Автокорреляционный измеритель полосовых шумов в окрестности несущей Советский патент 1992 года по МПК G01R29/26 

VJ СА) J О

,сл

ю

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для испытаний генераторов, усилителей радиосвязных комплексов и радиостанций.

Известен ряд устройств для измерения полосовых шумов в окрестности несущей. Часть из них для фильтрации несущей используют дорогие высокодобротные криогенные фильтры.

В известном устройстве исследуемый сигнал, представляющий собой суперпозицию несущего колебания и шумового сигнала, подается на входы смесителей, на вторые входы которых через регулируемые фазовращатели поступают сигналы с выходов генераторов, охваченных независимыми системами ФАПЧ. С выходов смесителей сигнал подается на узкополосные фильтры, а также на входы ФНЧ, имеющих полосу пропускания, равную требуемому диапазону отстроек. В кольце ФАПЧ сигнал биений поступает на входы фазовых детекторов, где сравнивается с сигналом перестраиваемого генератора и через ФНЧ поступает на управляющие входы перестраиваемых генераторов.Через узкополосные фильтры сигналы подаются на регулируемые аттенюаторы, а затем на входы усилителей, перемножаются, усредняются и регистрируются индикатором. Выделенные таким образом когерентные составляющие флуктуации исследуемого сигнала характеризуют мощность флуктуации, выделенных в полосе ФНЧ при отстройке по частоте, равной частоте перестраиваемого генератора. Если частота генератора находится в пределах полосы пропускания фильтров, то измеритель регистрирует мощность несущей исследуемого сигнала. Отношение сигнал/шум определяется по разности показаний калиброванных управляемых аттенюаторов, снятых в первом и втором случаях при равенстве показаний индикатора.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений и малый амплитудно-динамический диапазон, обусловленные влиянием собственных шумов перестраиваемых генераторов, применяемых для преобразования шумов в НЧ область, на процесс измерений. Высокий уровень собственных шумов генераторов определяется противоречивыми требованиями высокой точности установки и стабильности частоты при обеспечении ее перестройки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, построенное на основе корреляционного метода измерений. Сигнал

передатчика, промодулированный шумом и фоном, после детектирования, пройдя входное устройство, разделяется по каналам постоянной и переменной составляющих.

Канал постоянной составляющей состоит из фильтра низкой частоты и коммутатора; канал переменной составляющей содержит коммутатор и логарифмический усилитель с коэффициентом усиления, определяемым

разрешающей способностью шкалы в деци- беллах.

Постоянная и переменная составляющие сигнала через усилитель постоянного тока поочередно поступают на вертикальные пластины ЭЛТ. Напряжение на блок развертки подается от генератора прямоугольного напряжения, подключенного к источнику питания. Для исключения погрешности, которые могли бы возникнуть

из-за изменения коэффициента усиления канала переменной составляющей, уровень сигнала делится с помощью делителя, составленного из стабильных сопротивлений в соответствии с коэффициентом усиления

усилителя. Это позволяет визуально зарегистрировать отношение постоянной и переменной составляющих передатчика, соответствующих несущей и шумовому сигналу.

Данная схема не использует дополнительных гетеродинов, что позволяет существенно повысить точность измерений и расширить амплитудно-динамический диапазон. Однако применение в качестве регистрирующего устройства осциллографа не дает возможности реализовать все преимущества автокорреляционной схемы. Использование вместо осциллографа линейного или квадратичного детектора

не позволяет существенно повысить точность измерений, так как детектирование обеспечивает достаточно высокую точность только при коэффициенте амплитудной модуляции m 100%, что не выполнимо при

непосредственном анализе шумовых сигналов. Существенное повышение точности измерений может обеспечить синхронное детектирование, однако использовать его в данное схеме невозможно, так как невозможно осуществить привязку по фазе анализируемого сигнала.

Цель изобретения - повышение точности и расширение амплитудно-динамического диапазона измерений полосовых

шумов вблизи несущей.

Предлагаемая схема позволяет снимать гистограмму шумов в заданной полосе частот Л F с количеством точек N при отстройке от несущей Д FL

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения шума и фона радиопередатчиков, содержащее детекторную секцию, выход которой соединен с двумя параллельными каналами: каналом постоянной составляющей, содержащим последовательно соединенные первый ФНЧ1 и первый УПТ1, и каналом переменной составляющей, входом которого является первый усилитель промежуточной частоты УПЧ1, введены соединенные последовательно первый полосовой фильтр Ф1 с полосой пропускания, соответствующей анализируемой шумовой полосеДF, первый смеситель СМ1, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частоты, переключение частот которого осуществляется по команде от ЭВМ, второй фильтр Ф2 с полосой пропускания, определяемой количеством отсчетов в регистрируемой гистограмме N, третий фильтр ФЗ, второй смеситель СМ2, четвертый узкополосный фильтр Ф4, второй УПЧ2, синхронный детектор СД, второй ФНЧ2 и второй УПТ2, причем второй вход второго смесителя связан с выходом цепочки из соединенных последовательно опорного генератора, третьего смесителя СМЗ, пятого фильтра Ф5, полоса пропускания которого равна полосе ФЗ, и третьего УПЧ 3, причем выход опорного генератора также соединен с вторым входом синхронного детектора, вход третьего смесителя соединен с выходом второго фильтра, а выход третьего УПЧ через детектор АРУ соединен с управляющим входом этого УПЧ.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит детекторную секцию 1, первый УПЧ1 2, ФНЧ 3, первый фильтр Ф1 4 с полосой пропускания ДР. первый смеситель СМ1 5, синтезатор частоты 6, первый УПТ1 7, второй фильтр Ф2 8 с полосой пропускания Д F /N, третий фильтр ФЗ 9, второй смеситель СМ2 10, третий УПЧ 311, четвертый фильтр Ф4 12 с полосой пропускания (зедержкой) равной полосе (задержке) ФЗ, третий смеситель СМЗ 13, опорный генератор 14, детектор ДРУ 15, пятый фильтр Ф5 16 с полосой пропускания несколько герц, второй УПЧ2 17, синхронный детектор СД 18, второй ФНЧ 2 19, второй УПТ2 20.

Детекторная секция 1 - стандартная, например, на базе диода Д604, УПЧ1 2 - усилитель на базе микросхемы 544УД1А, ФНЧЗ, 18-LC-фильтры, полосовой фильтр Ф1 4 - фильтр на базе микросхемы 284УД1А, смеситель СМ1 5 построен на базе микросхемы 284КН1А, синтезатор 6 - стандартный, например 46-31, УПТ 7, 20 построены на базе микросхем 140УД14, фильтр 8 - электромеханический фильтр, например ЭМФ на 500 кГц с полосой пропускания 1 кГц, фильтры 9, 12 - фильтры на базе катушек индуктивности, например СБ 12, смесители 10, 13 построены на базе транзисторов 2П306В, УПЧ 11 - усилитель

на базе микросхемы 235ДА1, полосовой фильтр 16 построен на базе катушки индуктивности СБ 23-17, УПЧ 17 - усилитель на базе микросхемы 284КП1А, ФНЧ 19 - фильтр из RC-цепочек, опорный генератор

14 - кварцевый генератор на базе 155ЛАЗ. Рассмотрим прохождение сигнала по элементам структурной схемы.

На вход детектора огибающей поступает сигнал, представляющий собой наложение узкополосного шума n (t), имеющего энергетический спектр Sn(w) , на детерминированный сигнал A0cos ftfc t. После детекти рования исследуемый сигнал поступает на вход усилителя промежуточной частоты

УПЧ1, нагруженного на полосовой фильтр Ф1, имеющий передаточную характеристику Нф1 (и). Фильтр Ф1 обеспечивает достаточное подавление частотных составляющих, находящихся вне исследуемого частотного диапазона Д F, и возможно более равномерное пропускание спектра сигнала в этой полосе,

Для обеспечения возможности снятия гистограммы исследуемого энергетического спектра используется часть схемы, состоящая из синтезатора 6 частоты, управляемого от ЭВМ, смесителя 5 и узко- полосного фильтра Ф2 8 (электромеханического фильтра, обеспечивающего

эквивалентную шумовую полосу пропускания F/N, где N - количество точек гистограммы). Для фиксированной частоты выделяется спектр плотности мощности сигнала на выходе смесителя СМ2, осуществляющего перемножение исследуемого сигнала с сигналом синтезатора частоты. При этом фильтром Ф2 в энергетическом спектре поступающего на вход смесителя СМ1 сигнала, перенесенного на частоту

Mri/2 n (tOn/2 я- i-я частота синтезатора частот), за одно измерение выделяется полоса частот со средней точкой соф2/2 п и шириной До ф2/2я . К синетезатору частоты предъявляется требование постоянства амплитуды сигнала для всего дискретного набора частотных точек

Шп/2 Л - Oty2/2 JT +

где i 0,1.2, .., N.

N

При изменении частоты синтезатора в указанном диапазоне узкополосный фильтр Ф2 поочередно вырезает из исследуемого энергетического спектра участки шириной A F/N с центральной частотой, определяв- мой относительно несущей измеряемого передатчика по формуле

од/2 л (0,6+ N

кГц

Для определения дисперсии случайного шумового колебания на выходе узкополосного фильтра Ф2 предназначена остальная часть схемы, которая осуществляет синхронное детектирование шумового колебания. Опорный генератор 14 (частотой Mor/l п, смеситель СМЗ 13, фильтр Ф4 12, УПЧЗ 11, охваченный системой АРУ, и смеситель СМ2 10 служат для обеспечения пра- вильной работы синхронного детектора 18.

Определение результата воздействия случайного сигнала на нелинейный элемент, каким является детектор, требует зна- чения статистических характеристик случайного сигнала и его закона распределения. Поэтому детектор огибающей и квадратичный детектор не могут обеспечить значительного динамического диапазона и высокой точности измерений, Предлагав- мая схема с использованием синхронного детектирования лишена этих недостатков. Рассмотрим работу этой части схемы.

На выходе смесителя СМЗ 13, осуществляющего перемножение сигнала с выхода фильтра Ф2 и сигнала опорного генератора 14, расположен узкополосный фильтр Ф4 12, настроенный на разностную частоту. После прохождения УПЧЗ 11, охваче шого АРУ, мощность этого сигнала постоянна и не зависит от уровня измеряемого шумового сигнала. Для выравнивания времени запаздывания сигналов на обоих входах смесителя СМ2 перед первым входом смесителя установлен фильтр ФЗ 9 с той же полосой пропускания (постоянной времени), что и фильтр Ф4.

На выходе смесителя СМ2 узксполос- ный фильтр Ф5 16 с полосой пропускания порядка нескольких герц выделяет.сигнал с амплитудой, прямо пропорцио нальнрй среднеквадратическому значению из иеряе- мого шумового сигнала, и частотой, равной частоте опорного генератора с привязкой по фазе к опорному генератору. Индекс мо- дуляции такого сигнала не превь шает 100%. Это позволяет осуществить син хрон- ное детектирование шумового сигнал э, что обеспечивает повышениеточности и расши

0

5 0

5 0

5 0 5

0 5

рение амплитудн i-динамического диапазона измерений.

Для выделения из спектра анализируемого сигнала амплитуды колебания, синхронного с колебанием опорного генератора, в измерительном устройстве используется синхронный детектор 18совместносФНЧ219. Постоянная времени ФНЧ2 достаточно велика, чтобы отфильтровать не только составляющие сигнала на удвоенной частоте опорного генератора, но и низкочастотную часть спектра, примыкающую к частоте ш 0.

Выделенная постоянная составляющая сигнала на выходе ФНЧ2 (Увых2) пропорциональна дисперсии измеряемого шумового сигнала в полосе AF/N,

Для определения отношения сигнал/шум необходимо измерить мощность несущей передатчика, что выполняется каналом измерени постоянной составляющей, представ/енным ФНЧ1 и УПТ1, подключенным к вы ходу детектора на входе схемы измерения ФНЧ1 имеет постоянную времени тупт 1с, что обеспечивает пренебрежимо малый по решности измерения постоянной составляющей.

Таким образом, повышена точность измерений и расширен амплитудно-динамический диапазон измерений полосовых шумов вблизи несущей передатчика.

Формула изобретения

Автокорреля1 ионный измеритель полосовых шумов в ок местности несущей, содержащий детекторную секцию, выход которой соединен через переый фильтр нижних частот с первым усилителем постоянного тока и первым усилите лем промежуточной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точнс ти и расширения ампли- тудно-динамичес ого диапазона, введены соединенные последовательно первый полосовой фильтр, первый смеситель, второй фильтр, третий филь р, второй смеситель, четвертый узкопэло:ный фильтр, второй усилитель промежуточной частоты, синхронный детектор, второй фильтр нижних частот и второй усилитель постоянного тока, а также синтезатор члстоты и последовательно соединенные опорный генератор, третий смеситель, пятый полосовой фильтр и третий усилитель промежуточной частоты, а также детектор автоматической регулировки усиления, при шм выход третьего усилителя промежуточной частоты соединен с вторым входом второго смесителя и через детектор автоматической регулировки усиления - с управляющим входом этого усилителя, второй в,од первого смесителя соединен с выхо ,ом синтезатора частоты,

второй вход третьего смесителя - с выходом второго фильтра, а второй вход синхронного

детектора - с выходом опорного генератора.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для испытаний генераторов, усилителей, радиосвязных комплексов и радиостанций. Цель изобретения - повышение точности и расширение амплитудно- динамического диапазона измерений полосовых шумов вблизи несущей - достигается за счет использования опорного генератора 1 и двух смесителей 10 и 13, реализуется возможность использования синхронного детектора, обеспечивающего оптимальную обработку шумового сигнала. 1 ил. Ј