RU2529445C1

RU2529445C1 - Method of determining nonlinear distortions of conversion of band-pass signals by object

Info

Publication number: RU2529445C1
Application number: RU2013128963/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Абраменко; Андрей Сергеевич Васильев; Николай Николаевич Воронин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран"
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-09-27

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method relates to radio engineering and radar measurements and can be used to determine distortions arising when band-pass signals of an arbitrary form pass through nonlinear devices. The method includes subjecting an object to a test signal; receiving an output signal from the object; comparing the test signal with the output signal by determining a coefficient of proportionality; after receiving the output signal from the object, determining a predicted output signal with linear conversion of the test signal by determining a coefficient of proportionality and a phase correction coefficient by comparing the amplitude and the phase of the test signal and the output signal at time portions of the low-signal operating mode of the object; subtracting the predicted output signal from the output signal.

EFFECT: high accuracy of determining nonlinear distortions.

4 dwg

Description

Способ определения нелинейных искажений преобразования полосовых сигналов объектомA method for determining nonlinear distortion of the conversion of strip signals by an object

Изобретение относится к областям радиотехники и радиоизмерений и может быть использовано для определения искажений, возникающих при прохождении полосовых сигналов произвольной формы через нелинейные устройства.The invention relates to the field of radio engineering and radio measurements and can be used to determine the distortions arising from the passage of arbitrary-waveband signals through non-linear devices.

Известен вычислитель оценки нелинейных искажений (Патент RU №2255342, МПК G01R 23/20, опубл. 27.06.2005 г.), выбранный в качестве прототипа, в котором раскрыт способ оценки нелинейных искажений преобразования сигналов тестируемого устройства, в котором тестовый и выходной сигнал исследуемого устройства сравнивают посредством определения коэффициента пропорциональности путем определения их отношения. Определение коэффициента пропорциональности происходит за счет использования блока деления. На его входы подают сигналы с входа и выхода тестируемого устройства, предварительно прошедшие через полосовые фильтры. При линейном преобразовании тестового сигнала в выходной сигнал коэффициент пропорциональности, полученный на выходе блока деления, представляет из себя постоянное напряжение, в противном случае, можно говорить о нелинейном преобразовании между сигналами, а следовательно, о нелинейных искажениях, вносимых тестируемым устройством.A well-known calculator for estimating non-linear distortions (Patent RU No. 2255342, IPC G01R 23/20, published on June 27, 2005), selected as a prototype, discloses a method for estimating non-linear distortions of the signal conversion of the device under test, in which the test and output signal of the test devices are compared by determining the coefficient of proportionality by determining their relationship. The determination of the coefficient of proportionality occurs due to the use of the division block. Signals from the input and output of the device under test that previously passed through bandpass filters are fed to its inputs. When the test signal is linearly converted to the output signal, the proportionality coefficient obtained at the output of the division unit is a constant voltage, otherwise, we can talk about non-linear conversion between the signals, and therefore about non-linear distortions introduced by the device under test.

Недостатком известного технического решения является большая вероятность ошибок при определении нелинейных искажений в случае, когда уровни сигнала близки к нулю, за счет сравнения тестового и выходного сигнала путем определения их отношения, а также за счет отсутствия фазовой коррекции.A disadvantage of the known technical solution is the high probability of errors in determining non-linear distortions in the case when the signal levels are close to zero, due to the comparison of the test and output signals by determining their ratio, as well as due to the lack of phase correction.

Основная техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в создании способа определения нелинейных искажений преобразования полосовых сигналов объектом с малой вероятностью ошибок.The main technical problem solved by the claimed invention is to create a method for determining non-linear distortions of the conversion of strip signals by an object with a low probability of errors.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения нелинейных искажений преобразования полосовых сигналов объектом, включающем воздействие на объект тестовым сигналом, прием от объекта выходного сигнала, сравнение тестового сигнала с выходным сигналом посредством определения коэффициента пропорциональности, согласно предложенному решению после приема от объекта выходного сигнала определяют прогнозируемый выходной сигнал при линейном преобразовании тестового сигнала путем определения коэффициента пропорциональности и коэффициента фазовой коррекции посредством сравнения амплитуд и фаз тестового и выходного сигналов на временных участках малосигнального режима работы объекта, после чего вычитают из выходного сигнала прогнозируемый выходной сигнал.The problem is solved in that in the method for determining nonlinear distortions of the conversion of strip signals by an object, including applying a test signal to the object, receiving an output signal from the object, comparing the test signal with the output signal by determining the proportionality coefficient, according to the proposed solution, after receiving the output signal from the object predicted output when linearly converting the test signal by determining the coefficient of proportionality and oeffitsienta phase correction by comparing the amplitudes and phases of the output signals of the test and at temporary work sites of the small-signal regime object, and then subtracted from the predicted output of the output signal.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема измерительного комплекса, используемого для экспериментальной реализации заявленного способа; на фиг. 2 - амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) тестового А(f) и выходного В(f) сигналов; на фиг. 3 - АЧХ прогнозируемого выходного сигнала А^*(f) и АЧХ нелинейных искажений выходного сигнала НИ(f); на фиг. 4 - модули комплексных огибающих тестового А(t), выходного В(t) и прогнозируемого выходного А^*(f) сигналов во временной области; на фиг. 2 и фиг. 3 в качестве аргумента f использована нормированная частота, равная разнице частоты сигнала f и частоты несущего колебания f_Н.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural diagram of a measuring complex used for the experimental implementation of the claimed method; in FIG. 2 - amplitude-frequency characteristics (AFC) of test A (f) and output B (f) of signals; in FIG. 3 - frequency response of the predicted output signal A ^* (f) and frequency response of the nonlinear distortion of the output signal NI (f); in FIG. 4 - modules of the complex envelopes of test A (t), output B (t) and predicted output A ^* (f) signals in the time domain; in FIG. 2 and FIG. 3, the normalized frequency equal to the difference between the frequency of the signal f and the frequency of the carrier oscillation f _{N is} used as an argument f.

Измерительный комплекс (фиг.1) состоит из векторного анализатора цепей (ВАЦ) 1, квадратурного модулятора (М) 2 и персонального компьютера (ПК) 3. Основными узлами векторного анализатора цепей 1 являются генератор несущего колебания (ГН) 4, ответвитель сигнала 5, генератор промежуточной частоты (ГПЧ) 6, первый и второй смесители 7, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 8, первый и второй измерительные порты 9, между которыми подключено исследуемое устройство (ИУ) 10.The measuring complex (figure 1) consists of a vector network analyzer (VAC) 1, a quadrature modulator (M) 2 and a personal computer (PC) 3. The main nodes of the vector network analyzer 1 are a carrier oscillation generator (GN) 4, a signal coupler 5, an intermediate frequency generator (GPC) 6, the first and second mixers 7, the first and second analog-to-digital converters (ADCs) 8, the first and second measuring ports 9, between which the device under investigation (DUT) 10 is connected.

Выход генератора несущего колебания 4 подключен к одному из входов квадратурного модулятора 2, выход которого подключен к входу ответвителя сигнала 5, один из выходов которого подсоединен к входу первого измерительного порта 9, а второй - к первому входу первого смесителя 7, выход которого подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя 8. Выходы генератора промежуточной частоты 6 подключены к вторым входам первого и второго смесителей 7. Выход второго измерительного порта 9 подключен к первому входу второго смесителя 7, выход которого подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя 8.The output of the carrier oscillator 4 is connected to one of the inputs of the quadrature modulator 2, the output of which is connected to the input of the signal coupler 5, one of the outputs of which is connected to the input of the first measuring port 9, and the second to the first input of the first mixer 7, the output of which is connected to the input the first analog-to-digital converter 8. The outputs of the intermediate frequency generator 6 are connected to the second inputs of the first and second mixers 7. The output of the second measuring port 9 is connected to the first input of the second mixer 7, the output is orogo connected to the input of the second analog-to-digital Converter 8.

В предложенном варианте измерительного комплекса управление векторного анализатора цепей 1 и квадратурного модулятора 2 осуществляется с помощью персонального компьютера 3. Персональный компьютер 3 может являться внешним устройством, а может являться блоком векторного анализатора цепей 1. Квадратурный модулятор 2 может является как внешним блоком, так и быть встроенным в векторный анализатор цепей 1. Существует возможность модулировать как сигналы, переданные с персонального компьютера 3, так и сигналы, записанные ранее в память квадратурного модулятора 2, таким образом, исключая необходимость связи квадратурного модулятора 2 с персональным компьютером 3. В качестве ответвителя сигнала 5 можно использовать направленные ответвители или резистивные делители.In the proposed embodiment of the measuring complex, the control of the vector network analyzer 1 and the quadrature modulator 2 is carried out using a personal computer 3. The personal computer 3 can be an external device, or it can be a block of a vector network analyzer 1. The quadrature modulator 2 can be either an external unit or it can be integrated into the vector network analyzer 1. It is possible to modulate both signals transmitted from a personal computer 3 and signals previously recorded in a square memory polar modulator 2, thus eliminating the need for the quadrature modulator 2 due to the personal computer 3. As the signal coupler 5 can use directional couplers or resistive dividers.

Сигнал с генератора несущего колебания 4 поступает на квадратурный модулятор 2, где происходит его модуляция, в соответствии с тем, какой сигнал используется в качестве тестового A (t). С квадратурного модулятора 2 тестовый сигнал A (t) поступает обратно в векторный анализатор цепей 1. Часть энергии тестового сигнала A (t) ответвляется при помощи ответвителя сигнала 5, переносится на промежуточную частоту при помощи смесителя 7 с последующей дискретизацией в первом аналого-цифровом преобразователе 8. Оставшаяся часть энергии тестового сигнала A (t) поступает с ответвителя сигнала 5 через первый измерительный порт 1 на исследуемое устройство 10. Выходной сигнал В(t) с исследуемого устройства 10 поступает на второй измерительный порт 2, переносится на промежуточную частоту при помощи смесителя 7 и оцифровывается во втором аналого-цифровом преобразователе 8.The signal from the carrier oscillator 4 is fed to the quadrature modulator 2, where it is modulated, in accordance with what signal is used as the test A (t). From quadrature modulator 2, the test signal A (t) is fed back to the vector network analyzer 1. Part of the energy of the test signal A (t) is branched off using a signal coupler 5, transferred to the intermediate frequency using a mixer 7, followed by sampling in the first analog-to-digital converter 8. The remaining energy of the test signal A (t) is supplied from the signal coupler 5 through the first measuring port 1 to the device under study 10. The output signal B (t) from the device under study 10 is supplied to the second measuring device RT 2, is transferred to the intermediate frequency using a mixer 7 and digitized in the second analog-to-digital Converter 8.

Способ реализуют следующим образом. Выходной сигнал B(t) сравнивают с тестовым А(t) на временных участках малосигнального режима работы исследуемого устройства 10 (фиг. 2). На основе этого сравнения получают коэффициент пропорциональности К_ПР и коэффициент фазовой коррекции Δφ, в результате чего получают прогнозируемый выходной сигнал А^*(t) (фиг. 3):The method is implemented as follows. The output signal B (t) is compared with the test A (t) in the temporary sections of the low-signal operating mode of the investigated device 10 (Fig. 2). Based on this comparison, a proportionality coefficient K _PR and a phase correction coefficient Δφ are obtained, resulting in a predicted output signal A ^* (t) (Fig. 3):

А^*(t)=А(t)·e^iΔφ.A ^* (t) = A (t) · e ^iΔφ .

Вычитая из выходного сигнала B(t) прогнозируемый выходной сигнал А^*(t), определяют уровень нелинейных искажений НИ(t), вносимых исследуемым устройством 10 (фиг. 3).Subtracting from the output signal B (t) the predicted output signal A ^* (t), determine the level of nonlinear distortion NR (t) introduced by the investigated device 10 (Fig. 3).

Для оценки уровня нелинейных искажений, вносимых исследуемым устройством 10, как в полосе информационного сигнала, так и вне его полосы, используют преобразование Фурье, которое позволяет представить полученные данные в частотной области (фиг. 4).To assess the level of nonlinear distortion introduced by the device under study 10, both in the band of the information signal and outside its band, the Fourier transform is used, which allows us to present the obtained data in the frequency domain (Fig. 4).

Claims

A method for determining nonlinear distortions of the conversion of strip signals by an object, including applying a test signal to the object, receiving an output signal from the object, comparing the test signal with the output signal by determining the proportionality coefficient, characterized in that after receiving the output signal from the object, the predicted output signal is determined by linear conversion test signal by determining the coefficient of proportionality and the coefficient of phase correction by comparing Ia amplitudes and phases of the output signals of the test and at temporary work sites of the small-signal regime object, and then subtracted from the predicted output of the output signal.