Измерение среднего значения КАМ

Значение М_ср наиболее просто и достаточно точно может быть измерено с помощью осциллографа. Техника осциллографических измерений (см. § 7.6) позволяет предложить две конкретные мето­дики измерения М_ср: подачу U_x(t) на вход Y в режиме автоколеба­тельной развертки и прямое измерение U_max и (U_min (рис. 7.39); измерение по методу трапеции, когда на вход Y подается U_x(t), а

 

 

Рис. 7.40. Осциллограмма AM си­гнала при измерении КАМ по мето­ду трапеции.

 

на вход X — модулирующее напряжение (или продетектированный AM сигнал). В этом случае на экране ЭЛТ наблюдается интерфе­ренционная фигура в виде трапеции (рис. 7.40). Измеряя, как и ра­нее, U_max и U_min, определяем значение M_cр. Эта методика предпочти­тельнее, так как U_max и U_min измеряются более точно. Суммарная погрешность измерения М_ср составляет ± (5...10) %.

Измерение пиковых значений КАМ

Модулометры, измеряющие и , базируются на методе двух вольтметров. Идея метода заключается в детектировании AM сиг­нала с измерением одним вольтметром значения U_m, а другим вольт­метром — пиковых отклонений модулирующего напряжения «вверх» и «вниз». В зависимости от диапазона несущих частот U_x(t) модулометр может представлять собой приемник прямого усиления или супергетеродин.

Рис. 7.41. Структурная схема модулометра.

 

Широкодиапазонные приборы соче­тают приемники обоих типов и имеют структурную схему, показан­ную на рис. 7.41.

Перед выпрямлением AM сигнал усиливается с помощью УПЧ, куда он поступает либо через преобразователь частоты, либо через входные фильтры (при работе как приемник прямого усиления). С помощью ФНЧ выделяется модулирующее напряжение, измеряе­мое пиковым вольтметром с закрытым входом. Если показания вольтметра, измеряющего U_m, устанавливать на некоторую услов­ную единицу, то шкала пикового вольтметра градуируется прямо в значениях М. Поэтому вольтметр U_m заменяют схемой автоматиче­ской установки и стабилизации U_m. Пиковый вольтметр для повы­шения точности измерений может быть цифровым. Калибратор позволяет имитировать AM сигнал с М= 100 %.

Основные составляющие погрешности измерения КАМ — суть погрешности измерения U_m и AU_±. Единство измерений КАМ обес­печивается с помощью поверочной схемы, во главе которой стоит государственный первичный эталон, утвержденный ГОСТ 8.109—83. Он обеспечивает воспроизведение значений КАМ в диапазоне 0,1...100 % при СКО не более и неисключенной систематической погрешности, не превышающей . Диапазон несущих частот эталона 0,01...500 МГц, а диапазон модулирующих частот 0,02...200 кГц.

 

ИЗМЕРЕНИЕ ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ

 

ЧМ сигнал может быть представлен, согласно (7.12), как

(7.14)

причем в большинстве случаев является периодической функцией. Из (7.14) следует, что угловая частота ЧМ сигнала

где —отклонение от среднего значения . Величина называ­ется девиацией частоты и характеризует глубину ЧМ. При синусоидальной мо­дулирующей функции выражение (7.14) конкретизируется

откуда следует, что и определяется только амплитудой мо­дулирующего напряжения. Величина называется индексом моду­ляции и характеризует амплитуду изменения .

Наиболее распространенными методами измерения являются методы ча­стотного детектирования и по «нулям» функции Бесселя (метод исчезающей не­сущей). Рассмотрим их.

 

Измерение методом частотного детектирования

Частотное детектирование позволяет, как известно, преобразо­вать ЧМ сигнал в низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему. Измеряя это напряжение пиковым вольтметром, получаем возможность определять значение . Входные каскады девиометра могут представлять собой приемник прямого усиления или супергетеродинный приемник. Типовой является схема девио­метра, представленная на рис. 7.42.

Рис. 7.42. Структурная схема девиометра.

 

Так как ЧМ сигнал, как правило, имеет некоторую паразитную AM, перед частотным детектором включается ограничитель ампли­туды, который ликвидирует эту AM. Характеристики УПЧ не долж­ны вносить заметных искажений в усиливаемый ЧМ сигнал. Это было характерно и для УПЧ в схеме рис. 7.41 при усилении AM сигнала. При сравнении схем рис. 7.41 и 7.42 видна возможность унификации большинства их функциональных узлов. Это послужило основой для создания комбинированных приборов вида СКЗ, рабо­тающих в режимах измерения М и с представлением результатов измерений в аналоговой или цифровой форме. В последнем случае прибор может иметь также встроенный ЦЧ. Основная погрешность приборов в режимах измерения М и не превышает ± (3...5) %.

 

Измерение по «нулям» функции Бесселя

Этот метод основан на известном спектральном разложении ЧМ сигнала

где — функция Бесселя первого рода нулевого порядка, — то же n-го порядка.

При измерении применяется АС, на экране которого воспро­изводится спектр U_x(t). Для измерения используется составляю­щая спектра с частотой (n =0), амплитуда которой пропорцио­нальна . Важным свойством , позволяющим точно изме­рять , является обращение ее в нуль при значениях =2,41; 5,52; 8,65; 11,79 и т. д. (рис. 7.43). Это означает, что при указанных

 

Рис. 7.43. График функции .

 

индексах модуляции сигнал несущей частоты исчезает из спектра, а все другие гармоники остаются.

Моменты исчезновения несущей можно точно зафиксировать по экрану АС при плавном увеличении (т. е. амплитуды модулиру­ющего напряжения). Первому такому моменту будет соответство­вать =2,41 F, второму — =5,52 F и т. д. Если F= const, значение может быть точно определено в этих дискретных точках диапа­зона. Дискретность измерений является основным недостатком ме­тода. Однако высокая точность позволила создать на его основе государственный специальный эталон , утвержденный ГОСТ 8.232—77. Эталон обеспечивает воспроизведение значений в диапазоне 100 Гц...1 МГц при СКО не более и неисключенной систематической погрешности, не превышающей . Диапазон средних частот эталона 0,5...1000 МГц, а диапазон моду­лирующих частот 0,03...200 кГц.