
— |
Ян |
|
(5-16) |
||
|
““/Г |
+ |
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|
Ян |
|
||
|
|
|
|
|
|
Таким образом, отношение сопротивления всего потенциометра к
сопротивлению его |
нижней части в моменты возникновения тока |
в приборе является |
функцией глубины модуляции и, следователь |
но, лимб потенциометра может быть отградуирован непосредствен но в процентах коэффициента амплитудной модуляции. Прибор позволяет производить измерение коэффициента амплитудной мо дуляции в пределах 10—100% с погрешностью не более ±2% . Ди апазон несущих частот 150 кгц—30 Мгц. Диапазон модулирующих частот 50—5 000 гц.
5-4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ
Необходимость измерения девиации частоты при ча стотной модуляции впервые возникла в технике связи при определении степени паразитной частотной модуля ции у амплитудно-модулированных передатчиков. Со времени освоения и внедрения частотной модуляции в технику радиосвязи методы измерения и контроля ча стотной модуляции приобрели особо важное значение
146
при разработке, испытаниях и ремонте частотно-модули рованных передатчиков и приемников частотно-модули- рованных сигналов.
Частотно-модулированное колебание можно рассматривать как синусоидальное с переменной мгновен ной частотой, изменяющейся по закону модулирующего напряжения. При этом методы, которые применимы для измерения «стационарных» частот (резонансный, осциллографичеекий, метод электронного частотомера), ока зываются пригодными и для измерения «квазистационарных» частот частотно-модулированных колебаний. Аналогично тому, как при измерении коэффициента амплитудной модуляции, основные методы измерения де виации частоты при частотной модуляции могут быть сведены к следующим:
1)контроль частотной модуляции по низкой частоте (по модуляционной характеристике);
2)методы измерения девиации частоты по высокой частоте (спектральные методы, осциллографический ме тод, метод электронного частотомера);
3)методы измерения девиации частоты, основанные
на детектировании частотно-модулированных колебаний.
Контроль частотной модуляции по низкой частоте
Частотная модуляция в передатчиках осуществляется обычно подачей модулирующего напряжения на сетку реактивной лампы, шунтирующей колебательный кон тур высокочастотного задающего генератора. При этом динамическая модуляционная характеристика генерато ра, определяющая зависимость девиации частоты от амплитуды модулирующего напряжения, может быть выражена соотношением
т |
= А т г . и "°*- |
(5-,7)- |
где Д/ — девиация |
частоты; |
|
I — средняя несущая частота; А '= const — постоянный множитель;
t/мод — амплитуда модулирующего напряжения;
10* |
147 |
АЛ |
о |
—-------изменение крутизны реактивной лампы в за- |
|
мод |
висимости от амплитуды модулирующего на |
|
пряжения. |
Если модуляционная характеристика в рабочем участке
достаточно линейна, |
т. е. |
|
|
|
|
|
д5 |
const, |
|
|
|
Д ^ м о д |
|
|
|
|
|
|
|
ТО |
|
|
|
|
|
|
^ - = Ш М0Д, |
(5-18) |
|
где k — коэффициент |
пропорциональности, и, |
следова |
||
тельно, |
девиация частоты пропорциональна |
|||
амплитуде модулирующего напряжения. |
|
Для ювазистационарных частотно-модулированных колебаний динамическая модуляционная характеристи ка передатчика, т. е. зависимость девиации частоты от амплитуды модулирующего напряжения, практически совпадает с его статической модуляционной характери стикой — зависимостью частотного отклонения от напря жения постоянного тока, подаваемого на частотный мо дулятор. Поэтому градуировка генератора, т. е. опреде ление коэффициента пропорциональности k в формуле (5-18), может быть выполнена в статическом режиме, снятием его статической модуляционной характеристики.
Погрешность определения девиации частоты этим ме тодом обусловливается точностью калибровки генерато ра, нелинейностью модуляционной характеристики и точностью измерения, или установки модулирующего на пряжения. Ориентировочно относительная погрешность может быть оценена величиной порядка 3%‘.
Методы измерения девиации по высокой частоте
Измерение девиации по высокой частоте может производиться: спектральными методами (методом ну ля несущей, резонансным методом), осциллографическим методом, методом электронного частотомера.
С п е к т р а л ь н ы е м е т о д ы основываются на сле дующих теоретических положениях. Уравнение (5-6) частотно-модулированного сигнала при синусоидальной частотной модуляции
и = А0 cos (w0t -f-р sin Qt)
148
согласно теории функций Бесселя может быть преобра зовано к спектру синусоидальных составляющих:
00
Ч — Л0 | / 0 (Р) COS wBt + V /„ (р) [cos (u)0 + nQ) t +
“ 1 |
|
+ (— l)n cos(»0 — nQ)f]}, |
(5-19) |
где /»(Р) — функция Бесселя первого рода п-го порядка
от аргумента, равного и н д е к с у модуляции р . |
Таким |
образом, частотно-модулированное колебание |
выра |
жается спектром синусоидальных составляющих, число
которых |
стремится к бес |
|
|
|
|
||||||
конечности. |
Практически |
|
|
|
|
||||||
значения амплитуд, оди |
|
|
|
|
|||||||
наковых |
для |
верхних |
и |
|
|
|
|
||||
нижних |
боковых |
частот |
|
|
|
|
|||||
одного порядка и пропор |
|
|
|
|
|||||||
циональных |
бесселевым |
|
|
|
|
||||||
функциям |
первого |
рода |
|
|
|
|
|||||
,|| |
U |
i i i l i i l i U |
i l M |
J i l l 1,1 |
i |
|
|
|
|
||
|
----------- A f -------------J U ---------A f ------------J |
|
|
|
|
||||||
Р и с . |
5-8. |
С п ек тр |
к о л е б а н и я при |
Р и с . |
5-9. К р и в а я |
и зм ен ен и я |
ам п л и |
||||
с и н у с о и д а л ь н о й ч а ст о т н о й м о |
т у д ы н а п р я ж е н и я о сн о в н о й ч а ст о т ы |
||||||||||
д у л я ц и и |
[1 = |
2 4 , |
A f = |
6 0 |
кгц, |
/ 0 (р) |
в ф у н к ц и и |
и н д ек са |
м о д у л я |
||
|
|
F = |
2 ,5 |
кгц . |
|
|
|
|
ции |
(!. |
|
от аргумента, равного индексу модуляции, быстро убы вают с возрастанием п. Частотный интервал между со седними боковыми частотами равен модулирующей ча стоте, а ширина спектра для достаточно больших инде ксов модуляции (р > 1) ориентировочно может быть при нята равной удвоенной девиации частоты (рис. 5-8).
Из спектральных методов измерения девиации ча стоты наибольшее применение получили метод нуля не сущей и резонансный метод.
М е т о д н у л я н е с у ще й . Измерение девиации частоты методом нуля несущей основано на определении значений индекса модуляции, при которых амплитуда основной частоты спектра частотно-модулированного
149