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調頻信號頻偏測量方法

發布時間:2019-03-15 文章來源:本站  瀏覽次數:8795


1 簡介

SG1030ASG2060A兩款射頻信號源頻段分別為9kHz~3GHz9kHz~6.0 GHz,兩款信號源都攜帶了豐富的調制功能,特別是模擬調制(AM/FM/φM)信號調制率最高可達1MHz。下面是我司信號源產品圖片和相關的模擬調制指標。

            

 

模擬調制

調制模式

 

內部

外部

AM

調制深度

0~100

參數可耦合/非耦合

調制速率

20Hz~1MHz

1Hz~1MHz

FM

最大頻偏

2MHz

參數可耦合/非耦合

調制速率

20Hz~1MHz

1Hz~1MHz

ФM

調制相位

0~360

參數可耦合/非耦合

調制速率

20Hz~1MHz

1Hz~1MHz

1  SG1030A/SG2060A射頻信號源設備及指標

根據信號發生器通用規范GB/T 12114-2013合成發生器通用規范》,校準模擬調制準確度所使用的標準設備為測接收機或者是調制度分析儀。本文給出了在實驗室沒有調制度分析儀或者是測量接收機的情況下,使用頻譜分析儀就能夠實現信號發生器模擬調制準確度的校準。如今的頻譜分析儀其性能比起早期產品有了極大的提高,特別是具有很高的頻率和幅度測量準確度,同時有具有極低的本底噪聲(比如我司的SA2031A系列頻譜分析儀)。本文給出了使用頻譜分析儀測量模擬調幅準確度的計算公式測量方法,并介紹了調頻中調制頻偏測量所使用的Bessel函數零值法、比值法,以及比值法與寬帶調頻測量調頻結合法;模擬調相的測量方法等與模擬調頻一致。校準前需要將信號發生器內部時基與頻譜分析儀的輸出時基同步。

2 調頻信號的理論基礎

2.1 調頻信號的表達式及頻譜

調頻信號的數學表達式為:

                     公式 1

其中為載波信號頻率

為調制頻率

為調頻指數

1式展開,其表達式為

   公式 2

為貝塞爾函數。

2式可以看出,調頻信號頻譜包含了很多個邊頻分量,邊頻分量的幅度值由貝塞爾函數決定,即取決于實際調制指數

                公式 3

3式中,n為邊帶數,n=0是載頻,n=1是第一邊頻,K=12…;位調制指數,利用調制指數與頻偏之間的關系,調制頻偏=調頻指數*調制頻率:

                                 公式 4

4式中,-調制頻偏,-調制指數,-調制頻率

2.2  調頻信號的特點

根據表達式3,其頻譜有如下特點:

a) 除載頻分量外還包括無限對邊頻分量各邊頻分量之間的間隔頻差為

b) 載頻分量與各變頻分量的振幅由相應的各階Bessel函數決定。

c) 奇數次的上、下邊頻分量振幅相等,相位相反;偶數次的上、下邊頻分量振幅相等,相位相同。

d) 對于某些值,載頻或邊頻振幅為零,這一特點可以用于測制頻偏測量,此法也稱為Bessel函數零值法。

  

2  調頻信號譜圖

3 調頻信號測量的三種方法

根據前面分析,我們可以得出測量調頻信號的三種方式:分別為Bessel函數零值法、比值法、寬帶調頻法、寬帶調頻加比值法。

3.0.1 零階Bessel函數零值法

表格 1  Bessel函數的零值點

零值次數i

調頻指數

零值次數i

調頻指數

1

2.4048

6

18.0711

2

5.5201

7

21.2116

3

8.6537

8

24.3530

4

11.7915

9

27.4935

5

14.9039

10

30.6346

根據表1(3),零階Bessel在某些點值為零,即此時從頻譜儀上所看到載頻點的信號為零,這些點的頻偏值可以利用(4)計算得到信號發生器調制頻偏從0開始逐漸增加,同時在頻譜儀上數出載頻變為零的次數。零階Bessel函數零值法校準頻偏的優缺點:

1頻偏準確度與頻譜儀的幅度測量準確度無關,主要取決于頻譜儀所能夠看到的最小電平DANL。對于當今比較好的頻譜分析儀,其DANL很小,,因此測量出的頻偏準確度可以很高。

2只能校準特定點的調制頻偏,對于大的頻偏,由于載頻多次經過零點,因此有可能數錯過零的次數。

3對于檢定規程中給定頻偏準確度的校準,就不能使用零階Bessel函數法,需要使用Bessel函數比值法。

3.0.2 Bessel函數比值法

使用頻譜分析儀測量調頻信號頻譜分量之問的比值,再從根據表達式(8)Bessel函數計算出的數據表中查表得出mf,此即Bessel函數比值法, 最常用的比值法為之間比值:

                  公式 5

根據(5)改變值計算出,將計算出的數據放于表格中,供查閱。

3.0.3 比值法與寬帶調頻量調頻結合法

對于寬帶調頻,在使用比值法時,因為Bessel函數具有一定的周期性,就會從表中查出多個數值,無法判別出查出的多個數值中哪一個為所需要的值。為此,我們的解決方法如下:

首先使用寬帶凋制法來測量出調制頻偏值,其測量準確度沒有比值法高,但是可以利用此測量出的值決定使用比值法中查出的多個值中哪一個數值為實際調頻頻偏。寬帶調頻在頻譜分析儀中的測量顯示的曲線如下圖所示

 

首先利用頻譜儀測量偏離峰值3 dB處的頻率差Fdelta,然后利用下面的公式來計算得出調制頻偏

                            公式 6

 (6)中,Fdelta為此時從頻譜儀上讀出的頻率差。此法為寬帶調頻法。將與用比值法查表得出的多個頻偏值進行比較,與之最接近的值即為實際頻偏值。此法為寬帶調頻加比值法。

一般說來,寬帶調頻得可以直接使用寬帶調頻法的測量結果,實際測量時可以發現之間差別不是很大。

4 結論

利用本文介紹的方法,使用頻譜分析儀SA2031A頻譜分析儀對信號發牛器SG1030A的模擬調頻準確度進行了測量,并將測量結果與測量接收機的測量結果進行了比較,兩者之間的結果比較一致,證明了本文介紹了方法準確,可行。

 

 

 

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