книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники

сигнала обращается в нуль. Кривая изменения амплиту­ ды 'основной частоты / 0(|3) в функции индекса модуля­ ции р показана на рис. 5-9.

Из этой кривой можно видеть, что амплитуда основ­ ной частоты проходит через нулевые значения при индексах модуляции, равных р ='2,4; 5,52; '8,65 и т. д.

Таким образом, если взять узкополосный приемник, настроенный на несущую частоту спектра частотно-мо- дулированного сигнала, то, увеличивая постепенно мо­ дулирующее напряжение, можно обнаружить ряд после­ довательных значений р, при которых несущая проходит через нуль.

Зная значение р и частоту модулирующего напряже­ ния F, можно определить согласно (5-7) девиацию ча-

Рис. 5-10. Блок-схема измерения девиации частоты методом нуля несущей.

стоты, соответствующую данному модулирующему на­ пряжению:

Блок-схема измерения девиации частоты методом пуля несущей показана ,на рнс. 5-10.

Достоинством данного метода является его точность. При достаточной разрешающей способности приемника, позволяющей настроиться на отдельную компоненту спектра, систематическая погрешность будет отсутство­ вать. Случайная погрешность определяется неточностью визуального определения момента, когда амплитуда не­ сущей обращается в нуль. Величина этой погрешности равна примерно 1—3 % Столь высокая точность позво­ ляет использовать данный метод для градуировки изме­ рителей девиации частоты.

Недостаток метода состоит в том, что он не позво­ ляет измерять произвольные значения девиации частоты, допуская измерения лишь на отдельных фиксированных точках, соответствующих корням функции Бесселя.

150

Кроме того, данный метод практически применим лишь при стабильных несущих частотах проверяемого передатчика, модулированного !напряжением строго си­ нусоидальной формы.

Р е з о н а н с н ы й м е т о д измерения девиации ча­ стоты основан на том, что для частотно-модулированных колебаний с р > 1, с которыми чаще всего приходится иметь дело на практике, частотный интервал между компонентами спектра с максимальными амплитудами равен примерно удвоенной девиации частоты (рис. 5-8).

рованным по частоте сину­ соидальным напряжением, связан резонансный частото­

мер, контур которого обладает острой резонансной кри­ вой. Настраивая частотомер последовательно на компо­ ненты спектра вправо и влево от основной частоты, отмечают частотный интервал fm между двумя компо­ нентами с максимальными амплитудами, при настройке на которые индикатор дает наибольшие показания. Из теории бесселевых функций известно, что для фиксиро­ ванного, достаточно большого индекса модуляции (3 функция /„(|3) является функцией п и имеет максимум для п, определяемого соотношением

амплитудами спектра; F — модулирующая частота.

151

Погрешность данного метода определяется тем, что при измерении частотного интервала между компонен­ тами спектра с максимальными амплитудами максимум кривой /„(($) =ф(/г) может оказаться между двумя боко­ выми частотами и, следовательно, будет измерен при

частоте, которая отстоит на ± у от истинного значения.

синусоидальное колебание от высокочастотного генера­ тора с частотой /0.

В результате детектирования биений обоих колеба­ ний на выходе смесителя выделяется колебание с раз­

Если подобрать частоту этого генератора так, чтобы она равнялась девиации частоты частотно-модулированного генератора, то при

152

на экране трубки возникает эллипс. Такпм образом, зна­ чение девиации частоты отсчитывается по частотной шка­ ле вспомогательного низкочастотного генератора.

Погрешность осциллографического метода опреде­ ляется погрешностями установки частоты по шкалам генераторов и погрешностью индикации эллипса, вели­ чина которой обратно пропорциональна индексу моду­ ляции.

М е т о д э л е к т р о н н о г о ч а с т о т о м е р а . Упро­ щенная схема электронного частотомера показана на рис. 5-14. Как известно, показание частотомера пропор­ ционально числу отрицательных импульсов в единицу времени, т. е. частоте приложенного напряжения

где / — постоянный ток через индикатор; / ■—частота приложенного напряжения.

При подаче на электронный частотомер частотно-мо- дулированного сигнала вида U= Umcos (со0/ + р sin Q/), форма которого показана на рис. 5-2, среднее число отрицательных импульсов ав единицу времени при доста­ точно большом р будет таким же, как и при отсутствии модуляции, т. е. электронный частотомер даст показа­ ние, соответствующее средней несущей частоте.

Для того чтобы применить электронный частотомер для измерения девиации частоты, можно воспользовать­ ся двумя способами: 1) получить нулевые биения ча- стотно-модулированного сигнала с синусоидальным ко­ лебанием и результирующее напряжение подать на элек­ тронный частотомер; 2) использовать электронный частотомер с индикатором переменного тока на его вы­ ходной нагрузке в качестве апериодического частотного детектора.

Измерение девиации частоты способом нулевых бие­ ний производится по блок-схеме, показанной на рис. 5-15. При настройке частоты гетеродина на сред­ нюю частоту частотно-модулированного сигнала /о в смесителе имеют место нулевые биения, в результате

153

индексах модуляции (5 > 4 частотно-модулированное ко­ лебание можно рассматривать как синусоидальное с медленно меняющейся частотой. Для бесконечно ма­ лого момента времени частоту можно '.считать постоян­ ной и, следовательно, мгновенное значение тока, ттро-

ходящего через прибор, выразится согласно (5-24) со­ отношением

Показание прибора, определяемое средним значением

Таким образом, для р > 1 электронный частотомер дает показания, пропорциональные девиации частоты. С уче­ том (5-24) девиация частоты

числа отрицательных импульсов за период модулирую­ щей частоты не превышает единицы. Отсюда максималь­ ная относительная погрешность

154

Из (5-29) следует, что метод электронного частотомера может дать удовлетворительную точность лишь для до­

статочно больших индексов модуляции, т. е. р >1.

Методы измерения девиации частоты, основанные на детектировании частотно-модулированных колебаний

Аналогично тому, как детектирование колебаний, мо­ дулированных по амплитуде, производится посредством нелинейного сопротивления, величина которого изме-

Рис. 5-16. Детектирование частотно-мо- дулированного колебания.

няется в зависимости от амплитуды напряжения, детек­ тирование колебаний, модулированных по частоте, мо­ жет быть произведено посредством сопротивления, величина которого изменяется в зависимости от частоты детектируемого напряжения.

В качестве такого сопротивления может быть исполь­ зован колебательный контур с рабочей точкой, выбран­ ной на склоне его резонансной кривой (рис. 5-16).

155

тудыо-модулированное напряжение с амплитудой оги­

ный частотный детектор или дискриминатор, принципи­ альная схема которого показана на рис. 5-17, а характе­ ристика зависимости выходного напряжения от девиации частоты входного сигнала — на рис. 5-18, При работе на

контроля модуляции напряжением любой формы в рабо­ чих условиях во время передачи обеспечили данному ме­ тоду наибольшее практическое применение.

При измерении девиации частоты детектировамие частотно-модулированных колебаний может быть также выполнено апериодическим частотным детектором. В ка-

№

честве апериодического частотного детектора может быть использована схема электронного частотомера с индикатором переменного напряжения, показанная на рис. 5-19. В этой схеме через нагрузочное сопротивле­ ние будет проходить ток, пропорциональный числу отрицательных импульсов в единицу времени на входе схемы. При подаче на вход частотно-модулированного сигнала Ао cos (со0^ + Р sin Ш) в моменты времени, со­ ответствующие максимумам модулирующего напряже­ ния, число импульсов в единицу времени будет наиболь­ шим и через нагрузочное со­

будет наименьшим, что будет соответствовать минимальному мгновенному значению тока че­ рез нагрузочное сопротивление Следовательно, через нагру­ зочное сопротивление будет проходить переменный ток низ­ кой частоты, частота которого равна модулирующей частоте, а нальна девиации частоты.

Таким образом, схема электронного частотомера представляет собой апериодический частотный детектор, преобразующий частотно-модулированный сигнал в на­ пряжение низкой частоты, выделяемое на нагрузочном сопротивлении. Поскольку амплитуда этого напряжения пропорциональна девиации частоты, шкала вольтметра, подсоединенного к нагрузочному сопротивлению, может быть проградуирована непосредственно в килогерцах девиации частоты.

5-5. ИЗМЕРИТЕЛИ ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ

В технике связи измерение девиации частоты чаетот- но-модулированных передатчиков выполняется обычно с помощью приборов, называемых измерителями девиа­ ции частоты (ИДЧ).

157

Принцип действия измерителя девиации частоты основан на детектировании частотно-модулированного колебания и преобразовании его в низкочастотное на­ пряжение, амплитуда которого пропорциональна девиа­ ции частоты.

Таким образом, измеритель девиации частоты позво­ ляет производить контроль частотно-модулированных передатчиков с непосредственным отсчетом их девиации частоты по шкалеприбора.

Различаются две основные разновидности схем изме­ рителей девиации частоты—с резонансным и апериоди­ ческим частотным детектором.

Блок-схема измерителя девиации частоты показана на рис. 5-20. Напряжение измеряемого сигнала от ча-

Рис. 5-20. Блок-схема измерителя девиации частоты.

стотно-модулированного передатчика, подаваемое на вход прибора, усиливается усилителем высокой частоты и поступает вместе с колебаниями гетеродина на смеси­ тель. На выходе смесителя выделяется частотно-модули- рованное колебание с измеряемой девиацией частоты и со средней частотой, равной промежуточной частоте. Это напряжение усиливается усилителем промежуточной частоты и поступает на ограничитель, устраняющий па­ разитную амплитудную модуляцию сигнала и обеспечи­ вающий постоянство амплитуды напряжения, поступаю­ щего на частотный детектор.

Частотный детектор преобразует колебания, модули­ рованные по частоте, в напряжение низкой частоты, вос­ производящее модулирующее напряжение, амплитуда которого пропорциональна девиации частоты входного частотно-модулированного сигнала. Это напряжение проходит фильтр нижних частот и 'поступает из вход

158

электронного вольтметра, шкала которого градуирована в килогерцах девиации частоты.

Измерители девиации частоты КВ и УКВ диапазона имеют диапазон несущих частот до 200 Мгц, пределы измерения девиации частоты от 1 до 100 кгц и позво­ ляют производить измерение девиации частоты с точ­ ностью порядка 4—6%;.

Погрешности измерителя девиации частоты обусловливаются следующими основными факторами:

1) временем установления частоты в тракте орибора б];

них частот 6 3;

4)погрешностью градуировки 64;

5)вариацией стрелочного индикаторного прибора 6 5 .

Погрешность, обусловливаемая временем установления часто­ ты в тракте прибора, может быть оценена соотношением

(5-30)

где F — модулирующая частота;

П — полоса пропускания усилителя промежуточной частоты.

Так, например, для измерителя девиации частоты с максималь­ ным пределом измерений Д/=50 кгц и полосой пропускания, рав­ ной удвоенной девиации /7=100 кгц при максимальной модулиру­ ющей частоте F= 10 кгц, погрешность, обусловливаемая временем

установления частоты в тракте прибора, согласно (5-30) составит

6i= 2%.

Если принять: бг=3%, 63=1% , 64= 3 %, 65= 1%, то суммарная погрешность составит:

Градуировка измерителя девиации частоты чаще все­ го выполняется е помощью образцового частотно-моду- лированного генератора, девиация частоты которого ка­ либруется по его статической модуляционной характери­ стике, или методом нуля несущей.

159