УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ Российский патент 2008 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения отношения сигнал/шум высокочастотной аддитивной смеси сигнала и шума с априорно неизвестной мощностью. Для измерения отношения сигнал/шум высокочастотной аддитивной смеси сигнала и шума с априорно неизвестной мощностью, как правило, переносят сигнал и шум на более низкую частоту, а затем преобразованную смесь сигнала и шума подвергают непосредственному измерению с помощью накапливающих измерителей мгновенной мощности, управляемых ключей, блоков логарифмирования, вычитания и памяти.

Известно устройство для измерения отношения сигнал/шум по авторскому свидетельству СССР № 72/773, кл. G01R 29/26, 1975 г., содержащее два ключа, два накапливающих измерителя мгновенной мощности, два блока вычитания, два элемента НЕ, логарифмический преобразователь, блок ввода констант и регистрирующий прибор.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: измерители мощности, блок вычитания, логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор.

Причинами, препятствующими получению технического результата, являются недостатки этого устройства такие, как оно не позволяет измерять отношение сигнал/шум при непрерывных и импульсных сигналах с априорно неизвестными значениями входной мощности.

Известно также устройство для измерения отношения сигнал/шум по авторскому свидетельству СССР № 1071976, кл. G01R 29/26, 1982 г., содержащее смеситель, полосовой фильтр, два накапливающих измерителя мгновенной мощности, частотно-модулированный гетеродин, блок управления, два блока вычитания, логарифмический преобразователь, шесть управляемых ключей, два блока памяти и регистрирующий прибор.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, измерители мощности, логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор.

Причинами, препятствующими получению технического результата, являются: сложность и относительно низкая надежность, что обусловлено наличием в составе устройства большого количества управляемых ключей и вносящих значительную погрешность в измерение блоков памяти, а также трудность реализации частотно-модулированного гетеродина и блока управления с девятью выходами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для измерения отношения сигнал/шум по авторскому свидетельству СССР № 1215064 кл. G01R 29/26, 1985 г., содержащее смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, частотно-модулированный гетеродин, выход которого подключен к опорному входу смесителя, полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, последовательно включенные первый измеритель мощности, блок вычитания, дифференциальный логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор, второй измеритель мощности, выход которого подключен к инверсным входам блока вычитания и дифференциального логарифмического преобразователя, первый и второй управляемые ключи, сигнальные входы которых подключены к выходу полосового фильтра, а выходы - к сигнальным входам соответственно первого и второго измерителей мощности, и блок управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого подключены к управляющим входам соответственно частотно-модулированного гетеродина, первого и второго ключей, первого и второго измерителей мощности.

В этом устройстве исключены блоки памяти, число управляемых ключей сокращено до двух, а число выходов блока управления - до пяти. Тем не менее, это устройство является достаточно сложным и имеющим относительно низкую надежность.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, измерители мощности, дифференциальный логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор,

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение и повышение надежности устройства.

Для достижения технического результата в известное устройство для измерения отношения сигнал/шум введен второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход - ко входу второго измерителя мощности, при этом вход первого измерителя мощности подключен к выходу первого полосового фильтра.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, гетеродин, выход которого подключен к опорному входу смесителя, первый полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, последовательно включенные первый измеритель мощности, блок вычитания, дифференциальный логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор, и второй измеритель мощности, выход которого подключен к инверсным входам блока вычитания и дифференциального логарифмического преобразователя, введен второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход - ко входу второго измерителя мощности, при этом вход первого измерителя мощности подключен к выходу первого полосового фильтра.

Совокупность вновь введенного фильтра и новых связей не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемое устройство для измерения отношения сигнал/шум следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема заявляемого устройства.

Устройство содержит гетеродин 1, смеситель 2, полосовые фильтры 3 и 4, измерители 5 и 6 мощности, блок 7 вычитания, дифференциальный логарифмический преобразователь 8 и регистрирующий прибор 9.

Сигнальный вход смесителя 2 соединен со входом устройства, а опорный вход - с выходом гетеродина 1. Смеситель 2, фильтр 3, измеритель 5, блок 7, преобразователь 8 и регистрирующий прибор 9 соединены последовательно. Вход фильтра 4 соединен с выходом смесителя и входом фильтра 3, а выход - со входом измерителя 6, выход которого соединен с инвертирующими входами блока 7 и преобразователя 8.

Работа устройства заключается в следующем.

Смесь сигнала и шума, отношение которых подлежит измерению, со входа устройства поступает на сигнальный вход смесителя 2, на опорный вход которого поступает сигнал гетеродина 1, представляющий собой непрерывный высокочастотный сигнал с фиксированными частотой и уровнем. Гетеродин 1 и смеситель 2 осуществляют перенос спектра поступающей смеси сигнала с шумом в область пропускания фильтра 3.

Полоса Δf пропускания и центральная частота f₀ фильтра 3 выбираются из условий

Δf≈1,2ΔF;

f₀≈30Δf,

где ΔF - ширина спектра сигнала.

Коэффициент передачи и полоса Δf пропускания фильтра 4 такие же, как и у фильтра 3, а центральная частота отличается от центральной частоты f₀ фильтра 3 на величину (1,5...2) Δf.

Преобразованная по частоте смесь сигнала и шума с выхода смесителя 2 поступает на входы фильтров 3 и 4. Через фильтр 3 она полностью проходит на вход измерителя 5, который измеряет ее мощность Р_С+Р_Ш. Результат измерения поступает на прямой вход блока 7. Через фильтр 4, отстроенный от частоты f₀ за полосу пропускания Δf, проходит только шум. Он проходит на вход измерителя 6, который измеряет его мощность Р_Ш. Результат измерения поступает на инвертирующие входы блока 7 и преобразователя 8. На выходе блока 7 и прямом входе преобразователя 8 формируется сигнал, пропорциональный разности сигналов на его входах, то есть мощности Р_C сигнала.

Таким образом, на прямом и инверсном входах преобразователя 8 формируются сигналы, пропорциональные мощности Р_C сигнала и Р_Ш шума. Преобразователь 8 формирует сигнал U_вых, пропорциональный логарифму отношения сигналов, поступивших на его входы:

,

где К - коэффициент передачи преобразователя 8.

Сигнал U_вых с выхода преобразователя 8 поступает на вход регистрирующего прибора 9, показания которого пропорциональны отношению сигнал/шум в децибелах.

Заявляемое устройство существенно проще, чем прототип, так как в нем полностью отсутствуют управляемые ключи и блок управления, кроме того, перестраиваемый гетеродин в нем заменен генератором фиксированной частоты. Большая простота обеспечивает ему более высокую надежность. Расчет показывает, что наработка на отказ у предлагаемого устройства на 20...30% выше, чем у прототипа.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым в предлагаемом устройстве, является его упрощение и повышение надежности.

Заявляемое устройство достаточно легко реализуемо на тех же элементах, что и прототип.

В качестве гетеродина 1 может быть использован стандартный генератор типа Г4-114.

В качестве смесителя 2 может служить диодный СВЧ-смеситель (см., например, книгу Л.Г.Барулин и др. Радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь. - 1984, раздел 8.5).

Фильтры 3 и 4 могут быть реализованы на основе пьезоэлементов (см., например, ту же книгу, раздел 7.2).

В качестве измерителей 5 и 6 могут служить стандартные детекторные головки.

Блок 7 и преобразователь 8 могут быть реализованы на интегральных микросхемах типа 140УД6.

Устройство может найти применение в системах радиосвязи.

Устройство содержит смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, гетеродин, выход которого подключен к опорному входу смесителя, первый полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, последовательно включенные первый измеритель мощности, блок вычитания, дифференциальный логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор, второй измеритель мощности, выход которого подключен к инверсным входам блока вычитания и дифференциального логарифмического преобразователя и отличается тем, что в него введен второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход - ко входу второго измерителя мощности, при этом вход первого измерителя мощности подключен к выходу первого полосового фильтра. Технический результат заключается в упрощении и повышении надежности устройства. 1 ил.

Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, гетеродин, выход которого подключен к опорному входу смесителя, первый полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, последовательно включенные первый измеритель мощности, блок вычитания, дифференциальный логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор, и второй измеритель мощности, выход которого подключен к инверсным входам блока вычитания и дифференциального логарифмического преобразователя, отличающееся тем, что в него введен второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход - ко входу второго измерителя мощности, при этом вход первого измерителя мощности подключен к выходу первого полосового фильтра.