Измеритель малых уровней сверхвысокочастотных сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01R29/26 

СП

о

СО 4

СО 4

Изобретение может быть использовано для измерения малых уровней шумовых сигналов на фоне случайных импульсных помех. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем устранения влияния мощных хаотических импульсных помех на измерение СВЧ-сигналов малых уровней и адаптивного изменения длительностей интервалов измерения полезного, а также эталонного сигналов в соответствии с моментами появления импульсных помех и адаптивной коммутации фазы измерения эталонного и полезного сигналов в соответствии с длительностью импульсной помехи, что исключает совпадение интервалов измерения полезного сигнала с интервалами действия импульсной помехи. Для этого в устройство введены первый 10 и второй 15 элементы И-НЕ, генератор 14 счетных импульсов, N-разрядный реверсивный счетчик 11, N-входовой элемент ИЛИ-НЕ 12, элементы И 16, 19, 22, элементы ИЛИ 17 и 20, D-триггер 18, счетный триггер 23, формирователь 21 импульсов, блок 8 начальной установки. При этом прямой выход D-триггера 18 через буферный блок 9 подключен к управляющим входам импульсного генератора 7 шума и СВЧ-ключа 2, вход которого через элемент 1 задержки подключен к входу устройства. При проведении измерений в первом такте измеряемый сигнал с выхода СВЧ-ключа 2 через последовательно соединенные направленный ответвитель 3, СВЧ-приемник 4, когерентный детектор 5 поступает на индикатор 6. Во втором такте на вход СВЧ-приемника 4 через направленный ответвитель 3 поступает эталонный шум от генератора 7 шума. Для выделения помехи служит блок 13, сигнал с выхода которого используется для адаптации устройства к работе в условиях импульсных помех. 2 ил.

Фиг.1

ней и адаптивного изменения длительностей интервалов измерения полезного., а также эталонного сигналов в соответствии с моментами появления импульсных помех и адаптивной коммутации фазы измерения эталонного и полезного сигналов в соответствии с длительностью импульсной помехи, что исключает совпадение интервалов из- мерения полезного сигнала с интервалами действия импульсной помехи, Для этого в устройство введены первый 10 и второй 15 элемента , генератор 14 счетных импульсов, N-разрядный оевеосивный счетчик 11, N-входовый элемент ИЛИ-НЕ 12, элементы-И 16, 19, 22, элементы ИЛИ 17 и 20, D-триггер 18, счетный триггер 23, формирователь 21 импульсов, блок 8 начальной уста-

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано для измерения малых уровней сигналов, например шумовых, на фоне случайных импульсных помех.

Целью изобретения является повышение точности измерений при наличии хаотических импульсных помех за счет устранения влияния мощных хаотических импульсных помех на измерение сверх- I высокочастотных сигналов малых уров- 1 ней путем адаптивного изменения длительностей интервалов измерения полезного и эталонного сигналов в со- ответствии с моментами появления импульсных помех, а также адаптивной коммутации фйзы измерения эталонного сигнала и фазы измерения полезного сигнала в соответствии с длительное- тью импульсов помехи, в результате чего исключается совпадение интервалов измерения полезного сигнала с интервалами действия импульсов помехи.

На фиг, 1 представлена блок-схема измерителя малых уровней сверхвысокочастотных сигналов; на фиг. 2 - эпюры напряжения в характерных точках измерителя.

Измеритель содержит элемент 1 задержки, сверхвысокочастотный электронный ключ 2, направленный ответ-- витель 3, сверхвысокочастотный приемник 4, когерентный детектор 5, инди

новки. При этом прямой выход D-триг- гера 18 через буферный блок 9 подключен к управляющим входам импульсного генератора 7 шума и СВЧ-ключа 2, вход которого через элемент 1 задержки подключен к входу устройства. При проведении измерений в первом такте измеряемый сигнал с выхода СВЧ-ключа 2 через последовательно соединенные направленный ответвитель 3, СВЧ-приемник 4, когерентный детектор 5 поступает на индикатор 6. Во втором такте на вход СВЧ-приемника 4 через направленный ответвитель 3 поступает эталонный шум от генератора 7 шума. Для выделения помехи служит блок 13, сигнал с выхода которого используется для адаптации устройства к работе в условиях импульсных помех, 2 ил.

0

5 О 5

Q

5

катор 6 /импульсный генератор 7 шума, блок 8 начальной установки, буферный блок 9, первый элемент И-НЕ 10, N-разрядный реверсивный счетчик 11, N-входовый элемент ИЛИ-НЕ 12, блок 13 выделения помехи, генератор 14 счетных импульсов, второй элемент И-НЕ 15, первый элемент И 16, первый элемент ИЛИ 17, D-триггер 18, второй элемент И 19, второй элемент ИЛИ 20, формирователь 21 импульсов, третий элемент И 22, счетный триггер 23,

При этом входом устройства является вход элемента 1 задержки, к выходу которого подключены последовательно соединенные сверхвысокочастотный электронный ключ 2, направленный ответвитель 3, сверхвысокочастотный приемник 4, когерентный детектор 5 и индикатор 6. Импульсный генератор 7 шума подключен к второму входному плечу направленного ответ- вителя 3. Первый 10 и второй 15 элементы И-НЕ включены между выходом генератора 14 счетных импульсов и суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 11 соответственно.

Первые входы первого I6 и второго 19 элементов И объединены с вторым входом первого элемента И-НЕ 10 и подключены к инверсному выходу D- триггера 18. Первый элемент ИЛИ 17 включен между выходом первого элемента И 16 и информационным входом D-триггера 18. Второй элемент ИЛИ 20 включен между выходом второго элемента И 19 и тактовым входом D-триггера 18. Последовательно соединенные блок 13 выделения помехи и формирователь 21 импульсов включены между входом устройства и первым входом третьего элемента И 22, третий вход которого объединен с вторым входом второго элемента И-НЕ I5 и подключен к прямому выходу D-триггера 18, Вторые входы первого элемента ИЛИ 17 и второго элемента И 19 подключены к выходу блока 13 выделения помехи. Вторые входы первого 16 и третьего 22 элементов И подключены к инверсному выходу счетного триггера 23, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ 20. Входы установки нуля триггеров 18 и 23 и счетчика 11 подключены к выходу схемы начальной установки. Управляющие входы электронного ключа 2, генератора 7 шума и когерентного детектора 5 через буферный блок 9 подключены к прямому выходу D-триггера 18. N выходов реверсивного счетчика 11 через элемент ИЛИ-НЕ 12 подключены к третьему входу второго элемента ИЛИ 20, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И 22.

Измеритель работает следующим образом.

После включения напряжения питания блок 8 начальной установки вырабатывает одиночный импульс, который устанавливает реверсивный счетчик 11, D-триггер 18 и счетный триггер 23 в нулевое состояние. В дальнейшем блок 8 в работе измерителя не участвует. Блок 13 выделения помехи вырабатывает видеоимпульсы, равные по длительности импульсам помехи, действующим на входе измерителя (фиг.2а). Формирователь 21 импульсов по заднему фронту каждого такого видеоимпульса вырабатывает короткий положительный импульс (фиг.2б). Сверхвысокочастотный электронный ключ 2 открыт, а импульсный генератор шума выключен при нулевом уровне на прямом выходе D-триггера 18. При единичном уровне на прямом выходе D-триггера 18 сверхвысокочастотный ключ 2 закрыт, а импульсный генератор шума включен.

В отсутствии импульсных помех после прохождения установочного импульса

5697346

от блока 8 начальной установки, измеряемый полезный сигнал через элемент 1 задержки, открытый сверхвысокочастотный электронный ключ 2 и направленный ответвитель 3 поступает на вход сверхвысокочастотного приемника 4, Одновременно счетные импульсы с генератора 14 через первый элемент И-НЕ 10 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 11. В отсутствии импульсных помех ключ 2 остается открытым до следующего после заполнения всех разрядов обнуления реверсивного счетчика 11. Время заполнения счетчика определяет длительность интервала измерения полезного сигнала в отсутствии импульсных помех (фиг.2г, интервал ) Ј 2 /f„, где 20 N-разрядность счетчика 1 1

10

15

Lo f. час -о .тота следования счетных импульсов

генератора 14,

В момент обнуления всех разрядов счетчика 11 на выходе элемента ИЛИ-НЕ

25 формируется положительный перепад (фиг,2в), который через второй элемент ИЛИ 20 поступает на счетный вход триггера 23 и тактовый вход D-триггера 18, На интервале Ј на информа30 ционном входе D-триггера 18 сохраняется единичный уровень, так как на оба входа первого элемента И 16 поступают единичные уровни с инверсных выходов триггеров 18 (фиг.2д) и 23 (фиг.2г), поэтому после обнуления счетчика 11 триггеры 18 и 23 переходят в единичное состояние, электронный ключ 2 закрывается., включается генератор 7 шума и начинается интервал измерения эталонного сигнала (фиг.2д, интервал С1,). Одновременно счетные импульсы с генератора I4 через второй элемент И-НЕ 15 начинают поступать на вычитающий вход счет45 чика 11,

Действие импульсных помех на интервале измерения эталонного сигнала не оказывает влияние на его длительность, так как нулевые уровни на пер50 вом входе второго элемента И 19 и втором входе третьего элемента И 22 препятствуют прохождению импульсов на тактовый вход D-триггера 18. Поэтому интервал измерения эталонного сигна55 ла продолжается до очередного обнуления счетчика 11, а его длительность указывается равной длительности предшествующего интервала измерения полезного сигнала (фиг.2г, 1 С)., Та35

40

ким образом, в отсутствии импульсных помех каждый цикл измерения (фиг.2г, Тц,) начинается с измерения полезного сигнала и заканчивается измерением эталонного сигнала, а длительность цикла Т6 определяется только разрядностью счетчика 11 и частотой следования счетных импульсов.

ту прихода тактового импульса с вы да элемента ИЛИ-НЕ 12 на информаци ном входе D-триггера 18 сохраняет единичный уровень, поступающий с да блока 13 через первый элемент ИЛИ 17. Поэтому после обнуления сч чика 11 изменяется только состоян триггера 23 (фиг„2е) и не происхо

При действии импульсных помех дли- 10 изменение состояние D-триггера 18

(фиг„2д). При этом ключ 2 не вклю ется, т„е. следующий цикл начинае с измерения эталонного сигнала, к рое продолжается до окончания имп са помехи (фиг.2г, интервал ц).

тельность интервала измерения полезного сигнала определяется временем, прошедшим с начала такта измерения полезного сигнала до момента появления импульса помехи (фиг„2г, интер- вал Oj). Происходит это следующим образом. Во время измерения полезного сигнала триггеры 18 и 23 находятся в нулевом состоянии, а напряжение на информационном входе D-триггера 18 и первом входе второго элемента И 19 соответствует единичному уровню. Поэтому положительный нормированный импульс помехи с блока 13 проходит через вторые элементы И 19 и ИЛИ 20 на тактовый вход триггера 18 и передним фронтом переводит триггеры 18 и 23 в единичное состояние В результате ключ 2 закрывается, включается генератор 7 шума, счетчик 11 перехо- дат в режим вычитания и начинается интервал измерения полезного эталонного сигнала (фиг.2г, интервал С ) , который продолжается до момента обнуления счетчика, чем достигается равенство интервалов измерения полезного и эталонного сигналов (фиг.2г,

о -р ч

Ll li

Таким образом, при действии импульсной помехи цикл измерения начи- нается с измерения полезного сигнала и заканчивается измерением эталонного сигнала, причем интервалы этих измерений остаются разными, а их длительность и длительность цикла изме- рения (фиг.2г, ТЦ1) зависят от момента появления помехи.

Устранение влияния импульсных помех большой длительности, действие которых не заканчивается к моменту окончания цикла измерения (фиг.2г, ТЦЗ) достигается путем коммутации фазы измерения полезного сигнала и фазы измерения эталонного сигнала а следующем за ним цикле измерения (фиг„2г, ТЦ4), Происходит это следующим образомо Если к моменту окончания цикла измерения импульсная помеха продолжает действовать, то к моме97348

ту прихода тактового импульса с выхода элемента ИЛИ-НЕ 12 на информационном входе D-триггера 18 сохраняется единичный уровень, поступающий с выхода блока 13 через первый элемент ИЛИ 17. Поэтому после обнуления счетчика 11 изменяется только состояние триггера 23 (фиг„2е) и не происходит

изменение состояние D-триггера 18

(фиг„2д). При этом ключ 2 не включается, т„е. следующий цикл начинается с измерения эталонного сигнала, которое продолжается до окончания импульса помехи (фиг.2г, интервал ц).

В момент окончания импульса помехи формирователь 21 вырабатывает импульс положительной полярности (фиг.26), который через третий элемент И 22 и второй элемент ИЛИ 20 поступает на тактовый вход D-триггера 18 и переводит его в нулевое состояние, так как к моменту действия этого импульса (после окончания помехи) на информационном входе D-трш- гера 18 нулевой уровень. Одновременно опрокидывается триггер 23, включается ключ 2, выключается генератор 7 шума и начинается такт измерения полезного сигнала. К этому моменту в счетчике 11 оказывается записанным некоторое отрицательное число (так как счетчик продолжает работать в режиме вычитания ), пропорциональное длительности измерения эталонного сигнала на новом цикле измерения (фиг.2, Јц). Поэтому интервал измерения полезного сигнала счетчик 1I при этом работает в режиме суммирования продолжается до зануления счетчика 11 и равен по длительности предшествовавшему интервалу измерения эталонного сигнала (фиг,2, ). В момент обнуления счетчика 11 положительный перепад напряжения переводит триггер 23 в нулевое состояние. Состояние D-триггера 18 при этом не изменяется, остается нулевым, поэтому следующий цикл измерения начинается при исходном нулевом состоянии триггеров 18 и 23 и счетчика 11, т„е. восстанавливается прежняя фаза измерения полезного и эталонного сигналов, когда цикл начинается с измерения полезного сигнала.

Таким образом, в предлагаемом измерителе длительность интервала измерения полезного сигнала автоматически меняется и определяется моментами

появления импульсов помехи. В момент появления импульса помехи осуществляется переключение на измерение эталонного сигнала, чем исключаются прохождение мощных импульсов помехи на вход сверхвысокочастотного приемника и их влияние на результат измерения полезного сигнала. Смещение оценки уровня полезного сигнала, связанное с адаптивным изменением интервала измерения полезного сигнала, устраняется путем автоматического сохранения равенства интервалов измерения полезного и эталонного сигналов на каждом цикле измерения. Возможное проникновение в приемный такт при действии помех большой длительности устраняется адаптивной коммутацией фазы циклов измерений.

Формула изобретения

Измеритель малых уровней сверхвысокочастотных сигналов, содержащий последовательно соединенные сверхвысокочастотный электронный ключ, направленный ответвитель, сверхвысокочастотный приемник, когерентный детектор и индикатор, а также импульсный генератор шума, подключенный к второму входному плечу направленного ответвителя, блок выделения помехи, включенный на входе устройства, и элемент задержки, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений при наличии хаотических импульсных помех, в него введены два элемента И-НЕ, генератор счетных импульсов, D-триггер, три элемента И, два элемента ИЛИ, счетный триггер, формирователь импульсов, буферный блок, последовательно соединенные

0

5

0

5

0

5

0

N-разрядный реверсивный счетчик и N-входовый элемент ИЛИ-НЕ, а также блок начальной установки, выход которого подключен к входам установки нуля N-разрядного реверсивного .счетчика, D-триггера и счетного триггера, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ и счетному входу D-триггера, D-вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый .вход которого подключен к выходу блока выделения помехи и входам формирователя- импульсов и второго элемента И, выход которого подключен к одному из входов второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу N-входового элемента ИЛИ-НЕ, а третий - к выходу третьего элемента п,первый вход которого подключен к прямому выходу D-триггера, второй - к выходу формирователя импульсов, а третий - к инверсному выходу счетного триггера и первому входу первого элемента И, при этом выход генератора счетных импульсов подключен к первым входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам N-разрядного реверсивного счетчика, второй вход первого элемента И-НЕ подключен к вторым входам первого и второго элементов И, инверсному выходу D-триггера, прямой выход которого подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, а через буферный блок к управляющим входам импульсного генератора шума, когерентного детектора и сверхвысокочастотного электронного ключа, вход которого через элемент задержки подключен к входу устройСТВЗз

Фиг. 2