Измеритель шумов Советский патент 1992 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для статистических исследований закономерностей случайных радиопомех КВ-диапазо- на.

Известно устройство измерения уровня радиопомех, содержащее последовательно соединенные первый ключ, интегратор, первый и второй пороговые блоки (ПБ), блок сравнения, блок запуска счетчика, первый счетчик, причем выход последнего соединен с входами сумматора и цифроаналого- вого преобразователя (ЦАП), выходом соединенного с вторым входом блока сравнения, к второму входу первого ПБ последовательно подсоединены первый усилитель, компаратор, первый триггер, инвертор, схема И, второй счетчик, выход которого соединен с входом управляемого аттенюатора (УА) и вторым входом сумматора, кроме того, выход схемы И подключен к входу блока запуска интегратора, выходами подключенного к входу интегратора и через реле времени - к управляющему входу первого ключа, к второму выходу второго ПБ параллельно подсоединены две цепи элементов: первая - второй усилитель, компаратор, второй триггер, второй ключ, первая линия задержки (ЛЗ), третий ключ, блок сравнения, вторая - четвертый ключ, вторая ЛЗ, вычитающий блок (ВБ), компаратор, вентиль, вход РПУ, управляющий его перестройкой, причем выход второго триггера соединен с входом четвертого ключа, выход которого подключен к входу первого усилителя, блок запуска счетчика имеет выход на установочный вход счетчика и через вентиль - на управляющий вход РПУ.

Недостатком устройства является сравнительно низкое быстродействие в режиме измерения уровня помехи с внесением ослабления на входе РПУ с целью удержания ее уровня на линейном участке амплитудной характеристики РПУ (при уровнях более 60 дБ/мкВ), поскольку удержание достигается за счет многократного внесения ослабления с помощью УА на входе РПУ с шагом 3 дБ и количество циклов ослабления может достигать от 2 при уровнях 63-65 дБ/мкВ до 14 при уровнях 99-101 дБ/мкВ и т.д.

Наиболее близким по технической,сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения уровня радиопомех, содержащее интегратор, ключ, блок запуска интегратора, реле времени, блок сравнения, блок запуска счетчика, два счетчика, сумматор, УА, два ПБ, два усилителя, три компаратора, два триггера, |щ рюча, две ЛЗ, ВБ, два вентиля. Введен$| лемента ИЛИ и четвертого триггера, образование новых функциональных связей и изменение коммутации выходов счетчика и входов УА в виде смещения адресов на два разряда позволяет повысить быстродействие при измерении уровня мощйй (более 60 дБ/мкВ) помех от 2 до 4 раз в зависимости от уровня помехи за Счет увеличения шага аттенюации от 3 до 12дБ.

0 Недостатком известного устройства является сравнительно низкое быстродействие в режиме измерения уровня мощных (более 60 дБ/мкВ) радиопомех, поскольку при этом с целью удержания уровня помехи

5 на линейном участке амплитудной характеристики РПУ на его входе через УА вносится ослабление фиксированной величины (12 дБ) и количество циклов ослабления может достигать от 2 (при уровнях 72-83 дБ/мкВ)

0 до 6 (120-131 дБ/мкВ) и т.д., что требует дополнительных временных затрат и затрудняет измерение интенсивности кратковременных мощных радиопомех.

Целью изобретения является повыше5 ние быстродействия измерения уровня мощный внешних радиопомех.

Цель достигается тем, что устройство для измерения уровня радиопомех снабжено тремя компараторами с порогами 65

0 дБ/мкВ,77дЬ/мкВ,101дБ/мкВ,входыкоторыхпод- ключены к второму выходу первого ПБ, а выходы соответственно к информационным входам второго счетчика с весами 2, 4, ЛЗ, входом соединенного с выходом

5 элемента ИЛИ, а выходом - с входом блока запуска интегратора; элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входом подключенного к выходам с весами 4 и 8, а выходом - к входу УА с весом 8. Изменен порядок ком0 мутации выходов второго счетчика и входов УА и сумматора, а именно:.выход счетчика с весом 1 соединен с входами УА и сумматора с весом 2, выход счетчика с весом 2 соединен с входами счетчика и сумматора с

5 весом 4, входа УА и сумматора с весом 16 соединен выходом счетчика с весом введена дополнительная связь между выходом компаратора с порогом 60 дБ/мкВ первого ПБ и входом второго счетчика с

0 весом 1 и входом разрешения записи этого же счетчика; ликвидирована цепочка последовательно соединенных усилителя, компаратора, триггера, инвертора, элемента И, вход которой подключен к второму

5 входу первого ПБ, а выход- к входу второго счетчика с весом 1.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: трех компараторов, ЛЗ, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; наличием новой функциональной связи между выходом компаратора первого ПБ и входами второго счетчика; измененным порядком коммутации выходов второго счетчика с входами УА и сумматора; отсутствием цепи усилитель-компаратор-триггер-инвертор-элемент И. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения новизна.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что использование входной радиопомехи для формирования цифрового сигнала, управляющего процессом внесения ослабления на входе РПУ с помощью УА, известно. Однако в заявляемом устройстве такое преобразование проявляет новое свойство, а именно: с помощью четырех компараторов с различными порогами формируется пятиразрядный цифровой управляющий сигнал (а не сигнал логической 1 как в прототипе), величина которого пропорциональна уровню входной радиопомехи (а не фиксированной величины как в прототипе),: что позволяет с помощью аттенюатора внести ослабление по уровню сигнала такой величины, чтобы попасть на линейный участок амплитудной характеристики РПУ за один цикл интегрирования, вместо нескольких (от двух при уровнях 72-83 дБ/мкВ и более) как в прототипе. Это обеспечивает соответствие известного признака, проявляемого в заявляемом решении, критерию существенные отличия.

На фиг.1 представлена блок-схема измерителя шумов; на фиг.2 изображены временные диаграммы, характеризующие работу устройства; фиг.З, 4 иллюстрирует технико-экономические преимущества заявляемого изобретения.

Измеритель шумов (фиг.1) содержит интегратор 1, к входу которого подключен ключ 2, а к управляющему входу - блок 3 запуска интегратора, второй выход которого через реле 4 времени подключен к управляющему входу ключа 2.-Выход интегратора 1 через последовательно соединенные ключ 5, ПБ 6, блок 7 сравнения, блок 8 запуска счетчика, счетчик 9 подключен к первой группе входов сумматора 10, а через ЦАП 11 (аттенюатор сопротивлений) - к второму входу блока 7 сравнения. Второй выход блока 8 запуска счетчика подключен к входам установки нуля счетчиков 9,12, а через вентиль 13:-;К,;второму входу триггера 14 и к входу РПУ, управляющего его перестройкой на другую частоту. При эгом выходы счетчика 12 подключены к второй группе входов сумматора 10 и входам УА 15 следующим

образом: выход счетчика 12 с весом 1 - к

.. входам УА 15 и сумматора 10 с весом 2,

выход счетчика 12с весом 2 - к входам с

весом 4. Выходы счетчика 12 с весами 4,

5 8 соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, выход которого подключен к входам УА 15 и сумматора 10с весом 8. Кроме того, выход счетчика 12 с весом 8 соединен с входами элементов 10, 15с

0 весом 16, Входы УА 15 и сумматора 10 с весом 1 подключены к выходу триггера 14, который соединен также с первым входом элемента ИЛИ 17, через ЛЗ 18 подключенного к управляющему входу блока 3 запуска

5 интегратора..

Интегратор 1 выходом подсоединен к сигнальному входу ключа 19, управляющий вход которого через инвертор 20 и компаратор 21 подсоединен к тому же выходу интег0 ратора 1. Компаратор 21, кроме того, выходом подключен к управляющему входу ключа 5. Упомянутые выше элементы 5,19,20,21 с описанными функциональными связями объединяются в первый ПБ, иден5 тичный по структуре ПБ 6, за исключением порога компаратора. К выходу ключа 19 параллельно подключены, компараторы 22-24, выходы которых соединены с информационными входами счетчика 12 с весами 2, 4,

0 8 соответственно, Входе весом 1, соединенный с входом разрешения записи счетчика 12 Сзап, подключен к выходу компаратора 21, соединенного также с вторым входом элемента ИЛИ 17.

5 К второму выходу ПБ 6 параллельно подключены две цепи элементов: первая - последовательно соединенные ключ 25, ЛЗ 26, блок 27 вычитания, компаратор 28, инвертор 29, вентиль 30, причем выход по0 следнего соединен с входом РПУ, управляющим его перестройкой; вторая - последовательно соединенные усилитель 31, компаратор 32, триггер 33, ключ 34, ЛЗ 35, ключ 36, Триггер 33 выходом также сое5 динен с управляющим входом ключа 25 и входом триггера: 14, а сигнальные входы ключей 25, 34 параллельно подсоединены к второму выходу ПБ 6. Кроме того, ключ 34 подключен к второму входу блока 27 вычй0 тания, а компаратор 28 - к управляющему входу ключа 36, выход которого соединен с входом блока 7 сравнения.

Входом устройства является сигнальный вход УА 15, а выходом - выход суммато55 ра 10.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии интегратор 1 разряжен, счетчики 9, 12 обнулены, аттенюатор 15 полностью открыт, на входе тригге- ра 14 - логический О, на выходе триггера

ч

33 - логическая 1, ключи 2, закрыты, ключи7 5,25,35 открыты. Блок 3 запуска интегратора (фиг.2ч) разряжает интегратор 1 (RC-Цепочку с усилителем) перед каждым циклом измерения и осуществляет запуск реле 4 времени (фиг.2ш). Последнее через ключ 2 подключает на время, равное времени интегрирования, интегратор 1 (фиг.2б) к выходу РПУ и замыкает на то же время ключ 2 (фиг.2а), обеспечивая поступление шумового сигнала через У А 15 на вход РПУ. Результат интегрирования, т.е. постоянное напряжение, пропорциональное усредненному значению логарифма входного напряжения, подается на компаратор 21 первого ПБ.

В зависимости от уровня входного сигнала можно выделить три режима работы заявляемого устройства:

1) режим измерения уровня помехи с внесением ослабления на входе РПУ с целью удержания ее уровня на линейном участке амплитудной характеристики РПУ (при уровнях более 60 дБ/мкВ); режим непосредственного измерения уровня помехи (в случае , если уровень в пределах от 30 до 60 дБ/мкВ); 3) режим измерения уровня слабой помехи с проведением анализа ее вида с целью выделения тех частот, на которых преобладает интермодуляционная составляющая, и отбраковки этих частот (при уровнях менее 30 дБ/мкВ).

Первый режим обусловлен тем, что уровень радиосигналов, в том числе и радиопомех, передаваемых трактом РПУ с допустимыми искажениями, ограничивается сверху нелинейностью его амплитудной характеристики. Отчетливо эти искажения начинают проявляться при интенсивностях радиопомех 60-70 дБ/мкВ и более. Поэтому в этом режиме с помощью УА 15 (фиг.2а) вносится ослабление по входу такой величины, чтобы уровень напряжения на входе интегратора 1 стал бы менее 60 дБ/мкВ.

При этом устройство работает следующим образом. Измеряемое напряжение с выхода интегратора 1 (фиг.26) подается на вход компаратора 21 первого ПБ. Если уровень радиопомехи превышает 60 дБ/мкВ (порог срабатывания компаратора 21), то последний срабатывает, сигнал логической 1 с его выхода (фиг.2д) запирает ключ 5, через инвертор 20 (фиг.2щ) отпирает ключ 19 (фиг.2В), запускает счетчик 12, подается на его же вход с весом 1 и измеряемое напряжение подается на входы компараторов 22-24, для которых установлены пороги срабатывания 65,77,101 дБ/мкВ соответственно.

Для пояснения работы измерителя в рассматриваемом режиме допустим, что интенсивность помехи на входе РПУ составляет 80 дБ/мкВ (случай, часто встречающийся на

практике). При выбранной величине интенсивности радиопомехи на входе компараторов 22,23 формируются сигналы логической 1, которые подаются на входы счетчика 12 с весами 2, 4 соответственно (фиг.2е, ж).

0 На выходе компаратора 24 - логический О (фиг.2з). Таким образом на выходе счетчика 12 (реализуемого на.микросхемах К 155ИЕ7) формируется кодовая комбинация 0111, которая после преобразования с использова5 нием элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и смещения разрядной сетки увеличивает показания сумматора 10 на 01110 и вносит эту же комбинацию на управляющие входы аттенюатора 15, что, в свою очередь, вызыва0 еть уменьшение коэффициента передачи (КП) УА 15 на 42 дБ (0001 на входе У А 15 изменяет его КП на 3 дБ).

Упомянутый выше сигнал логической 1 с выхода компаратора 21 через элемент

5 ИЛИ 17 (фиг.2и) и ЛЗ 18 (фиг.2к), обеспечивающую задержку на время г3ад.1, достаточное для срабатывания УА 15, подается на вход блока 3 запуска интегратора, последний обнуляет интегратор и запускает реле 4

0 времени (фиг.2ч,ш). Цикл повторяется.

Табл. 1 представляет собой таблицу истинности элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, реализуемого, например, на микросхеме К155ЛП5.

5 Табл. 2 иллюстрирует работу устройства при различных уровнях входной помехи. При уровнях радиопомех более 125 дБ/мкВ ослабление будет вноситься в два этапа, что иллюстрирует кривая 37 на фиг.З.

0 Однако такие помехи встречаются редко и поэтому нет необходимости усложнять устройство введением дополнительных компараторов параллельно элементом 21-24. Во втором режиме - режиме непосред5 ственного измерения уровня радиопомехи - заявляемое устройство работает следующим образом.

Блок 3 запуска интегратора разряжает интегратор 1 (фиг.2ч) и осуществляет запуск

0 реле 4 времени (фиг.2ш). Последнее на время, равное времени интегрирования, коммутирует ключ 2, обеспечивая поступление шумового сигнала в интегратор 1 (фиг.2б). Постоянное напряжение с выхода интегра5 тора поступает на первый ПБ, через ключ 5 (фиг.2г) на вход ПБ 6 (прог срабатывания 30 дБ/мкВ) и далее на вход блока 7 сравнения. Одновременно блок 8 запуска счетчика включает счетчик 9, который управляет работой ЦАП 11. С выхода последнего снимается ступенчатое напряжение, пропорциональное числу, зарегистрированному счетчиком 9. Выход ЦАП 11 подключен к второму входу блока 7 сравнения. Как только напряжение на обоих входах последнего сравня- ется, блок 7 через блок 8 запуска счетчика остановит счетчик 9. Таким образом, в счетчике 9 окажется записанным число, пропор- циональное напряжению на выходе интегратора 1. О дБ/мкВ в счетчике 9 запи- сывается 00000, 3 дБ/мкВ - 00001 и т.д.

Число, записанное в счетчике 9, подается на сумматор 10 и далее на регистрирующее устройство, после чего с выхода блока 8 запуска счетчика подаются обнуляющие импульсы на R-входы счетчиков 9,12 и через вентиль 13 - на вход РПУ, с которого осуществляется его перестройка на новую частоту.

При этом обнуление счетчика 12 полно- стью открывает У А 15, приводят его в исход- ное состояние, Кроме того, этот же обнуляющий импульс через триггер 14, элемент ИЛИ 17, ЛЗ 18 подается на вход блока 3. Цикл повторяется на другой частоты на- стройки РПУ.

В третьем режиме, когда уровень помех на входе РПУ мал (да30 дБ/мкВ), возникает необходимость селекции вида радиопомех с целью повышения достоверности измере- .ния уровня именно внешних помех. При этом используется известное свойство, согласно которому при изменении КП в п раз на входе РПУ интенсивность интермодуляционной помехи на его выходе изменится в раз, где g - порядок помехи; I - количество каскадов РПУ. Для внешней помехи изменение КП в п раз меняет его интенсивность также в п раз. Следовательно, приме- няя УА с шагом аттенюации, например, 3 дБ, можно разделить внешние и интермодуляционные помехи.

В рассматриваемом режиме входное напряжение подается на вход ПБ 6, как было описано ранее, и если его уровень не превышает 30 дБ/мкВ, то сигнал через ключ 25 (фиг.2р) подается на Л 3 26 (фиг.2у), где он запоминается на время Хзад.2, достаточное для прохождения повторного сигнала по элементам заявляемого устройства.

Кроме того, этот же сигнал в усилителе 31, компараторе 32 (фиг.2н) формирует сигнал, соответствующий уровню срабатывания триггера 33, последний переключается (фиг.2о,п) и сигнал логической 1 запирает ключ 25, открывает ключ 34, через триггер 14 увеличивает содержимое сумматора на единицу, уменьшает КП УА на 3 дБ, инициализирует блок 8 запуска счетчика, Последний срабатывает (фиг.2ч), цикл повторяется

с учетом внесенного ослабления. Второй сигнал через ключа 34 (фиг.2т) попадает на вход блока 27 вычитания, где определяет разность уровней двух напряжений. Если разность превышает 3 дБ, т.е. анализируемая помеха интермодуляционная, то сигнал логической 1 с выхода компаратора 28 запирает ключ 36 и через инвертор 29, вентиль 30 перестраивает РПУ на новую рабочую частоту, полностью бткрывает УА 15, обнуляет сумматор 10, активизирует блок 3. В случае, когда разность уровней равна 3 дБ, т.е. анализируемая помеха внешняя, то через открытый ключ 36 сигнал с выхода ЛЗ 35 подается на вход блока 7 сравнения. Далее процесс продолжается аналогично процессу в режиме непосредственного измерения уровня радиопомехи.

Применение изобретения повышает быстродействие устройства при измерении уровней мощных (более 60 дБ/мкВ) радиопомех, причем величина выигрыша зависит от уровня помехи. На фиг.3 кривая 38 иллюстрирует количество циклов внесения ослабления на входе РПУ в устройстве- прототипе, кривая 37 - в заявляемом устройстве.

Фиг.4 показывает примерный выигрыш в быстродействии. Из фиг.4 видно, что при уровнях внешних помех 72-83 дБ/мкВ выигрыш в быстродействии составляет 2 раза, а при уровнях 120-125 дБ/мкВ - 6 раз, что позволяет измерять интенсивности кратковременных мощных помех.

Формула изобретения Измеритель шумов, содержащий последовательно соединенные первый ключ, интегратор, второй ключ, пороговый блок, блок сравнения, блок запуска счетчика, первый счетчик и сумматор, выходы первого счетчика через цифро-аналоговый преобразователь подключены к второму входу блока сравнения, второй выход блока запуска счетчика подключен к входу первого вентиля, обнуляющим входам первого и второго счетчиков, выход первого вентиля подключен к первому входу триггера и к управляющему входу радиоприемного устройства, выход триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ и младшими адресными входами управляемого аттенюатора и сумматора, при этом второй выход порогового блока через последовательно соединенные третий ключ, первую линию задержки, вычитающий блок, первый компаратор, инвертор, второй вентиль подключен к выходу первого вентиля, кроме того, второй выход порогового блока через последовательно соединенные усилитель, второй компаратор,

второй триггер, выход которого подключен к вторым входам третьего ключа, первого триггера и четвертого ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом поро- вого блока, а выход подключен к второму входу вычитающего блока, вторую линию задержки, пятый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, подключен к входу блока сравнения, при этом к выходу интегратора последовательно подключены третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом второго ключа, второй инвертор и шестой ключ, второй вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход которого подключен к первому выходу блока запуска интегратора, второй выход которого через реле времени подключен к второму входу первого ключа, причем второй и шестой ключи, третий компаратор и второй инвертор образу- ют второй пороговый блок, отличающийся тем, что, с целью повышения быстро510 15 20

действия измерения уровня мощных внешних радиопомех, в него введены четвертый, пятый и шестой компараторы, третья линия задержки и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы четвертого, пятого и шестого компараторов подключены к выходу шестого ключа, а выходы - к соответствующим входам второго счетчика, выход элемента ИЛИ через третью линию задержки подключен к входу запуска интегратора, третий и четвертый выходы второго счетчика через эелмент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к четвертым входам управляемо го аттенюатора и сумматора, выход третьего компаратора подключен к второму входу элемента ИЛИ, входу разрешения записи и первому информационному входу второго счетчика, при этом первый выход второго счетчика подключен к вторым входам, второй - к третьим, а четвертый - к пятым входам управляющего аттенюатора и сумматора.

Таблица 1

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия измерения уровня мощных внешних радиопомех. По сигналу блока 3 запуска интегратора реле 4 времени коммутирует ключ 2, обеспечивая поступление шумового сигнала в измеритель. В случае мощной помехи (60 дБ/мкВ и более) измеряемое напряжение подается на компараторы 21-24 с порогами 60/65, 77, 101 дБ/мкВ соответственно, сигналы с выхода компараторов записываются в счетчик 12, поступает в сумматор 10 и.управляют величиной ослабления, вносимого в аттенюатор 15. Последнее пропорционально интенсивности радиопомехи и обеспечивает .ослабление, достаточное, чтобы измеряемый уровень оказался на линейном участке амплитудной характеристики за один цикл измерения. Выигрыш в быстродействии зависит от уровня помехи и изменяется от 2 раз при интенсивностях 72-83 дБ/мкВ до 6 раз при интенсивностях 120-125 дБ/мкВ. 4 ил., 2 табл. Ј

Таблица 2

ШВQ&

38 здсЬ

OL

m

tjaff

««

в

0 Uib

a n.

Uis

Urn С

Uu, т

V,

26

4s

U,

JL

JL

ut

Ui

tito Щ

dm

(J°3

ea

JL1L

Г-I I1

Фи/г2

55 ;

60 42 to

60 72 Ј4 06 i08 SO /32 &л

юг iso i& /w u&c, .

,JUff&

f ьихЈ