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调频信号频偏测量方法

发布时间:2019-03-15 文章来源:本站  浏览次数:2507


1 简介

SG1030ASG2060A两款射频信号源频段分别为9kHz~3GHz9kHz~6.0 GHz,两款信号源都携带了丰富的调制功能,特别是模拟调制(AM/FM/φM)信号调制率最高可达1MHz。下面是我司信号源产品图片和相关的模拟调制指标。

            

 

模拟调制

调制模式

 

内部

外部

AM

调制深度

0~100

参数可耦合/非耦合

调制速率

20Hz~1MHz

1Hz~1MHz

FM

最大频偏

2MHz

参数可耦合/非耦合

调制速率

20Hz~1MHz

1Hz~1MHz

ФM

调制相位

0~360

参数可耦合/非耦合

调制速率

20Hz~1MHz

1Hz~1MHz

1  SG1030A/SG2060A射频信号源设备及指标

根据信号发生器通用规范GB/T 12114-2013合成发生器通用规范》,校准模拟调制准确度所使用的标准设备为测接收机或者是调制度分析仪。本文给出了在实验室没有调制度分析仪或者是测量接收机的情况下,使用频谱分析仪就能够实现信号发生器模拟调制准确度的校准。如今的频谱分析仪其性能比起早期产品有了极大的提高,特别是具有很高的频率和幅度测量准确度,同时有具有极低的本底噪声(比如我司的SA2031A系列频谱分析仪)。本文给出了使用频谱分析仪测量模拟调幅准确度的计算公式测量方法,并介绍了调频中调制频偏测量所使用的Bessel函数零值法、比值法,以及比值法与宽带调频测量调频结合法;模拟调相的测量方法等与模拟调频一致。校准前需要将信号发生器内部时基与频谱分析仪的输出时基同步。

2 调频信号的理论基础

2.1 调频信号的表达式及频谱

调频信号的数学表达式为:

                     公式 1

其中为载波信号频率

为调制频率

为调频指数

1式展开,其表达式为

   公式 2

为贝塞尔函数。

2式可以看出,调频信号频谱包含了很多个边频分量,边频分量的幅度值由贝塞尔函数决定,即取决于实际调制指数

                公式 3

3式中,n为边带数,n=0是载频,n=1是第一边频,K=12…;位调制指数,利用调制指数与频偏之间的关系,调制频偏=调频指数*调制频率:

                                 公式 4

4式中,-调制频偏,-调制指数,-调制频率

2.2  调频信号的特点

根据表达式3,其频谱有如下特点:

a) 除载频分量外还包括无限对边频分量各边频分量之间的间隔频差为

b) 载频分量与各变频分量的振幅由相应的各阶Bessel函数决定。

c) 奇数次的上、下边频分量振幅相等,相位相反;偶数次的上、下边频分量振幅相等,相位相同。

d) 对于某些值,载频或边频振幅为零,这一特点可以用于测制频偏测量,此法也称为Bessel函数零值法。

  

2  调频信号谱图

3 调频信号测量的三种方法

根据前面分析,我们可以得出测量调频信号的三种方式:分别为Bessel函数零值法、比值法、宽带调频法、宽带调频加比值法。

3.0.1 零阶Bessel函数零值法

表格 1  Bessel函数的零值点

零值次数i

调频指数

零值次数i

调频指数

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

根据表1(3),零阶Bessel在某些点值为零,即此时从频谱仪上所看到载频点的信号为零,这些点的频偏值可以利用(4)计算得到信号发生器调制频偏从0开始逐渐增加,同时在频谱仪上数出载频变为零的次数。零阶Bessel函数零值法校准频偏的优缺点:

1频偏准确度与频谱仪的幅度测量准确度无关,主要取决于频谱仪所能够看到的最小电平DANL。对于当今比较好的频谱分析仪,其DANL很小,,因此测量出的频偏准确度可以很高。

2只能校准特定点的调制频偏,对于大的频偏,由于载频多次经过零点,因此有可能数错过零的次数。

3对于检定规程中给定频偏准确度的校准,就不能使用零阶Bessel函数法,需要使用Bessel函数比值法。

3.0.2 Bessel函数比值法

使用频谱分析仪测量调频信号频谱分量之问的比值,再从根据表达式(8)Bessel函数计算出的数据表中查表得出mf,此即Bessel函数比值法, 最常用的比值法为之间比值:

                  公式 5

根据(5)改变值计算出,将计算出的数据放于表格中,供查阅。

3.0.3 比值法与宽带调频量调频结合法

对于宽带调频,在使用比值法时,因为Bessel函数具有一定的周期性,就会从表中查出多个数值,无法判别出查出的多个数值中哪一个为所需要的值。为此,我们的解决方法如下:

首先使用宽带凋制法来测量出调制频偏值,其测量准确度没有比值法高,但是可以利用此测量出的值决定使用比值法中查出的多个值中哪一个数值为实际调频频偏。宽带调频在频谱分析仪中的测量显示的曲线如下图所示

 

首先利用频谱仪测量偏离峰值3 dB处的频率差Fdelta,然后利用下面的公式来计算得出调制频偏

                            公式 6

 (6)中,Fdelta为此时从频谱仪上读出的频率差。此法为宽带调频法。将与用比值法查表得出的多个频偏值进行比较,与之最接近的值即为实际频偏值。此法为宽带调频加比值法。

一般说来,宽带调频得可以直接使用宽带调频法的测量结果,实际测量时可以发现之间差别不是很大。

4 结论

利用本文介绍的方法,使用频谱分析仪SA2031A频谱分析仪对信号发牛器SG1030A的模拟调频准确度进行了测量,并将测量结果与测量接收机的测量结果进行了比较,两者之间的结果比较一致,证明了本文介绍了方法准确,可行。

 

 

 

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