Устройство для измерения коэффициента амплитудной модуляции Советский патент 1986 года по МПК G01R29/06 

1

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения коэффициента амплитудной модуляции (AM) в системах контроля сигналов систем инструментальной посадки-самолетов в метровом диапазаоне длин волн в системах конт роля диаграммы направленности линдрической фазированной антенной решетки (ФАР), формирующей зондирующий амгшитудно-модулированный сигнал, коэффициент AM которого характеризует работу излучателей и дискретных фазовращателей ФАР .

Целью изобретения является повышение точности измерений в 3-5 раз и сокращение времени измерений до одного рериода огибающей амплитуд- но-модулированного сигнала.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу за время одного и несколько периодов огибающей AM сигнала соот- ветственно.

Устройство содержит усилитель 1 с переменным коэффициентом усиления выход которого через последовательно соединенные детектор 2 и фильтр 3 низких частот (ФНЧ) подключен к одному из входов элемента 4 сравнения второй вход которого соединен с выходом источника 5 опорного направления (ИОН), компаратор 6, входом соединенный с выходом множительного циф- роаналогового преобразователя 7, первый элемент Ь совпадения, генератор 9 тактовых импульсов (ГТИ), элемент 1U НЕ, счетчик 11 результата и второй элемент 12 совпадения, второй элемент 13 НЕ.

Усилитель 1, ФНЧ 3, элемент сравнения 4 и ИОН 5 образуют схему авто- . матической регулировки усиления (АРУ). Изменение коэффициента передачи усилителя 1 производится управ- ЛЯЮ1ЩМ сигналом элемента 4 сравнения. Динамический диапазон устрой ства равен отношению максимального и минимального коэффициентов передачи усилителя 1.

ЦА11 7 осуществляет перемножение континуального сигнала на цифровой сигнал управления. Перемножение заключается в изменении коэффициен- та передачи ЦАП от входа континуального сигнала до выхода в зависимости от цифрового сигнала управления. Число цифровых разрядов управ183452

ления п ЦАП 7 равно числу разрядов счетчиков 11. Число разрядов п определяет разрешающую способность устройства, равную 2, Коэффициент передачи ЦАП 7 дискретно изменяется от нуля до ( 1)/ 2) 1 через ,1/2

ГТИ 9 вырабатывает две тактовые последовательности импульсов с час

тотами .и f. Первая тактовая последовательность через элемент 8 модифици рует состояние счетчика 11, вторая через элемент 12 обнуляет счетчик 11, т.е. инициирует начало

очередного цикла измерения. Если частота Q огибающей AM радиосигнала не менее, чем в 2 . раз ниже частоты импульсов f на первом выходе ГТИ 9, то длительность процесса измерения в худшем случае не

превышает одного периода огибающей. В противном случае процесс измерения занимает несколько периодов. Для правильной работы устройства на

втором выходе ГТИ 9 должен появиться импульс не ранее, чем закончится процесс измерения, т.е. частота fq должна быть не менее, чем в 2 раз ниже f ;

. Все узлы устройства могут быть выполнены на стандартных элементах, В низкочастотной части схемы АРУ (ФНЧ 3, элемент 4 сравнения и ИОН 5) могут быть использованы интегралв- ные операционные усилители, например 153УД6. В качестве управляемого элемента, изменяющего коэффициент передачи усилителя 1, может быть использован pin диод, например 2А511. В компараторе 6 может быть использован интегральный компаратор, например 521СА4. Множительный ЦАП 7 может быть выполнен на микросхеме 572IIA1 или . Элементы цифровой техники могут быть выполнены, напри;мер, на микросхемах серии 133:133ЛАЗ (элементы И 8, 12) 133Ш1 (элементы НЕ 10, 13), 133ИЕ5 (счетчик 11) 133ЛН1, и 133ИЕ5, (ГТИ -9- автоколебательный мультивибратор с делителём частоты).

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает AM радиосигнал S(t), который имеет вид S(t),(1+m sinftt) sin(cJt+N ), (1) где Uj., - .уровень несущего колебания; m - измеряемый коэффициент AM;

.Яи частоты огибающей и несущей соответственно. Сигнал (1) через усилитель 1 и детектор 2 поступает на инверсный вход компаратора 6. Выходной сигнал детектора 2 имеет вид (фиг.2 а)

(Ь)киц(1+т sinfit),

(2)

где К - некоторый коэффициент, зависящий от коэффициентов передачи усилителя 1 и детектора 2.

Постоянная составляющая К1)цОги- бающей выделяется ФНЧ 3 и сравнивается в элементе сравнений с заданным постоянным напряжением UQ формируемым ИОН 5. При не совпадении постоянной составляющей KU, с образцовым уровнем Uo выходной сигнал элемента сравнения 4 изменяет коэффициент усиления К усилителя 1. Поэтому в установившемся режиме постоянная составляющая огибающей КЦц на выходе ФНЧ 3 равна образцовому уровню Uo, задаваемому ИОН 3. При коэффициент передачи К выходным сигналом элемента 4 сравнения изменяется в сторону увеличения, при KUn UQ- в сторону уменьшения.

Если при-включении устройства выходной сигнал ЦА11 7 меньше сигнала детектора 2, то на выходе компаратора 6 устанавливается уровень логического нуля. Соответственно элемент И 8 закрыт, а элемент 12 открыт. Поэтому импульсы с первого выхода ГТИ 9 через элемент 8 не проходят, т.е. состояние счетчика 11 не модифицируется, а выходное напряжение ЦАП 7 не изменяется. В этом состоянии устройство находится до прихода ближайшего импульса со второго выхода ГТИ 9.

Если выходнай сигнал ЦАП 7 больше сигнала детектора 2, то на выходе компаратора 6 устанавливается уровень логической единицы. Соответственно элемент 8 открыт, а элемент 12 закрыт. Это состояние соответствует циклу измерения .

Таким образом, в исходном состоянии в установившемся режиме выходной сигнал ФНЧ 3 равен опорному напряжению ИОН 5, выходным сигналом компаратора 6 элемент 8 закрыт, а элемент 12 открыт.

Начало очередного цикла измерения соответствует моменту появления им218345 .

пульса на втором выходе ГТИ 9 (фиг.2 б). Этот импульс через открытый элемент 12 поступает на вход обнуления счетчика 11, .устанавливая его в нулевое состояниеi Выходной сигнал счетчика 11 в виде комбинации, содержащей логические единицы во всех п разрядах, поступает на управляющий вход ЦАП 7. В соответ- fQ ствии с данным управляющим кодом коэффициент передачи ЦАП 7 равен

1 -2Ь

и отличается от единицы на

величину младшего разряда. Таким (о;б- разом, на инверсном входе компаратора 6 присутствует сигнал kU(V + + ш sinSJt), а на прямом входе

1 KUn7 Поэтому на интервале

изменения огибающей LO, на выходе компаратора 6 присутствует уровень логического нуля, закрывающий эле- мент 8.

Измерения осуществляются на интервале изменения огибающей CTf г 5ТТ(ll. На этом интервале сигнал огибающей монотонно уменьшается до значения KUnd - m). С началом этого интервала сигнал на инверсном входе компаратора 6 стает меньше сигнала на его прямом входе, что приводит к изменению состояния выходного сигнала компаратора 6 (фиг.2 в). Выходной сигнал компаратора 6 открывает элемент 8, через который импульсы

с первого выхода ГТИ 9 начинают поступать на счетный вход счетчика 11 (фиг.2 г), С каждаш импульсом состояние счетчика 11 увеличивается на единицу младшего разряда, а обратный код, формирующийся после прохождения инвертирующих управляющих входов ЦА11 7, соответственно уменьшается на единицу младшего разряда. Поэтому выходной сигнал ЦАП 7 линей

но уменьшается (фиг,2 д). Когда выходной сигнал ЦАП 7 стает-меньше сигнала огибающей, компаратор 6 из- меняет свое состояние и прохождение импульсов ГТИ 9 через элемент 8

прекращается. Если в дальнейшем сиг- нал огибающей стает меньше выходного сигнала ЦАП 7, то компаратор 6 снова открывает зл емент 8 и поступление импульсов ГТИ 9 в счетчик 11

возобновляется, а следовательно, выходной сигнал ЦАП 7 уменьшается. Этот процесс протекает до момента, когда огибающая достигает экстремальной точки KUn(1 - m) и начинает монотонно увеличиваться. Соответственно этого же значения достигает выходной сигнал ЦАП 7, а в счетчике 11 оказывается зафиксированным код, соответствующий оценке коэффициента АМт . В этом состоянии устройство находится до прихода очередного импульса со второго выхода ГТИ 9.

Если соотношение частоты огибающей и и частоты импульсов f на первом выходе ГТИ 9 таково, что выходной сигнал ЦАП 7 не достигнет экстремальной точки - m) за один период огибающей, то процесс измерения занимает более одного периода (фиг.З). Правильность работы устройства при этом не нарушается.

Дополнительным преимуществом устройства является расширение динамического диапазона на 6-12 дб и снижение требований к схеме АРУ, что достигается благодаря жесткой связи между каналом огибающей и каналом гармонической составляющей. При этом изменение уровня Uo .не приводит к погрешности измерения коэффициента AM.

Форм-улаизобре тения

Устройство для измерения коэффициента амплитудной модуляции, содержащее усилитель с переменным коэффициентом усиления, вход которого является входом устройства, а выход

0

через последовательно соединенные детектор и фильтр низкой частоты подключен к одному, из -входов первого элемента сравнения, вторым входом соединенного с выходом источника опорного напряжения, а выход первого элемента сравнения соединен с управляющим -входом усилителя, и последовательно соединенные счетчик, цифроаналоговый преобразователь, компаратор и первый элемент совпадения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности

5 и сокращения времени измерений, в него введены второй элемент совпадения, элемент НЕ и генератор тактовых импульсной, при этом выход детектора соединен с вторым входом компаратора, выход которого через последовательно соединенные элемент НЕ и второй элемент совпадения соединен с управляющим входом счетчика, выход которого является выходом

5 устройства, а счетный вход соединен с {ВЫХОДОМ первого элемента совпадения, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, вторым выходом соединенного с вторым входом второго элемента совпадения, выход фкпьтра низких частот соединен с сигнальным входом цифроаналогового преобразователя, выполненного по схеме перемножающего цифроаналогового преобразователя с инвертирующими управляющими входами.

0

0

/

а

КЧн

ки„(1ш)

Щ(1-1п}

у П

в

Изобретение может быть использовано,- например, для измерения коэффициента -амплитудной модуляции в системах контроля сигналов систем инструментальной посадки самолетов в метровом диапазоне длин волн. Цель изобретения - повышение точности Ш Фиг. 1 измерения и сокращение времени измерений До одного периода огибающей амплитудно-модулированного сигнала. Устройство содержит детектор 2, компаратор 6, преобразователь 7, элементы 8 и 12 совпадения, генератор 9тактовых импульсов, элементы НЕ 10и 13 и счетчик 11 результата. Усилитель 1 с переменным, коэффициентом усиления, фильтр 3 низких частот, элемент 4 сравнения и источник 5 опорного напряжения образуют схему а втоматической регулировки усиления. Жесткая связь между каналом огибающей и каналом гармонической состав- ляющей сигнала расширяет динамический диапазон на 6-12 дб и снижает требования к схеме автоматической регулировки усиления. 3 ил. § (Л л т 1чЭ 00 00 4 СЛ

кин(1-т)

б в

п

Г1

д

Фиг. 5