Устройство для измерения шумовой температуры радиоприемного комплекса Советский патент 1988 года по МПК G01R29/26 

ел

со

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для встроенного автоматического контроля шумовой температуры радиоприемного комплекса и отношения сигнал-шум на его входе во время приема исследуе- мэго сигнала. Устройство содержит измеритель 8 малой мощности, коммутаторы 7,9, измеритель 10 отношения напряжений, сумматор 11, блок 12 индикации, блок 13 ввода калибровочных чисел, логарифматор 15, генератор 16 шума, блок 14 управления, аттенюатор 17, блок 5 выделения шума, блок 6 выделения смеси сигнала с шумом, приемную антенну 1 и направленный ответвитель 2 по основному тракту. Устройство -: имеет расширенные функциональные возможности. 9 ил.

иг. 1

Изобретение относится к радиотехнике, а точнее - к радиоизмерительной технике и предназначено для встроенного автоматического, контроля шумовой температуры радиоприемного комплекса и отношения сигнал-шум (с/ш) на его, входе во время приемг исследуемого сигнала.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения автоматического измерения шумовой температуры радиоприемного комплекса при налич ии сигнала на его входе и измерения отно- шения сигнал-шум.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - фукнциональная схе ма блока управления; на фиг. 3 - функ циональная схема измерителя малых мощностей; на фиг. А - функциональная схема измерителя отношения напряжений; на фиг; 5 - функциональная схема сумматора; на фиг. 6 - функциональная схема блока индикации; на фиг, 7 - функциональная схема блока ввода калибровочных чисел; на фиг. 8 - функциональная схема блоков выделения шума (Рщ) и смеси сигнала с шумом (Р(, +РЩ ) ; на фиг. 9 - вид исследуемого сигнала на выходе согласующего усилителя измерителя малых мощностей..

Устройство содержит последовательно соединенные приемную антенну I, направленный ответвитель 2 по основному тракту, малошумящий усилитель 3 радиопри€;мный блок 4, выход которого соединен с входом блока 5 выделения шума и входом блока 6 выделения смес сигнала с шумом. Выходы блоков 5 и6 соединены соответственно с первым и вторым входами в.торого коммутатора 7 выход которого соединен с последовательно соединенными измерителем 8 малых мощностей коммутатором 9, измерителем 10 отнощения напряжений, сумматором 11, блоком 2 индикации. Кроме того, устройство имеет блок 13 ввода калибровочных чисел, блок 14 управления, логарифматор 15, генератор 16 шума и аттенюатор 17.

Блок 13 ввода калибровочных чисел подключен к второму входу сумматора 11, логарифматор 15 входом соединен с выходом сумматора 11,а выходом - с вторым входом блока 12 индикации. Аттенюатор 17 выходом подключен к

вторичному тракту направленного от- ветвителя 2, а входом - к выходу генератора 16 шума.

Блок 14 управления первым и вторым выходами подключен к соответствующим управляющим входам измерителя 8 малой мощности, вторым выходом подключен к управляющему входу коммутатора

Q 9, третьим - к управляющему входу измерителя 10 отношения напряжений, четвертым - к первому управляющему входу блока 12 индикации, пятым - к второму управляющему входу блока 12

5 индикации и первому управляющему входу сумматора 11, шестым - к второму управляюшему входу сумматора I 1 , седьмым - к управляющему входу генератора 16 шума, восьмым - к управляю0 щему входу коммутатора 7 и девятым - к третьему управляющему входу блока 12 индикации. Блок 14 управления (фиг. 2) предназначен для выработки сигналов, управляющих функционирова5 нием устройства и содержит последовательно соединенные задающий генератор 8, счетчики 19-24 и логический блок 25, кроме того,в блок 14 управления входят счетчики 26-28, логи0 чёские блоки 29-31, мoдyляfop 32 генератора шума и коммутатор 33.

Измеритель, 8 малой мощности (фиг.З) . предназначен для выделения напряжет- ния, пропорционального уровням Р и Р| в случае измерения отношения с/ш и пропорционального уровням Т и Т, в случае измерения шумовой температуры. Он содержит последовательно соединенные аттенюатор 34, усилитель 35 промежуточной частоты, модулятор 36, квадратичный детектор 37, усилитель 38, синхронный детектор 39 частоты F/ , синхронный детектор 40 частоты F, , синхронный детектор 41 частоты F, усилитель АРУ 42, а также согласующий усилитель 43, блок 44 выделения сигнала и блок 45 выделения сигнала и.

Измеритель 10 отношения напряжений (фиг. 4) предназначен для формирования сигнала в виде временного интервала, длительность которого пропорциональна отношению Тц,/Т| в одном случае и Р./Рщ в другом и содержит последовательно соединенные интегратор 46, детектор 47 нуля и-компаратор 48. Управляющие входы генератора 46 и детектора 47 соединены с управляющим входом измерителя 10, сигнальный вход

5

0

5

0

5

измерителя 10 соединен с входом интегратора 46, а выход - с выходом компаратора 48.

Сумматор 11 (фиг. 5) предназначен для формирования результата измерения шумовой температуры и содержит последовательно соединенные логический блок 49 и масштабный счетчик 50.

Первый и второй входы блока 49 , соединены с соответствующими сигнальными входами сумматора 11, а выход сумматора II соединен с выходом счетчика 50. Управляющий вход блока 49 соединен с вторым управляющим входом сумматора 11, а управляющий вход счетчика 50 - с первым управляющим входом сумматора 11.

Блок 12 индикации (фиг. 6) содержит последовательно соединенные элект ронный коммутатор 51, информационный счетчик 52, регистр 53, дешифратор 54 и семисегментные индикаторы 55. Первый и второй входы коммутатора 51 соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами блока 12 индикации. Первый управляющий вход блока 12 индикации соединен с управляющим входом регистра 53, второй - с управляющим входом счетчика 52, третий . - с управляющим входом коммутатора 51. Блок 13 ввода калиброванных чисел (фиг. 7) содержит последовательно соединенные задающий генератор 56,- счетчик 57, выход которого соединен с выходом блока 13.

Блоки 5 и 6 вьщеления щума и смеси сигнала с шумом (фиг. 8) содержат последовательно соединенные входные согласующие блоки 58, полосовые фильт ры 59 и выходные согласующие блоки 60 Вход блоков 5 и 6 соединен с входом блока 58, а выход - с выходом блока 60.

Устройство работает следующим образом.

На вход радиоприемного комплекса поступает исследуемый сигнал. В режиме измерения шумовой температуры Тц к входу измерителя 8 малой мощности подключается выход блока 5 через коммутатор 7, в результате чего в измерителе 8 формируется сигнал, вид которого показан на фиг. 9. В измерителе 8 из этого сигнала выделяется напряжение и, , пропорциональное Тщ, и напряжение U,. пропорциональное калиброванному шумовому сигналу Т,, которое через коммутатор 9 поступает

в измеритель 10 отношения напряжений. Измеритель 10 вычисля ет величину, пропорциональную отношению напряже-. и

НИИ - которое поступает на первьш

,2.

вход сумматора 11, на второй вход которого из блока 13 подается сигнал, пропорциональный значению калиброван10

ной шумовой температуры Т

kMприве

денной к входу малошумящего усилителя 3. Результирующий сигнал в соотт

ветствии с выражением Т- - Т

с выхода сумматора 11 подается на вход блока 12 индикации, где Трр - нормированная шумовая температура радиоприемного комплекса.

В режиме измерения отношения сигнал-шум к входу измерителя 8 поочередно (с частотой F-) подключаются блоки 5 и 6, в результате чего в измерителе 8 формируется сигнал, вид которого .показан на фиг. 9, где напряжение и,, пропорционально уровню смеси сигнала с шумом () напряжение и пропорционально уровню шума (Рщ), а напряжение U-2. пропорционально уровню сигнала (Р,.). Выделенные в измерителе 8 напряжения V и U поступают в измеритель 10, где вычисляется их отношение

UL Р.

и, Рц

которое далее логарифмируется йога-

рифматором 15 и в виде lOlg

PC

по

5

0

5

Ш

ступает на вход блока 12 индикации. Блок 14 управления работает следующим образом.

Генератор 18 генерирует сигнал с частотой F, частота которого далее делится на два счетчиком 19 и дважды на десять счетчиками 20 и 21. Импульсный сигнал типа меандр с частотой Р поступает на первьш выход блока 14 управления. Далее сигнал с частотой F.делится также дважды на десять счетчиками 22 и 23, после чего сигнал с частотой Г поступает на второй выход блока 14 управления. Далее сигнал F делится по частоте на два счетчиком 24 и поступает на третий вход логического блока 25, на выходе которого формируется строб-импульс положительной полярности длительностью 0,5 мс с периодом повторения TO, который предназначен для ус- тановки аналого-цифрового преобразователя измерителя 10 отношения напряжений в исходное, нулевое состояние. Логический блок 29 формирует импульсы Запись, Сброс, и Т„. Импульс .Запись .предназначен для записи измеряемой информации из счетчика 52 блока 12 индикации в его регистр 53, импульс Сброс - для установки счетчика 52 блока 12 индикации и мае- штабного счетчика 50 сумматора 1 в исходное - нулевое состояние. На третьем выходе блока 29 формируется положительный импульс Т|, в течение которого осуществляется интегрирование измеряемой информации данного цикла.

Модулятор 32 генератора шума представляет собой импульсньй стабилизатор, тока, предназначенный для питания полупроводникового генератора 16 шума типа МЗ 13.05-1, выполненный на лавин- но-пролетном диоде. Управление работой модулятора 32 осуществляется им- I пульсами типа меандр с частотой F, I поступающими со счетчика 23. 1 . Логический блок 30 управляет рабо- ;той коммутатора 7. Управление работой яблока 30 осуществляет коммутатор 33, При подаче на второй вход блока 30 I сигнала логического нуля, на выходе I блока 30 .формируется сигнал логичес- |кой единицы, а при подаче логической единицы на выходе формируется им- |пульсный сигнал типа меандр с часто- |той РЛ . Логический блок 33 формирует

сигнал, управляющий режимом работы блока 12 индикации через его коммутатор. При подаче сигнала логического нуля на вход блока 31 на его выходе Сформируется сигнал логической едини- цы, а при подаче.логической единицы на его выходе появится сигнгш логического нуля. Управление работой блока 3 осуществляет коммутатор 33.,

Измеритель 8 работает следующим образом.

С выхода коммутатора 7 сигнал шумовой смеси по промежуточной частоте поступает на вход аттенюатора 34 измерителя 8 и далее на вход усили- 35 промежуточной час.тоты, где он усиливается до уровня нормальной работы квадратичного детектора 37, модулируется модулятором 36 частотой F с целью обеспечения усиления ис- следуемого сигнала, на частоте F., после квадратичного детектора 37 с помощью усилителя 38 до уровня нормаль- Ной работы синхронного детектора 39.

Синхронный детектор 39 на выходе вьщеляет две составляющие исследуемого сигнала (фиг. 9), постоянная составляющая напряжения U , пропорциональная уровню измеряемой шумовой температуры 1 в одном случае или щумо- вой мощности Рщ в другом, и переменная составляющая напряжения V, пропорциональная уровню калиброванной щумовой температуры Т.. или мощности сигнала Р,. Далее этот сигнал проходит синхронный детектор 40, где улучшается отношение с/щ исследуемого сигнала и поступает через согласующий усилитель 43 на вход блоков выделения сигнала и,-, 44 и сигнала U. 45, на выходе которых выделяются импульсные сигналы типа меандр с частотой Р. . Уровень сигнала на выходе блока 44 пропорционален величине Т или Рщ, а на выходе блока 45 - величине Т 1 или PC.

Система АРУ работает по уровню калиброванного сигнала Т (поддерживае его постоянным).

о

Работа измерителя 10 основана на использовании метода двойного интег- рирования входных сигналов.. Входные сигналы и и имеют форму прямо- угольных импульсов типа меандр с периодом Т , сдвинутых один относительно другого по фазе на 180 и имеющих разные полярности. В течение первого

такта

на вход интегратора 46 через синхронный коммутатор 9 поступает измеряемый сигнал U .j отрицательной полярности. В результате этой операции на интегрирующем конденсаторе накапливается заряд

ч,и™ф)(|с)

где RC - постоянная времени интегратора 46.

В течение второго такта на вход ин- тегратора 46 через коммутатор 9 поступает калиброванный сигнал U., полярность которого противоположна U, в результате чего происходит.разряд конденсатора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока заряд конденсатора не станет равным противоположному, что фиксируется компаратором 48. .При этом снятый с конденсатора заряд 1

равен

где с - время разряда конденсатора. Поскольку Ч 4.

откуда D

UTUI T

2RC

Цтш T 2

и

Tt(

Цикл работы измерителя 10 и установки- его в исходное состояние определяется строб-импульсом длительностью 0,5 мс с периодом Т. С выхода измерителя 10 строб-импульс длительностью f поступает на вход сумматора П .

Сумматор 11 формирует результаты измерения шумовой температуры (Тр„

1н

Т.

Т. ) путем внесения в измеренное

отношение (-sr) значения нормированной

Блок 6 вьщеления смеси сигнала с

калиброванной шумовой температуры ,

приведенной к входу малошумящего уси- 20 шумом принимает смесь сигнала с шу

лителя .3.

Для цифрового отсчета измеряемой величины- длительность Г с помощью логического блока 49 преобразуется в

эквивалент

и

тш

и

путем затк

полнения ее длительности счетными импульсами.

С целью повышения точности измерения в сумматоре 1I предусмотрена ин- теграция измеряемой информации в течение определенного времени, заваемо- го длительностью импульсов накопления Тц. Так, если на вход блока (элемент И) 49 поступают сигналы , счетные импульсы F сч и импульс накопления Т.., то на ее выходе выделяются

И

Эти

пачки импульсов с частотой F.. импульсы суммируются в масштабном счетчике 50 в течение длительности данного цикла измерения и далее их сумма делится на число, равное числу пачек цикла. Таким образом, на вход блока 12 всегда поступает усредненное число импульсов, определяемое длительностью 1 F 1.

Блок 12 индикации обеспечивает индикацию измеряемого параметра Т PC

рпк

lOlg

в цифровой форме. Дискрет

ность индикации измеряемой шумовой температуры один градус Кельвина, а отношения с/ш - 0,1 дБ.

В течение рабочего цикла информация через коммутатор 51 поступает на

.вход информационного счетчика 52 и заполняет его.. По окончании цикла ин-

.формация из счетчика 52 с помощью строб-импульса Запись переводится

65368

в регистр 53, а счетчик 52 строб-им .пульса Сброс устанавливается в исходное - нулевое состояние, т.е. подготавливается к следующему циклу измерения. Информация., переведенная в регистр 53 через дешифратор- 54, подается на семисегментные индикаторы 55 для отсчета.

10 Блок 13 ввода калибровочных чисел формирует сигнал, эквивалентный нормированному уровню калиброванной шумовой температуры Т.., приведенной

кн

к входу малошумящего усилителя 3. Ге- 15 нератор 56 формирует сигнал с частотой F, который далее делится по частоте на десять с помощью счетчика 57 и поступает на выход блока 13,

Блок 6 вьщеления смеси сигнала с

25

ЗО-

35

е 40

MOM (Pj.+Pj), поступающую на его вход с контролируемого радиоприемного бло- ка 4, в полосе пропускания фильтра. Полоса полосового фильтра 59 выбира- ется в зависимости от вида сигнала. Так, например, для сигналов с амплитудой и частотой модуляцией она равна

Sfnp 2F6 24f«f, 1- ,

о где TQ - период центральной частоты

(fp) полосы пропускания фильтра;

верхняя модулирующая частота при амплитудной модуляции; девиация частоты при частотной модуляции.

Блок 5 выделения шума принимает только мощности шума (Рщ) радиоприемного комплекса и отстроен с помощью блока 59 за полосу прозрачности полосового фильтра блока 6 ((), которая определяется условием

Т

о

7„ af 45

-

50

55

/

где время корреляции случайного процесса, за которым корреляция практически отсутствует.

Формула изобретения

Устройство для измерения шумовой температуры радиоприемного комплекса, содержащее клеммы для подключения ие- пытуемого объекта, последовательно соединенные измеритель малой мощности, коммутатор, измеритель отношения напряжений, сумматор и блок индикации, а также блок ввода калибровочных чисел, логарифматор, генератор

9

шума и блок управления, причем блок ввода калибровочных чисел подключен к второму входу сумматора, о т л и - чающе еся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены аттенюатор, блок выделения шума, блок выделения смеси сигнала с шумом и второй коммутатор, при этом выход аттенюатора подключен к первой клемме для подключения испытуемого объекта, а вход - к выходу генератора шума, входы блока выделения шума и блока выделения смеси сигнала с шумом соединены другой клеммой для подключения испытуемого объекта, выход блока вьщеления шума подключен к первому входу второго коммутатора, а выход блока вьщеления .смеси сигнала с шумом подкл очен к второму в.ходу второго коммутатора, выход которого соединен с входом из

.L

фиг. 2

0

мерителя малой мощности, вход лога- рифматора соединен с выходом сумматора,, а его выход - с вторым сигнальным входом блока индикации, при этом первый и второй выходы блока управления подключены к соответствующим управляющим входам измерителя малой мощности, второй выход подключен к управляющему входу первого коммутатора, третий - к управляющему входу измерителя отношения напряжений, четвертый - к первому управляющему входу блока индикации, пятый --к второму управляющему входу блока индикации и к первому управляющему входу сумматора, шестой - к второму управляющему входу сумматора, седьмой - к управляющему входу генератора, восьмой - к управляющему входу второго коммутатора и девятый - к третьему yпpaвJ;чющeмy входу блока индикации.

С JTff .

д flF2

25

5ЛЛУ/7Д/1/(У7

Ж

питание

3 У пр. коим .7

и Упр.5лмнд.12

d

Fc4 TVc/v

и-Гг.

чв

ЛП- сброс

Pua. 3

Фи.

50

Фиг. 5