变频系统群时延测量技术探讨

2011-09-05 12:42:18来源: 互联网

引言

  群时延是描述传输系统相频特性的重要指标,其测量方法大致可分为矢网法和调制法两类。调制法又分为调幅(AM)和调频(FM)两种。在实际使用中,由于FM比AM具有更好的抗干扰特性,因此被广泛采用,本文也采用FM法。
 

  群时延基本概念

  群时延的提出是基于对传输系统相频特性的描述,是群信号通过线性或非线性网络后信号整体产生的时延,其数学表达式为

  

 

  上式中,j (w)为系统的相频特性,ω为载波信号角频率。

  在线性传输网络中,系统相频特性在整个频带内和频率成正比,在工作频带内群时延为一常数,这样的系统对信息能无失真传输,如图1所示。

  

线性网络相频曲线

 

  图1 线性网络相频曲线

  但在实际应用中系统都不是理想系统,相频曲线上的不同位置具有不同的负斜率,如图2所示,

 

  

非线性网络相频曲线

 

  图2 非线性网络相频曲线

  信号经过图2所示的系统后就会发生失真,这种系统通常被称之为非线性网络。

  矢网法理论依据

  矢网的测试方法基于群时延的定义,先测出传输系统的相频特性,然后再对相频曲线进行微分得出群时延。这种方法的测试精度由相位测量精度和“孔径”大小决定,相位测量精度越高,群时延测量精度也越高,同时孔径的选取也十分重要。所谓“孔径”实际上是群时延定义式中的分母部分。显而易见,在一定的相位测量精度下,选取较大“孔径”,能够有效改善群时延测量结果。但选取过大的“孔径”实际上又违背了群时延定义中的微分定义。本文根据安捷伦公司的资料提供,孔径最小值的取值方法为:测量的频率范围/(测量的频率点数-1),也即选取相频曲线相邻两点做差分;孔径最大不得超出测量频率范围的20%。同时应该注意,选取“孔径”时,测量的两个频点之间的相位差不应大于180度。

  调制法理论依据

  不同频率的正弦波通过传输系统后,相位会发生不同变化,那这种变化对传输信号及信号所承载的信息会带来什么影响呢?考虑输入信号为:

  

.

 

  其中,fc是载波中心频点,am(t)是低频调制信号,可以对载波进行调幅或调频。传输系统的幅频特性为:

  

 

  其中,G(f)为传输系统的幅频特性,Q(f)为传输系统的相频特性。

  经公式推导,合成信号的输出为:

  

 

  其中af为每个频点对应的幅度,τc为载波的相位时延,τg为相频曲线上对应每个频点处的负斜率,即每个频点处的群时延。

  对比(2)和(4)可以得出如下结论:已调制信号的群时延可以通过测试调制信号的时延得到。这一结论让我们可以用调制的方法测量传输系统的群时延。

  也可以从另一方面来理解。对于一个信号来讲,真正有用的部分是信号所承载的信息,而信息都包含在调制信号中。如果在工作频带内调制信号的群时延是一常数,那么信息经过传输系统后,只是产生一个延迟,信息没有产生失真。反之,在工作频带内,调制信号的时延随着频率的变化有波动,所承载的信息就会发生失真。

  应该指出的是,调制法在实际测量中是测调制信号经过传输网络前、后的时间差。这样一来,经过被测件后,解调出的低频信号质量就直接影响测量精度.

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关键字:变频系统  群时延测量技术

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0905/article_3406.html
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