Измеритель отношения сигнал/шум Советский патент 1983 года по МПК G01R29/26 

Ul.f . Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть непользовано для измерения отношения сигнал/шум (ОСШ) в радиотехнических устройствах. Известно устройство для измерения ОСШ, содержащее измеритель отношения первый и второй перемножи ели, объединенные по входу, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго интеграторов, гене ратор опорного напряжения, выход которого соединен с йторым входом перв го перемножителя и через фазовращатель - с вторым входом второго перемножителя . Недостатком данного устройства яв ляётся узкий диапазон измеря-емых зна чений ОСШ, рграниченньзй величиной , динамического диапазона входных пере множителей. Кроме того, устройство нуждается в периодической калибровке : ЧТО увеличивает время измерения. При этом точность измерения во многом оп ределяется точностью выполнения /фазовращателя на 45 . Недостат-ком устройства является также то, что измерение уровня шума производит :ся в узкой полосе частот вблизи частоты сигнала, что приводит к значйтельной погрешности при измерении шумов С неравномерным распределением по частотному диапазону. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля сос тояния каналов связи по отношению сигнал - помеха, содержащее последовательно соединенные нелинейный преобразователь напряжения входного сиг нала, узкополосиый фильтр, выпрямитель когерентного сигнала .и нелинейный преобразователь когерентного сиг нала, образукхцие полосовой фильтр, а также последовательно соединенные выпрямитель входного сигнала, блок вычитания (сумматор) и делительный блок, причем вход нелинейного преобразователя входного сигнала и вход выпрямителя входного сигнала объединены, а вход нелинейного преобраЭо-, вателя когерентного сигнала по;цключей к вторым входам блока вычитания и делительного блока. Принцип действия указанного устройства основан на том, что из смеси сигнала и помехи (далее г шума) на выходе последовательно соединенных нелинейного преобразователя входного сигнала/ узкопояосного фильтра, выпрямителя когерентного сигнала и нелинейного преобразователя когерентного сигнала, выполняющих роль полосового фильтра, выделяется постоянно напряжение, пропорциональное напряжению сигнала, которое в блоке вычи1:аетдя из постоянного напряжений, . пр порционального напряжения смеси сигнала и шума, поступающего с выхода выпрямителя входного сигнала, в реэульта е этого вычитания на выходе последовательно соединенньох нелинейного преобразователя входного сигнала, узкополосного фильтра, выпрямителя когерентного сигнала и нелинейного преобразователя когерентного сигнала, выполняющих роль .полосового фильтра, вьщеляется постоянное напря.жение, пропорциональное напряжению сигнала, которое в блоке вычитания вычитается из постоянного напряжения, пропорционального напряжению смеси сигнала и шума, поступающего с выхода, выпрямителя входного сигнала. В результате этого вычитания на вьйсоде блока вычитания вьщеляется постоянное напряжение пропорциональное уровню шума. Выделенные постоянные напряжения поступают на входы делительного блока, в котором производится вычисление отношения сигнал/шум При этом точность работы устройства зависит от точности разделения сигнала и шума 2, Существенным недостатком известного устройства является узкий динамический диапазон измеряемых значений ;, ОСШ, ограниченный большой погрешностью выделения шума. Это объясняется тем,что при больших значениях ОСШ, когда уровни сигнала и шума значительно отличаются по величине, выпрямитель входного сигнала не обеспечивает одновременное выпрямление сигнала и шума с высокой точностью. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений отношения сигнал/шум. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель отношения сигнал/шум, содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр, сумматор и делительный блок, второй вход-которого подключен к выходу полосового фильтра, введен регулируемый усилитель, включенный между выходом сумматора и входом полосового фильтра, при этом управляющий вход регулируемого усилителя соединен с выходам делительного блока, а второй вход сумматора является входом измерителя V Полосовой фильтр выполнен в виде объединенных по входу первого и второго перемножителей, соепиненных соответственно через первый и второй интеграторы с третьим и четвертым перемножителями, выходы которых посредством суммаФора соединенгл с фильтром нижних час тЪт/ npii этом . вторые первого и третьего перемножятелей соединены с генератором опорного напряжения и через фазовра- цатель на ЭОсо вторыми вхрдами второго и четвертого перемножителёй На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - пример реализации полосодого фильтра, Устройство содержит полосовой фильтр 1, сумматор 2, делительный блок 3, регулируемый усилитель 4. Сумматор 2 осуществляет сложение напряжения сигнала, поступающего с выхода полосового фильтра1 с -вход ной смесью сигнала -из напряжения, поступающего Через регулируемый усилителл 4 с выхода сумматора 2. Регулируемый усилитель 4 передает напряжение с выхода сумматора 2 на вход полосового фильтра 1 с коэффициентом передачи прямо пропорционально зависящим от уровня напряжения на его втором входе. Делительный блок 3 осуществляет операцию вычисления величины отношения выходных напряжений полосового фильтра 1 и сумматора 2. Устройство работает следующим образом. Входная емесь сигнала и шума скла дывается в сумматоре 2 с выходным напряжением полосового фильт-ра 1. Это напряжение представляет собой по лезный сигнал со сдвигом на 180° выделенный из смеси сигнала и шума. В результате .сложения на выходе суммат ра 2 осуществляется компенсация сиг/нала и вьщеляется напряжение шума. (Величина ОСШ вычисляется в делительJHOM блоке путем деления отфильтрован ного найряжения сигнала с выхода полосового фильтра 1 на напряжение шум.а с выхода сумматора 2. Напряжение с выхода делительного блока поступает на управляющий вход регулируемого усилителя 4 и изменяет его козффициент усиления прямо пропорционально ОСШ, при изменении последнего. Регулируемый усилитель 4 поддерживает постоянной в заданных пределах величину ОСШ на выходе сумматора 2 и на входе сумматора 2 и на вхйде полосового фильтра 1 при изменении величины ОСШ на входе устройс.тва. Благодаря этому резко снижаются требования по динамическому диапазону к полосовому фильтру, что позволяет повысить гочность измерения больших, величин ОСШ и feM самым существенно расширить диапазон измеряемых величин ОСШ Напряжение Q, на выходе сумматора 2 при Напряжении на входе измерителя ОСШ U0X можно записать

где К, К - коэффициент передачи полосового фильтра 1 и регулируемого усилителя 4, соответственно.

С учетом того, что полосовой .фильтр 1 узкополосный и его коэффиЦи,ент передачи для шума равен нулю на-55

ВхКхакс 4макс

(5}

.. п . Введение регулируемого усилителя

позволяет расширитьдиапазон измеряемых значений ОСШ в количество раз, равное глубине регулировки усилителя 4. пряжения шума Ug,j(2m сигнала на выходе сумматора 2 равнц, в)«2Ш вХ UI Напряжение Up, нескомпексированным остатком сигнала и вносит погрешность в измерение напряжения шума, при этом погрешность тем -больше, чем меньше т.е. чем больше величина ОСШ. Этим ограничивается максимальное измеряемое значение ОСШ. - . В реальных устройствах/ величина Ug 2с снизу уровнем сЬбственных помех, напряжениями дрейфа . и-смещения нулевого уровня (U,) активных элементов полосового фильтра -1, приведенных к его входу. При этом-напряжение ,j.He может-быть получено меньше U, приведенного к : выходу сумм:Э,тора 2; 8ЫХ 2с ( где максимальное значение коэффициента передачи регулируемого усилителя 4. , Минимальная величина Ueij,y ш которая может быть измерена с погрешностью d, npR среднеквадратическом детектировании f равна SbtX 2с , ;|( вых2ш Минимальное значение ОСШ ограничено максимальнЬ допустимым входным напряжением фильтра -Og 5 в-Эта ъ& кчк-наСвязана с максимальным измеряемым уровнем шума ,x2ui мокь вхкнакс вых 2ui тмкс где - минимальное значение ко;эффициента передачи регулируемого усилителя 4. . .С учетом того, что ьыагш- Ъишг а также выражений (3) и (4), диапазон измеряемых значений ОСШ равен вх с ftp If IМ 6bix2toM..H . BbixZiu Параметры устройства в целом во много определяются характеристиками используемого полосового фильтра. Для получения высоких качественных показателей этот фильтр должен быть выполнен синхронным. Использование полосовых фильтров другого типа не позволяет получить узкую полосу пропускания из-за их низкой добротности и стабильности, что затрудняет точное разделение сигнала и шума.. Полосовой фильтр содержат первый перемножитель 5, первый интегратор 6 третий перемножитель 7, второй перрмножитель 8, второй интегратор б, четвертый перемножитель 10, опорный генератор 11, фазовращатель 12 на 90 сумматор 13 и фильтр 14 нижних частот. Объединенные по входу первый пере множитель 5 и второй перемножитель 8 соединены соответственно через первый интегратор 6 и второй интегратор 9 с третьим перемножителем 7 и четвертым перемножителем 10, выходы которых посредством сумматора 13 соединены с фильтром 14 нижних частот, при этом вторые входы первого перемножителя 5 и третьего перемножителя 7 соединены с опорным генератором и через фазовращатель 12 на 90 с вторым входом второго перемножителя 8 и четвертого перемножителя 10. Предлагаемый фильтр обеспечивает получение узкой полосы пропускания (менее одного герца) в широкой полосе частот и высокую устойчивость благодаря постоянству сдвига фаз между входным и выходным напряжениями, . что позволяет включить фильтр в цепь I глубокой отрицательной обратной связи и получить высокое качество разделения сигнала и шума.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ, содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр, сумматор и делительный блок, второй вход которого подключен к выходу полосового фильтра, отличающий- , с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения отношения сигнал/шум, в него введен регулируемый усилитель. включенный между выходом сумматора и входом полосового фильтра, при этом управляющий вход регулируемого усилителя соединен с выходом делительного блока, а второй вход сумматора является входом измерителя, I 2. Измеритель по п. 1, о т л и .ч а ю щ и и с я тем, что полосовой фильтр выполнен в виде объединенных по входу первого и второго перемножителей, соединенных соответственно через первый и второй интеграторы с третьим и четвертым перемножителями, ВЕЛСоды которых посредством сумматора соединены с фильтром нижних частот, при этом вторые входы rtepBo- го и третьего перемножителей соеди- g нены с генератором опорного напряжения и через фазовргидатель на вторыми входги ш второго и четвертого перемножителей.

Pu-i.i