УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО РАДИОТЕХНИКЕ Российский патент 2008 года по МПК G09B23/18 

Предлагаемое устройство относится к учебным приборам и тренажерам по радиотехнике и позволяет наглядно демонстрировать режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, принципы образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления.

Известны устройства, используемые в качестве учебных приборов (авт. свид. СССР №№1495720, 1770974; патенты РФ №№2003181, 2051425, 2260193 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Учебный прибор по радиотехнике» (патент РФ №2260193, G01S 7/40, 2004), который и выбран в качестве прототипа.

Указанное устройство позволяет имитировать входные сигналы РЛС с различающимися временными параметрами, демонстрировать процессы поиска сигналов по частоте панорамным приемником, исследовать режимы последовательного поиска сигналов, демонстрировать процесс образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления.

Для панорамного приемника характерно наличие избыточной информации о несущей частоте входного сигнала. Это обусловлено тем, что любой непрерывный сигнал попадает в полосу пропускания Δf_п панорамного приемника в каждом цикле его перестройки. Поэтому избыточность полученной информации определяется количеством циклов перестройки гетеродина.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей прибора путем демонстрации избыточной информации о несущей частоте непрерывного сигнала и исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала.

Поставленная задача решается тем, что учебный прибор по радиотехнике, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные первый высокочастотный генератор, модулятор, первый переключатель, первый сумматор, второй вход которого через второй переключатель соединен с выходом второго высокочастотного генератора, третий вход - через третий переключатель соединен с выходом третьего высокочастотного генератора, четвертый вход - через четвертый переключатель соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора, первый смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с первым выходом генератора развертки, первый усилитель промежуточной частоты, второй сумматор, перемножитель, второй вход которого через пятый переключатель соединен с выходом первого сумматора, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый амплитудный детектор и видеоусилитель, последовательно включенные генератор развертки и горизонтально-отклоняющие пластины электроннолучевой трубки, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, при этом к выходу модулятора подключен первый счетчик, к первому выходу генератора развертки подключен второй счетчик, к выходу видеоусилителя подключен третий счетчик, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен шестым переключателем, пороговым блоком, вторым, третьим и четвертым ключами, измерителем частоты, блоком сравнения и блоком памяти, причем к выходу видеоусилителя последовательно подключены пороговый блок, второй ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, измеритель частоты, блок сравнения, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты, блок памяти, блок сравнения, четвертый ключ, второй вход которого через шестой переключатель соединен с выходом видеоусилителя, и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, которые через шестой переключатель соединены с выходом видеоусилителя.

Структурная схема предлагаемого прибора представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, показана на фиг.2. Частотно-временные диаграммы, поясняющие режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, изображены на фиг.3 и 4.

Прибор содержит модель РЛС 1, последовательно включенные первый высокочастотный генератор 2, модулятор 3, первый переключатель 18, первый сумматор 17, второй вход которого через второй переключатель 19 соединен с выходом второго высокочастотного генератора 14, третий вход - через третий переключатель 20 соединен с выходом третьего высокочастотного генератора 15, четвертый вход - через четвертый переключатель 21 соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора 16, первый смеситель 8, второй вход которого через гетеродин 7 соединен с первым выходом генератора 5 развертки, первый усилитель 9 промежуточной частоты, второй сумматор 27, перемножитель 28, второй вход которого через пятый переключатель 22 соединен с выходом первого сумматора 17, узкополосный фильтр 29, второй амплитудный детектор 30, первый ключ 31, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 27, первый амплитудный детектор 10, видеоусилитель 11, шестой переключатель 32 и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 13, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены со вторым выходом генератора 5 развертки, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина 7 первый фазовращатель 23 на 90°, второй смеситель 24, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 17, второй усилитель 25 промежуточной частоты и второй фазовращатель 26 на 90°, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора 27, последовательно подключенные к выходу видеоусилителя 11 пороговый блок 33, второй ключ 34, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 7, измеритель частоты 35, блок 36 сравнения, третий ключ 37, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты 35, блок 39 памяти, блок 36 сравнения и четвертый ключ 38, второй вход которого соединен с выходом видеоусилителя 11 через шестой переключатель 32, а выход подключен к вертикально-отклоняющим пластинам ЭЛТ 13, при этом к выходу модулятора 3 подключен первый счетчик 4, к первому выходу генератора 5 развертки подключен второй счетчик 6, к выходу видеоусилителя 11 подключен третий счетчик 12.

Прибор работает следующим образом.

Прибор позволяет демонстрировать четыре режима.

В первом режиме прибор позволяет демонстрировать процессы поиска сигналов по частоте панорамным приемником и исследовать режимы последовательного поиска сигналов.

Во втором режиме прибор позволяет демонстрировать наличие дополнительных каналов приема в панорамном приемнике.

В третьем режиме прибор позволяет демонстрировать методы и средства подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

В четвертом режиме прибор позволяет демонстрировать избыточную информацию о несущей частоте принимаемого непрерывного сигнала и устройство исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала.

В первом режиме прибор позволяет воспроизвести процесс обнаружения серий импульсных сигналов РЛС кругового обзора панорамным. При этом переключатель 18 замыкается.

Высокочастотный сигнал

u_c(t)=U_ccos(2πf_ct+ϕ_c),

где U_c, f_c, ϕ_c - амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного сигнала;

от генератора 2 поступает на модулятор 3. Модель РЛС 1, состоящая из последовательно включенных высокочастотного генератора 2 и модулятора 3, позволяет моделировать три различных периода обращения T₁, T₂, T₃ РЛС кругового обзора и соответственно три различных длительности импульсных пачек τ₁, τ₂, τ₃, попадающих в зону обзора приемного устройства.

Далее промодулированный сигнал поступает через переключатель 18 и сумматор 17 на первые входы смесителей 8 и 24, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 7 линейно-изменяющейся частоты:

u_Г(t)=U_Гcos(2πf_Гt+πγt²+ϕ_Г),

, 0≤t≤T_П,

где U_Г, f_Г, ϕ_Г, T_П - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

- скорость перестройки частоты гетеродина 7 в заданном диапазоне частот D_f;

Т_П - период повторения напряжения гетеродина 7 (фиг.3, 4).

Изменение частоты гетеродина по линейному закону осуществляется с помощью генератора 5 развертки, в качестве которого используется генератор пилообразного напряжения. Генератор 5 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 13. Это же напряжение поступает на счетчик 6 для регистрации числа перестроек гетеродина 7.

На выходах смесителей 8 и 22 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 9 и 25 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:

u_пр1(t)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр),

u_пр2(t)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр-90°), 0≤t≤Т_П,

где ;

К₁ - коэффициент передачи смесителей;

f_пр=f_c-f_Г - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_c-ϕ_Г.

Напряжение u_пр2(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр3(t)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр-90°+90°)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр).

Напряжения u_пр1(t) и u_пр3(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u_Σ(t)=U_Σcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр),

где U_Σ=2U_пр.

Это напряжение подается на второй вход перемножителя 28, на первый вход которого через замкнутый переключатель 22 поступает высокочастотный сигнал u_с(t) с выхода сумматора 17. На выходе перемножителя 28 образуется напряжение

u₁(t)=U₁cos(2πf_Гt+πγt²+ϕ_Г),

где ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется узкополосным фильтром 29, детектируется амплитудным детектором 30 и поступает на управляющий вход ключа 31, открывая его. В исходном состоянии ключ 31 всегда закрыт. Частота настройки f_н узкополосного фильтра 29 выбирается равной начальной частоте f_Г гетеродина 7 (f_н=f_Г).

При этом напряжение u_Σ(t) с выходом сумматора 27 через открытый ключ 31 поступает на вход амплитудного детектора 10, где выделяется модулирующий сигнал, который после усиления в видеоусилителе 11 поступает на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 13 и счетчик 12. В счетчике 12 фиксируются импульсы совпадения входной серии импульсов, попадающих в полосу пропускания приемника при его периодической перестройке с периодом T_П.

Период повторения Т_П можно изменить, изменяя режим развертки генератора 5, а следовательно, можно изменить и скорость изменения частоты гетеродина 7.

Тем самым при фиксированных величинах Т_П, τ₁ и D_f можно демонстрировать достижение границ быстрого и медленного поисков. Визуально эти границы наблюдаются при следующих совпадениях показаний счетчиков на некоторых интервалах наблюдения Т_набл.(Т_набл.>>Т_П).

Граница быстрого поиска соответствует совпадению показаний счетчиков 4 и 12 (N₄=N₁₂, где N₄ - число, зафиксированное счетчиком 4; N₁₂ - число, зафиксированное счетчиком 12) на Т_набл..

Граница медленного поиска соответствует совпадению показаний счетчиков 6 и 12 (N₆=N₁₂, где N₆ - число, зафиксированное счетчиком 6; N₁₂ - число, зафиксированное счетчиком 12) на Т_набл.. Между этими границами находится область вероятностного поиска (со средней скоростью).

Предусмотренная в приборе возможность имитации сигналов РЛС с различающимися временными параметрами Т₁, τ₁; Т₂, τ₂; Т₃, τ₃ - позволяет продемонстрировать изменение границ достоверных поисков при фиксированном диапазоне поиска D_f и ширине полосы пропускания Δf_П приемника путем перехода к анализу процесса формирования импульсов совпадения для входных сигналов с различными временными параметрами.

Второй режим обеспечивается тем, что переключатели 18 и 22 замыкаются, переключатели 19, 20 и 21 последовательно замыкаются и последовательно визуально наблюдается воздействие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному, первому и второму комбинационным каналам на качество приема полезных сигналов.

При этом на экране ЭЛТ 13 (на горизонтальной развертке) образуются частотные метки, соответствующие полезному сигналу и ложным сигналам (помехам), принимаемым по дополнительным каналам.

Третий режим обеспечивает демонстрацию методов и средств подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. При этом переключатели 18, 20 и 21 размыкаются, а переключатели 19 и 22 замыкаются. Высокочастотный сигнал

u_з(t)=U_зcos(2πf_зt+ϕ_з),

формируемый генератором 14 через замкнутый переключатель 19 и сумматор 17 поступает на вход переключателя 32 частоты. Усилителями 9 и 25 промежуточной частоты в этом случае выделяются следующие напряжения:

u_пр4(t)=U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4),

u_пр5(t)=U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4+90°),

где ;

f_пр=f_Г-f_з - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_Г-ϕ_з.

Напряжение u_пр5(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр6(t)=U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4+90°+90°)=-U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4).

Напряжение u_пр4(t) и u_пр6(t), поступающие на два входа сумматора 27, на его выходе компенсируются. Частотная метка на экране ЭЛТ 13 отсутствует.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f_з, подавляется. Для этого используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 7, смесителей 8 и 24, усилителей 9 и 25 промежуточной частоты, фазовращателей 23 и 36 на 90°, сумматора 27, реализующее фазокомпенсационный метод.

Для демонстрации подавления первого комбинационного канала переключатель 19 размыкается, а переключатель 20 замыкается. При этом высокочастотный сигнал

u_к1(t)=U_к1cos(2πf_к1t+ϕ_к1).

С выхода генератора 15 через замкнутый переключатель 20 и сумматор 17 поступает на вход преобразователя 32 частоты. В этом случае усилителями 9 и 25 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр7(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7),

u_пр8(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7+90°),

где ;

f_пр=2f_Г-f_к1 - промежуточная частота;

ϕ_пр7=ϕ_Г-ϕ_к1.

Напряжение u_пр8(t) выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется следующее напряжение

u_пр9(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7+90°+90°)=-U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7).

Напряжение u_пр7(t) и u_пр9(t), поступающее на два входа сумматора 27, на его выходе компенсируются. Частотная метка на экране ЭЛТ 13 отсутствует.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте f_к1, подавляется. Для этого также используется «внешнее кольцо», реализующее фазокомпенсационный метод.

Для демонстрации подавления второго комбинационного канала переключатель 20 размыкается, а переключатель 21 замыкается. При этом высокочастотный сигнал

u_к2(t)=U_к2cos(2πf_к2t+ϕ_к2)

с выхода генератора 16 через замкнутый переключатель 21 и сумматор поступает на вход преобразователя 32 частоты. В этом случае усилителями 9 и 25 выделяются следующие напряжения:

u_пр10(t)=U_пр10cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10),

u_пр11(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10+90°),

где ;

f_пр=f_к2-2f_Г - промежуточная частота;

ϕ_пр10=ϕ_Г-ϕ_к2.

Напряжение u_пр11(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр12(t)=U_пр10cos(2πf_прt-πγt²+ϕ_пр10-90°+90°)=U_пр10cos(2πf_прt-πγt²+ϕ_пр10).

Напряжения u_пр10(t) и u_пр12(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется суммарное напряжение

где .

Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 28, на первый вход через замкнутый переключатель 22 поступает принимаемый сигнал u_к2(t). На выходе перемножителя 28 образуется напряжение

u₂(t)=U₂cos(4πf₂t+πγt²+ϕ_Г),

где ;

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 29. Ключ 31 не открывается и сложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте f_к2, подавляется. Для этого используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 28, узкополосного фильтра 29, амплитудного детектора 30 и ключа 31 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

Если замыкаются переключатели 18-22, то на вход панорамного приемника одновременно поступают полезный сигнал на частоте f_c, ложные сигналы (помехи), принимаемые по зеркальному каналу на частоте f_з, первому f_к1 и второму f_к2 комбинационным каналам. Ложные сигналы (помеха), принимаемые по дополнительным каналам, подавляются, а на горизонтальной развертке ЭЛТ 13 образуется частотная метка, соответствующая полезному сигналу, принимаемому по основному каналу на частоте f_c.

Для демонстрации наличия избыточной информации о несущей частоте принимаемого непрерывного сигнала (фиг.4) переключатель 32 переводится в первое положение I. В этом случае любой непрерывный сигнал попадает в полосу пропускания Δf_п панорамного приемника в каждом цикле его перестройки. Поэтому избыточность полученной информации определяется количеством циклов перестройки гетеродина 7, которое фиксируется счетчиком 6 и 12.

Для демонстрации исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала переключатель 32 переводится во второе II положение, при котором между выходом видеоусилителя 11 и вертикально-отклоняющими пластинами ЭЛТ 13 включается ключ 38. Ключи 34, 37 и 38 в исходном состоянии всегда закрыты.

Принимаемый непрерывный сигнал после преобразования по частоте детектирования в амплитудном детекторе 10, усиления в видеоусилителе 11 и превышения порогового уровня в пороговом блоке 33 поступает на управляющий вход ключа 34, открывая его. При этом частота гетеродина 7 в данный момент времени t₁ через открытый ключ 34 поступает на вход измерителя 35 частоты, где и измеряется (f_Г1) в цифровом виде. Измеренное значение f_Г1 поступает на первый вход блока 36 сравнения, на второй вход которого подаются коды измеренных ранее частот гетеродина 7 из блока 39 памяти. В исходном состоянии в памяти блока 39 памяти информация отсутствует.

Если сравниваемые коды не равны, то блок 36 сравнения формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 37 и 38, открывая их. При этом код измеренной частоты f_Г1 гетеродина 7 в первом цикле его перестройки через открытый ключ 37 поступает в блок 39 памяти, где записывается в его памяти. Видеоимпульс (фиг.4, 6) с выхода видеоусилителя 11 через открытый ключ 38 поступает на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 13, в результате чего на ее экране образуется частотная метка, положение которой на горизонтальной развертке однозначно определяет несущую частоту f₁ принимаемого непрерывного сигнала (f₁=f_Г1+f_пр).

При втором и последующих циклах перестройки гетеродина 7 непрерывный сигнал на частоте f₁ опять будет попадать в полосу пропускания Δf_п панорамного приемника (усилителей 9 и 25 промежуточной частоты). Сравниваемые коды будут равны и на выходах блока 36 сравнения постоянное напряжение отсутствует, ключи 37 и 38 оказываются закрытыми.

Следовательно, только в первом цикле перестройки гетеродина 7 осуществляется визуальная оценка несущей частоты f₁ принимаемого непрерывного сигнала и запись кода несущей частоты f₁ в блоке 39 памяти. Если, например, в первом цикле перестройки частоты гетеродина другой непрерывный сигнал на частоте f₂ попадает в полосу пропускания Δf_п приема, то последний работает аналогичным образом. При этом код частоты гетеродина 7, измеренный в момент времени t₂(f_Г2), сравнивается с кодом частоты гетеродина 7, измеренной в момент времени t₁(f_Г1). Так как коды не равны друг другу, то блок 36 сравнения формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 37 и 38, открывая их. При этом значение несущей частоты f₂ принимаемого непрерывного сигнала визуально оценивается на экране ЭЛТ 13, а код частоты f_Г2 гетеродина 7, измеренной в момент времени t₂, записывается в блок 39 памяти.

Таким образом, предлагаемый учебный прибор по радиотехнике по сравнению с прототипом позволяет продемонстрировать наличие избыточной информации о несущей частоте принимаемого непрерывного сигнала, а также исключение повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала. Тем самым функциональные возможности учебного прибора по радиотехнике расширены.

Предлагаемое устройство относится к учебным приборам и тренажерам по радиотехнике и позволяет наглядно демонстрировать режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, принципы образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления. Технической результатом изобретения является расширение функциональных возможностей прибора путем демонстрации избыточной информации о несущей частоте непрерывного сигнала и исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала. Прибор содержит модель радио локационной станции (РЛС), первый, второй, третий и четвертый высокочастотные генераторы, модулятор, первый, второй и третий счетчики, генератор развертки, гетеродин, первый и второй смесители, первый и второй усилители промежуточной частоты, первый и второй амплитудные детекторы, видеоусилитель, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), первый и второй сумматоры, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой переключатели, первый и второй фазовращатели на 90°, пороговый блок, первый, второй, третий и четвертый ключи, измеритель частоты, блок сравнения и блок памяти. 4 ил.

Учебный прибор по радиотехнике, содержащий последовательно включенные первый высокочастотный генератор, модулятор, первый переключатель, первый сумматор, второй вход которого через второй переключатель соединен с выходом второго высокочастотного генератора, третий вход - через третий переключатель соединен с выходом третьего высокочастотного генератора, четвертый вход - через четвертый переключатель соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора, первый смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с первым выходом генератора развертки, первый усилитель промежуточной частоты, второй сумматор, перемножитель, второй вход которого через пятый переключатель соединен с выходом первого сумматора, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый амплитудный детектор и видеоусилитель, последовательно включенные генератор развертки и горизонтально-отклоняющие пластины электроннолучевой трубки, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, при этом к выходу модулятора подключен первый счетчик, к первому выходу генератора развертки подключен второй счетчик, к выходу видеоусилителя подключен третий счетчик, отличающийся тем, что он снабжен шестым переключателем, пороговым блоком, вторым, третьим и четвертым ключами, измерителем частоты, блоком сравнения и блоком памяти, причем к выходу видеоусилителя последовательно подключены пороговый блок, второй ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, измеритель частоты, блок сравнения, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты, блок памяти, блок сравнения, четвертый ключ, второй вход которого через шестой переключатель соединен с выходом видеоусилителя, и вертикально-отклоняющиеся пластины электроннолучевой трубки, которые через шестой переключатель соединены с выходом видеоусилителя.