Измеритель коэффициента нелинейных искажений Советский патент 1991 года по МПК G01R23/20 

1 (61) 759974

(21)4634263/21

(22)09.01.89

(46) 07.01.91. Кюл. N 1

(72) Л.В.Мовчан, Т.И.Филимонова,

Ю.Н.Смирнов и В.М.Михайлов

(53)621.317.33 (.088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 759974, кл. G 01 К 23/20, 1980.

(54)ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА НКЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИИ

(57)Изобретение относится к оолтс- ти радиотехнических измерений, а именно к устроиствам для измерений коэффициента нелинейных- искажении радиосигналов. Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента нелинейных искажений сигналов с малым отношением сигнал/шум - достигается введением линий 20 задержки, инвертора 21, сумматора 22, блоков 24 - 26 вычитания, изгн ритель 27 отношения, порогового блока 28, ам- f плитудного детектора 23. Измеритель ч также содержит аттенюатор 1, смеситель 2, усилитель 3 промежуточной частоты, сумматор 4, амплитудный детектор 5, гетеродин Ь, частотный детектор 7, линию 8 задержки, инвертор 9, коммутатор 10, измеритель 11 отношения, блок 12 индикации, амплитудный детектор 13, полосовой фильтр 14, сумматор 1Ь, управитель 16, блок 1 управления, режекторный фильтр 18, амплитудный детектор 19. 1 ил

(Я

14)

Изобретение относится к радиотехническим измерениям, а именно к устройствам для измерений коэффициента нелинейных искажений (КНИ) радиосиг- нал ов, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 759974

Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента нелинейных искажений сигналов с малым отно- шением сигнал/шум.

Пусть на вход измерителя поступает гармонический сигнал в смеси в аддитивным шумом. оо U6X Aosin(Q0t ) +2 2nsin (2nW«x х

х t +(рщ) + , sin(2n - 1)C00t +

+ 4W,14(t) (1)

-Т1

Задержка этого сигнала на t, --

tf 2

-vr- и суммирование прямого и задержанного сигналов позволяют выделить сумму составляющих четных гар- .1МОНИК в смеси с суммой аддитивных шумов.

оо

U2n sin( ) + in им L

JT(t) + - tj).(2)

Нечетные гармоники в аддитивной смеси выделяются при вычитании с шумом задержанного сигнала из прямого

UtnH (2n-1)C00t + МЧ- + -Ј(t - t3), (3)

ЕСЛИ t,«fcf 2irn;

время корреляции шумов на выходе фильтра У11Ч с полосой пропускания & f nn. Составляющие шумов в выражениях (2) и (3) коррелированы между собой, причем о 1, Rgn-l « -1 .

Следовательно, дисперсия аддитивных шумов в сумме четных (2) гармоник, равна

Si-(t)-2K4nGlWt)G|flt.t,) +

+C4ii-t,i jf(t)

а в сумме нечетных гармоник (3)

-1 О,

где Свд - дисперсия процесса (t В случае, когда fc , имеем

6jn 24(11 Ч„., . (

Q

5

0

5

0

Таким образом, наличие аддитивных шумов резко снижает точность оценки коэффициента нелинейных искажений.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит аттенюатор 1, смеситель 2, усилитель 3 промежуточной частоты (У11Ч), первый сумматор

4,первый амплитупныи петектор (АД)

5,гетеродин 6, частотный детектор 7, первую линию 8 задержки, первый ин вертор 9, коммутатор 10, первый измеритель 11 отношения, блок 12 инди- кации, второй АД 13, полосовой i фильтр 14, второй сумматор 15, управитель 16, блок 17 управления, режек- торный фильтр 18, третий АД 19, вторую линию 20 задержки, второй инвертор 21, третий сумматор 22, четвертый амплитудный детектор 23, блоки 24 - 26 вычитания, второй измеритель 27 отношения и пороговый блок 28.

Измеритель работает следующим образом.

Исследуемый сигнал (1) ослабляется аттенюатором 1 до пеобходимого уровня и с помощью смесителя 2 и гетеродина 6 с управителем 16 преобразуется в область более низких частот. Точная настройка промежуточной частоты на номинальное значение осуществляется цепью частотной автоподстройки: частотным детектором 7 и управителем 16.

Для выделения гармонических составляющих сигнал с выхода УПЧ 3 подается па сумматоры 4 и 15 и первую линию 8 задержки. Время задержки

«

выбирается из условия t,, (2К - 1)

(5)

где К 1,2,3... натуральный ряд чисел.

При такой задержке четные гармоники сигнала (1) получают фазовый набег 2«п радиан, а нечетные - (2п - - 1) радиан. В результате этого нечетные гармоники на выходе линии 8 задержки противофазны нечетным гармоникам сигнала (1). Четные гармоники (2) в смеси с аддитивным шумом выделяются на выходе сумматора 4, а нечетные (3) - на выходе сумматора 15, для чего задержанный сигнал предварительно инвертируется инвертором 9. Первая гармоника из суммы

(3) нечетных гармоник выделяется полосовым фильтром 14 и имеет вид

U, 2A0sin(U0t +(у + Ј(t) -f t - t91).(6)

Режекторныи фильтр IB вырезает из суммы нечетных гармонических состаляющих первую гармонику, пропуская остальные на детектор 19

U2n, 2gA2n.,sin(2n - 1)

tfot +4eiM U -(t - t,).

АД 5, 13 и 19 производят двух- полупериодное выпрямление и усреднение соответственно сигналов (2), (6) и (7), поэтому на выходах АД имеем „ Ґ .

2п

л 2А0

Г

оо

2

+ К,

+ Е,

V

+ Е,

(8)

(9)

(10)

где Е Er,t) : LЈ(t U) - средне- выпрямленное значение напряжения шумов Ј(t) ± f(t - tii)i

W ,., 2ftGwt) средневынрямлен- l ное значение напряжения реализации f(t);

ft - коэффициент, зависящий от закона распределения случайной величины

E(t-t51) - rct-t - средневыпрямленное значение напряжения реализации Ј(t - - t,f).

Поскольку t, выбрано из условия (9) обеспечения некоррелированности шумов (t) , if(t - ), то учитывая (4), имеем

E(t) 4

Компенсация Е осуществляется при омощи блоков 20 - 22 путем выделеия суммы некоррелированных реализаий шумов Ј(t) и (t - t-за). Вто-

рой пинией 20 задержки сигнал (1) задерживается на время

t,z 2КТ0 frw, (12) поэтому

. (13)

t ъг C3i

гг - f(t) - f(t - ). (14) .

Такая задержка приводит к получению четными и нечетными гармониками фазового набега, кратного 2ип, поэтому гармоники задержанного сигнала остаются синфазными с гармониками входного напряжения {1). Суммирование проичвертированного вторым инвертором 21 и задержанного входного

5 сигнала (1) позволяет выделить некоррелированную разность аддитивной шумовой составляющей на выходе третьего -умматора 22 U

0 Четвертый амплитудный детектор 23 формирует оценку интенсивности этой ртности

Чз Ent; + Е ) 15

В выражении (J5) поставлен знак 5 плюс, так как дисперсия разности некоррелированных шумовых реализации равна сумме дисперсий вычитаемых процессов.

Если выполняется условие (13), 0 то выражения (15) и (11) можно считать равными между собой.

В блоках 24 - 26 вычитания формируются разности

что позволяет компенсировать погрешность измерения уровня гармонических составляющих, вызванную наличием аддитивных шумов во входном сигнале.

Оценки суммы амплитуд четных (8), нечетных (10) и первой (9) гармоник, искаженные шумовой компонентой при слабых выходных сигналах, подаются на третий, второй и первый входы коммутатора ТО соответственно.

Оценки составляющих гармонического сигнала (16) - (18) подаются на седьмой, шестой и пятый входы коммутатора ТО соответственно. Оценка отношения сигнал/шум входного сигнала производится вторым измерителем 27 отношения. Для этого на его зхо10

ды поступают оценка СКО шумов (15) с выхода амплитудного детектора 23 и оценка (17) амплитуды первой гармоники с выхода элемента 25 вычитания. Второй измеритель 27 отношения производит операции деления первого на второе. Измеренное отношение сигнал/шум в виде напряжения поступает на пороговый блок 28. При сильном сигнале (отношение сигнал/шум вели-, ко) на выходе порогового блока 28 .присутствует потенциал логического нуля, т.е. на выходе коммутатора 10 имеем оценки амплитуд гармоник (8) - (10). При слабом сигнале на выходе порогового блока 28- присутствует потенциал логической единицы, что обеспечивает выбор из совокупности вход- ных напряжений коммутатора 10 только п напряжений с выходов блоков 24 - 26 вычитания.

Для измерения абсолютных значений оценок амплитуд четных, нечетных и первой гармоник на вход коммутатора 10 поступают соответствую- щие напряжения с выхода блока 17 управления .- При этом, на вход: блока 12 индикации поступает напряжение одной из оценок (8) - (10) или (16) -(18). При измерении КНИ напряжение с выходов АД 5 и 19 или с выходов блоков 24 и 26 вычитания суммируется в коммутаторе 10 совместно с оценкой амплитуды первой гармоники с выхода АД 13.или блока 25 вычитания, подается на первый измеритель 11 отношения, производящий операцию деления первого на второе. Режим измерения КНИ включается путем подачи с блока 1.7 управления соответствующих напряжений на четвертый вход коммутатора

на вход первого измерителя 11 отноше - ния оценки амплитуд гармоник- с выхо15

25

30

35

40

10

п

191948

дов АД 5 или 13 при сильных сигналах или блоков 24 или 26 вычитания при слабых сигналах и оценке амплитуды первой гармоники соответственно с выхода АД 13 или блока 25 вычитания. Необходимые коммутирующие напряжения формируются блоком 17 управления.

Таким образом, предлагаемый измеритель коэффициента нелинейных искажений обеспечивает высокую точность оценки КНИ в широком диапазоне изменений входного отношения сигнал/шум за счет компенсации аддитивной составляющей шумов исследуемого сигнала.

15

Формула изобретения

Измеритель коэффициента нелинейных искажений по авт.св. № 759974, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены в.торая линия задержки, инвертор, третий сумматор,. пер- 25 вый, второй я третий.блоки вычитания, измеритель отношения, пороговый

0

5

0

блок и четвертый амплитудный детекС

тор, причем входы инвертора и второй линии задержки соединены с- выходом усилителя промежуточной частоты, а их выходы соединены с первым и вторым соответственно входами третьего сумматора, выход которого через четвертый амплитудный детектор соединен с первыми входами измерителя отношения и блоко-в вычитания, вторые входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего амплитудных детекторов соответственно, а выходы блоков вычитания соединены соответственно с седьмым, шестым и пятым входами коммутатора, восьмой вход которого соединен с выходом порогового блока, вход которого соединен с выходом второго измерителя отношения, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания и шестым входом .коммутатора