УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ МЕЖДУ АНТЕННАМ Российский патент 1999 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к области радиотехнических измерений и может быть использовано для автоматического измерения коэффициента затухания между антеннами в процессе проектирования, испытаний и ремонта комплексов радиоэлектронного оборудования объектов различного назначения.

Известно устройство для измерения коэффициента затухания между антеннами (см. Князев А. Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. "Радио и связь," М.: 1984, с. 146), содержащее последовательно соединенные генератор стандартных сигналов и усилитель мощности, выход которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, первый подвижный контакт первого переключателя является входом передающей антенны, второй неподвижный контакт первого переключателя соединен с вторым неподвижным контактом второго переключателя, первый неподвижный контакт второго переключателя является выходом приемной антенны, подвижный контакт второго переключателя соединен с входом измерительного приемника.

Однако это устройство имеет недостаток, связанный с низким быстродействием и невысокой точностью измерения, обусловленными ручными операциями и субъективными ошибками человека - оператора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является "Устройство для измерения коэффициента затухания между антеннами" (см. А.с. СССР N1490652 по кл. G 014 R 29/10, 1985), содержащее формирователь опорного сигнала, первый RS-триггер, последовательно соединенные модулятор и генератор сигналов, первый и второй переключатели, последовательно соединенные измерительный приемник и амплитудный компаратор, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорного сигнала, первый электронный ключ, последовательно соединенные второй RS-триггер и второй электронный ключ, индикатор, блок дифференцирования, блок запуска, подвижный контакт первого переключателя соединен с выходом генератора сигналов, первый неподвижный контакт первого переключателя является входом передающей антенны, второй неподвижный контакт первого переключателя соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, второй неподвижный контакт второго переключателя является выходом приемной антенны, подвижный контакт второго переключателя является выходом приемной антенны, подвижный контакт второго переключателя является входом приемной антенны, подвижный контакт второго переключателя соединен с входом измерительного приемника, элемент ИЛИ, вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока запуска S-входом первого RS-триггера, выход которого подключен к входу модулятора, пиковый детектор, первый вход выход которого соединены соответственно с выходом модулятора, первым входом первого электронного ключа и вторым входом второго электронного ключа, первый и второй измерители напряжения, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго электронных ключей, последовательно соединенные цифровой делитель, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго измерителей напряжения, и блок логарифмирования, выход которого подключен к входу индикатора, первый элемент задержки, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу цифрового делителя и второму входу блока логарифмирования, третий электронный ключ, выход которого подключен к второму входу первого измерителя напряжения, четвертый электронный ключ, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, второй элемент задержки, выход которого подключен к S-входу второго RS- триггера, первому входу четвертого электронного ключа и второму входу пикового детектора, двоичный счетчик, выход которого подключен к входу блока дифференцирования и к второму входу четвертого электронного ключа, выход блока дифференцирования подключен к входу первого элемента задержки, выход амплитудного компаратора подключен к входу двоичного счетчика, входу второго элемента задержки, второму входу второго измерителя напряжения, R-входу первого RS-триггера и первому входу третьего электронного ключа, второй вход которого соединен с первым выходом второго RS-триггера, второй выход которого подключен к второму входу первого электронного ключа, первый и второй переключатели выполнены электронно-управляемыми, вход управления которых соединен с первым выходом второго RS-триггера.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения коэффициента затухания между антеннами, вызванная косвенными измерениями мощности на выходе генератора сигналов при передаче измерительного сигнала по тракту и через высокочастотный кабель, которые заключаются в измерении модулирующего напряжения модулятора, пропорционального уровню выходной мощности генератора сигналов.

Для исключения этого недостатка в устройство для измерения коэффициента затухания между антеннами, содержащее последовательно соединенные измерительный приемник и амплитудный компаратор, второй вход которого подключен к выходу формирователя опорного сигнала, последовательно соединенные блок запуска и первый элемент ИЛИ, первый элемент задержки, последовательно соединенные двоичный счетчик и первый блок дифференцирования, первый RS-триггер, последовательно соединенные цифровой делитель, блок логарифмирования и цифровой индикатор, последовательно соединенные второй RS-триггер и электронный ключ, генератор сигналов, первый электронно-управляемый переключатель, первый неподвижный контакт которого является входом передающей антенны, второй электронно-управляемый переключатель, первый неподвижный контакт которого является выходом приемной антенны, подвижный контакт соединен с входом измерительного приемника, а второй неподвижный контакт соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя, второй элемент задержки, введены последовательно соединенные формирователь цифрового кода, реверсивный счетчик, вычитающий вход которого подключен к выходу электронного ключа, цифроаналоговый преобразователь, управляемый аттенюатор, информационный вход которого подключен к выходу генератора сигналов, а выход соединен с подвижным контактом первого электронно-управляемого переключателя, цифровой измеритель мощности и первый блок памяти, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу двоичного счетчика, а выход подключен к первому информационному входу цифрового делителя, второй блок памяти, информационный вход которого соединен с выходом цифрового измерителя мощности, синхронизирующий вход подключен к второму выходу двоичного счетчика, а выход соединен с вторым информационным входом цифрового делителя, второй блок дифференцирования, третий элемент задержки, второй и третий элементы ИЛИ, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к информационному входу электронного ключа, при этом выход блока запуска соединен с R-входом первого RS-триггера, прямой выход которого подключен к входам управления первого и второго электронно-управляемых переключателей, R-входом двоичного счетчика, установочным входам первого и второго блоков памяти и первым входам второго и третьего элементов ИЛИ, выходы которых соединены с установочным входом реверсивного счетчика и R-входом второго RS-триггера соответственно, выход первого блока дифференцирования подключен к S-входу первого RS- триггера и вторым входам первого и второго элементов ИЛИ, первый элемент ИЛИ и первый элемент задержки последовательно соединены, выход первого элемента задержки подключен к синхронизирующему входу реверсивного счетчика и S-входу второго RS-триггера, вход второго блока дифференцирования соединен с вторым выходом двоичного счетчика, а выход подключен к входу второго элемента задержки, первый и второй выходы которого соединены с входом управления цифрового делителя и блока логарифмирования соответственно, выход амплитудного компаратора подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и входу третьего элемента задержки, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Устройство для измерения коэффициента затухания между антеннами содержит формирователь цифрового кода 1, выполненный, например, в виде источника питания с выводами логических "1" и "0", реверсивный счетчик 2, выполненный, например, на микросхеме типа К155ИЕ6, цифроаналоговый преобразователь 3, выполненный, например, на микросхеме К572ПА2А, электронно-управляемый аттенюатор 4, выполненный, например, на p-i-n диодах, измерительный приемник 5, например, типа П5-4Б, первый, второй и третий элементы 6.1, 6.2 и 6.3 задержки, выполненные, например, на линиях задержки, электронный ключ 7, выполненный, например, в виде элемента И, первый и второй RS- триггеры 8.1 и 8.2, генератор 9 сигналов, цифровой индикатор 10, амплитудный компаратор 11, выполненный, например, в виде триггера Шмитта, первый второй и третий элементы ИЛИ 12.1, 12.2 и 12.3, выполненные, например, на диодах с общей нагрузкой, генератор 13 тактовых импульсов, первый и второй блоки 14.1 и 14.2 дифференцирования, выполненные, например, в виде дифференцирующих цепей, блок 15 логарифмирования, выполненный, например, на микросхеме К146ИП16, формирователь 16 опорного сигнала, выполненный, например, в виде источника напряжения с переменным делителем, двоичный счетчик 17, выполненный, например, на микросхеме типа К155ИЕ5, цифровой делитель 18, выполненный, например, на микросхеме К146ИП16, цифровой измеритель 19 мощности, например, типа M3-56, блок 20 запуска, выполненный, например, в виде генератора одиночных импульсов, первый и второй запоминающие блоки 21.1 и 21.2, выполненные, например, на микросхеме К155ИР6, первый и второй электронно-управляемые переключатели 22 и 23, выполненные, например, в виде высокочастотных реле. На фиг.1 также показаны передающая приемная антенны 24 и 25.

При этом последовательно соединены измерительный приемник 5 и амплитудный компаратор 11, второй вход которого подключен к выходу формирователя 16 опорного сигнала, последовательно соединены блок 20 запуска и первый элемент ИЛИ 12.1, по следовательно соединены двоичный счетчик 17 и блок 14.1 дифференцирования, последовательно соединены цифровой делитель 18, блок 15 логарифмирования и цифровой индикатор 10, последовательно соединены второй RS-триггер 8.2 и электронный ключ 7, вход передающей антенны 24 подключен к первому неподвижному контакту первого электронно-управляемого переключателя 22, выход приемной антенны соединен с первым неподвижным контактом второго электронно-управляемого переключателя 23, последовательно соединены формирователь 1 цифрового кода, реверсивный счетчик 2, вычитающий вход которого подключен к выходу электронного ключа 7, цифроаналоговый преобразователь 3, управляемый аттенюатор 4, информационный вход которого подключен к выходу генератора 9 сигналов, а выход также соединен с подвижным контактом первого электронно-управляемого переключателя 22, цифровой измеритель 19 мощности и первый блок 21.1 памяти, синхронизирующий вход которого подключен к первому входу двоичного счетчика 17, а выход подключен к первому информационному входу цифрового делителя 18, информационный вход второго блока памяти 21.2 соединен с выходом цифрового измерителя 19 мощности, синхронизирующий вход подключен к второму входу двоичного счетчика 17, а выход соединен вторым информационным входом цифрового делителя 18, выход генератора 13 тактовых импульсов подключен к информационному входу электронного ключа 7, выход блока 20 запуска также соединен с R-входом первого RS- триггера 8.1, прямой выход которого подключен к входам управления первого 22 и 23 электронно-управляемого переключателя, R-входом двоичного счетчика 17, установочным входам первого и второго блоков 21.1 и 21.2 памяти и первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ 12.2 и 12.3, выходы которых соединены с установочными входами двоичного счетчика 2 и второго RS-триггера 8.2 соответственно, выход первого блока дифференцирования подключен к S-входу первого RS- триггера 8.1 и вторым входом первого и второго элементов ИЛИ 12.1 и 12.2, вход первого элемента 6.1 задержки соединен с выходом первого элемента ИЛИ 12.1, а выход подключен к синхронизирующему входу реверсивного счетчика 2 и S-входу второго RS-триггера 8.2, вход второго блока 14.2 дифференцирования соединен с вторым выходом двоичного счетчика 17, а выход подключен к входу второго элемента 6.2 задержки, первый и второй выходы второго элемента 6.2 задержки соединены с входами управления цифрового делителя 18 и блока 15 логарифмирования соответственно, выход амплитудного компаратора 11 подключен к второму входу третьего элемента 12.3 ИЛИ и входу третьего элемента 6.3 задержки, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика 17.

Устройство работает следующим образом.

Измерительный приемник 5 (фиг. 1) настраивают на частоту f генератора 9 сигналов. При нажатии оператором кнопки "Пуск" (не показана) блок 20 запуска формирует положительный импульс И₁ (см. фиг.2а), который на установочные входы двоичного счетчика 17 и первый и второй блоки 21.1 и 21.2 памяти и Р-вход первого RS-триггера 8.1 поступает непосредственно, а на вход первого элемента 6.1 задержки на установочный вход реверсивного счетчика 2, R-вход второго RS- триггера 8.2 - через первый, второй и третий ИЛИ 12.1, 12.2 и 12.3 соответственно. Реверсивный и двоичные счетчики 2 и 17 и первый и второй блоки 21.1 и 21.2 памяти устанавливаются в начальное состояние, первый и второй RS-триггеры 8.1 и 8.2 переводятся в состояние логического "0", а на выходе первого элемента 6.1 задержки формируется задержанный на t₁ положительный импульс И₁ (см. фиг. 2б), который поступает на синхронизирующий вход реверсивного счетчика 2 и S-вход второго RS- триггера 8.2. Величина t₁ задержки выбирается исходя из времени установки реверсивного счетчика 2 в начальное состояние. На прямом выходе первого RS- триггера 8.1 образуется напряжение И₂ (см. фиг. 2в), которое поступает на управляющие входы первого и второго управляемых переключателей 22 и 23, которые осуществляют переключение передающей и приемной антенн 24 и 25 к выходу управляемого аттенюатора 4 и входу измерительного приемника 5 соответственно.

На разрядных выходах реверсивного счетчика 2 формируются логические напряжения цифрового кода, заложенные в блоке 1 формирования цифрового кода, а на прямом выходе второго RS-триггера 8.2 образуется логическое напряжение И₃ (см. фиг. 2г), которое подается на управляющий вход электронного ключа 7, на информационный вход которого с выхода генератора 13 тактовых импульсов поступают импульсы И₄ (см. фиг. 2д). Электронный ключ 7 открывается и на его выходе образуются пакеты прямоугольных тактовых импульсов И₅ (см. фиг.2е), которые подаются на вычитающий вход реверсивного счетчика 2. В результате поступления на вычитающий вход реверсивного счетчика 2 прямоугольных импульсов И₅ объем его плавно уменьшается, а на его выходе в двоичном коде формируются текущие значения логических напряжений, которые поступают на вход цифроаналогового преобразователя 3. На выходе последнего вырабатывается убывающее по амплитуде пилообразное напряжение И₆ (см. фиг.2ж), которое поступает на управляющий вход управляемого аттенюатора 4, на информационный вход которого с выхода генератора 9 поступает сигнал с частотой f. Затухание аттенюатора 4 уменьшается, а уровень сигнала в раскрыве приемной антенны 25 на входе измерительного приемника 5 увеличивается. При достижении уровнем сигнала, поступающего через второй управляемый переключатель 23 на вход измерительного приемника 5 уровня его чувствительности, на выходе измерительного приемника 5 вырабатывается сигнал U¹, который в амплитудном компараторе 11 сравнивается с опорным сигналом U₀ формирователя 16. В момент равенства сигналов U¹ и U₀ на выходе амплитудного компаратора 11 формируется импульс И₇ (см. фиг. 2з), который поступает на вход третьего элемента 6.3 задержки, а через третий элемент ИЛИ 12.3 возвращает второй RS-триггер 8.2 в состояние логического "0". Напряжение И₃ на его прямом выходе становится равным напряжению логического "0" (см. фиг. 2г), вычитающий вход реверсивного счетчика 2 от выхода генератора 13 отключается, убывание напряжения И₆ (см. фиг. 2ж) и рост уровня сигнала на выходе приемной антенны 25 прекращаются. Цифровой измеритель 19 мощности осуществляет измерение мощности Р сигнала на выходе управляемого аттенюатора 4, измеренное значение в двоичном коде поступает на информационные входы первого и второго блоков 21.1 и 21.2 памяти, а задержанный на t₂ импульс И₇ (см. фиг. 2з) в виде импульса И₈ (см. фиг. 2и) подается на счетный вход счетчика 17. Двоичный счетчик 17 срабатывает и на его первом разрядном выходе вырабатывается напряжение И₉ (см. фиг. 2к) логической "1", которое поступает на синхронизирующий вход первого блока 21.1 памяти и вход первого блока 14.1 дифференцирования. Блок 21.1 памяти запоминает значение мощности Р на выходе управляемого аттенюатора 4, а на выходе первого блока 14.1 дифференцирования формируется положительный импульс И₁₀ (см. фиг 2л), который поступает на S-вход первого RS-триггера 8.1 и на вторые входы первого и второго элементов ИЛИ 12.1 и 12.2. Первый RS-триггер 8.1 переводится в состояние логической "1" и на его выходе образуется напряжение И₂ (см. фиг. 2в) логической "1", которое поступая на управляющие входы первого и второго переключателей 22 и 23, осуществляет переключение через вторые входы первого и второго переключателей 22 и 23 выход управляемого аттенюатора 4 на вход измерительного приемника 5. С выхода второго элемента ИЛИ 12.2 положительный импульс И₁₀ поступает на установочный вход реверсивного счетчика 2 и переводит его в начальное состояние, а с выхода первого элемента ИЛИ 12.1 положительный импульс И₉ подается на вход первого элемента 6.1 задержки. Задержанный на t₁ импульс И₁₀ в виде положительного импульса И₁₁ (см. фиг. 2м) поступает на S-вход второго RS-триггера 8.2, переводя его в положение логической "1", и на синхронизирующий вход реверсивного счетчика 2 и вновь возвращает в его память информацию, заложенную в формирователе 1 цифрового кода.

На прямом выходе второго RS-триггера 8.2 формируется напряжение И₃ (см. фиг.2г), которое подается на управляющий вход электронного ключа 7. Электронный ключ 7 открывается и с выхода генератора 13 тактовые импульсы И₄ (см. фиг. 2д) в виде импульсов И₅ (см. фиг. 2е) опять поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 2. Объем реверсивного счетчика 2 и соответственно напряжение И₆ (см. фиг. 2ж) и затухание аттенюатора 4 уменьшаются, а мощность сигнала генератора 9 на входе измерительного приемника 5 увеличивается.

В случае достижения уровнем выходного сигнала генератора 9, поступающего через первый и второй электронно-управляемые переключатели 22 и 23 на вход измерительного приемника 5 уровня его чувствительности, на выходе измерительного приемника 5 опять вырабатывается сигнал U¹, который в амплитудном компараторе 11 сравнивается с уровнем U₀ опорного сигнала, поступающего с формирователя 7. В момент равенства сигналов U¹ и U₀ на выходе амплитудного компаратора 11 опять формируется импульс И₇ (см. фиг. 2в), который поступает на вход третьего элемента 6.3 задержки непосредственно, а через третий элемент ИЛИ 12.3 - на R-вход второго RS- триггера 8.2. Второй RS-триггер 8.2 возвращается в начальное состояние, напряжение И₃ (см. фиг.2г) становится равным логическому "0", электронный ключ 7 закрывается, поступление тактовых импульсов И₅ (см. фиг. 2е) на вычитающий вход реверсивного счетчика 2 прекращается, а напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 3, затухание управляемого аттенюатора 4 и мощность Р сигнала генератора 9 не изменяются. На выходе третьего элемента 6.3 задержки образуется второй задержанный на t₂ положительный импульс И₈ (см. фиг. 2и), который поступает на счетный вход двоичного счетчика 17. Двоичный счетчик 17 срабатывает и на его втором разрядном выходе вырабатывается напряжение И₁₂ (см. фиг. 2н), которое подается на синхронизирующий вход второго блока 21.2 памяти и вход второго блока 14.2 дифференцирования. Второй блок 21.2 памяти фиксирует уровень мощности Р_вч, а на выходе второго блока 14.2 дифференцирования формируется положительный импульс И₁₃ (см. фиг. 2о), который поступает на вход второго элемента 6.2 задержки. Задержанный на t₃ импульс И₁₃ подается на управляющий вход цифрового делителя 18. Цифровой делитель срабатывает и на его выходе формируется результат деления Р/Р_вч, который в двоичном коде поступает на блок 15 логарифмирования. На втором выходе третьего элемента 6.3 задержки формируется задержанный на 2t₃ импульс И₁₃, который подается на управляющий вход блока 15 логарифмирования. Блок 15 логарифмирования срабатывает и на его выходе образуется число, равное коэффициенту затухания между антеннами 24 и 25, которое высвечивается на индикаторе 10.

Таким образом в отличие от устройства-прототипа предложенное техническое решение позволяет измерять уровни мощности Р и Р_вч прямым методом непосредственно цифровым измерителем мощности, что повышает точность измерения коэффициента затухания между антеннами.

В устройстве автоматическое измерение коэффициента затухания между антеннами обеспечивается путем установки с помощью формирователя (1) цифрового кода, реверсивного счетчика (2), цифроаналогового преобразователя (3), управляемого аттенюатора (4), первого электронно-управляемого переключателя (22), передающей антенны (24), приемной антенны (25) и второго электронно-управляемого переключателя (23) на входе измерительного приемника (5) уровня сигнала, равного его чувствительности, измерения уровня мощности P_т на выходе управляемого аттенюатора (4) при уровне входного сигнала на входе измерительного приемника (5), равного его чувствительности, запоминания первым блоком (21.1) памяти значения мощности P_т путем установки с помощью блоков 1, 2, 3, 4, 2 и 23 уровня сигнала на входе измерительного приемника 5, также равного его чувствительности, измерения на выходе управляемого аттенюатора 4 уровня мощности Р_вч при уровне входного сигнала измерительного приемника 5, равного его чувствительности, запоминания вторым блоком 22.1 памяти уровня мощности P_вч, делением цифровым делителем 18 Р_т/P_вч логарифмированием блоком 15 логарифмирования результата деления Р_т/Р_вч и высвечиванием на цифровом табло индикатора 10 числового значения, соответствующего коэффициенту затухания между антеннами. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 ил.

Устройство для измерения коэффициента затухания между антеннами, содержащее последовательно соединенные измерительный приемник и амплитудный компаратор, второй вход которого подключен к выходу формирователя опорного сигнала, последовательно соединенные блок запуска и первый элемент ИЛИ, первый элемент задержки, последовательно соединенные двоичный счетчик и первый блок дифференцирования, первый RS-триггер, последовательно соединенные цифровой делитель, блок логарифмирования и цифровой индикатор, последовательно соединенные второй RS-триггер и электронный ключ, генератор сигналов, первый электронно-управляемый переключатель, первый неподвижный контакт которого является входом передающей антенны, второй электронно-управляемый переключатель, первый неподвижный контакт которого является выходом приемной антенны, подвижный контакт соединен с входом измерительного приемника, а второй неподвижный контакт соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя, второй элемент задержки, отличающееся тем, что содержит последовательно соединенные формирователь цифрового кода, реверсивный счетчик, вычитающий вход которого подключен к выходу электронного ключа, цифроаналоговый преобразователь, управляемый аттенюатор, информационный вход которого подключен к выходу генератора сигналов, а выход соединен с подвижным контактом первого электронно-управляемого переключателя, цифровой измеритель мощности и первый блок памяти, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу двоичного счетчика, а выход подключен к первому информационному входу цифрового делителя, второй блок памяти, информационный вход которого соединен с выходом цифрового измерителя мощности, синхронизирующий вход подключен к второму выходу двоичного счетчика, а выход соединен с вторым информационным входом цифрового делителя, второй блок дифференцирования, третий элемент задержки, второй и третий элементы ИЛИ, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к информационному входу электронного ключа, при этом выход блока запуска соединен с R-входом первого RS-триггера, прямой выход которого подключен к входам управления первого и второго электронно-управляемых переключателей, R-входом двоичного счетчика, установочным входам первого и второго блоков памяти и первым входом второго и третьего элементов ИЛИ, выходы которых соединены с установочным входом реверсивного счетчика и R-входом второго RS-триггера соответственно, выход первого блока дифференцирования подключен к S-входу первого RS-триггера и вторым входам первого и второго элементов ИЛИ, первый элемент ИЛИ и первый элемент задержки последовательно соединены, выход первого элемента задержки подключен к синхронизирующему входу реверсивного счетчика и S-входу второго RS-триггера, вход второго блока дифференцирования соединен с вторым выходом двоичного счетчика, а выход подключен к входу второго элемента задержки, первый и второй выходы которого соединены с входом управления цифрового делителя и блока логарифмирования соответственно, выход амплитудного компаратора подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и входу третьего элемента задержки, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика.