SU1734052A1 - Автокоррел ционный измеритель полосовых шумов в окрестности несущей - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  испытаний генераторов, усилителей, радиосв зных комплексов и радиостанций. Цель изобретени  - повышение точности и расширение амплитудно- динамического диапазона измерений полосовых шумов вблизи несущей - достигаетс  за счет использовани  опорного генератора 1 и двух смесителей 10 и 13, реализуетс  возможность использовани  синхронного детектора, обеспечивающего оптимальную обработку шумового сигнала. 1 ил. Ј

Description

VJ СА) J О

,сл

ю

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  испытаний генераторов, усилителей радиосв зных комплексов и радиостанций.

Известен р д устройств дл  измерени  полосовых шумов в окрестности несущей. Часть из них дл  фильтрации несущей используют дорогие высокодобротные криогенные фильтры.

В известном устройстве исследуемый сигнал, представл ющий собой суперпозицию несущего колебани  и шумового сигнала , подаетс  на входы смесителей, на вторые входы которых через регулируемые фазовращатели поступают сигналы с выходов генераторов, охваченных независимыми системами ФАПЧ. С выходов смесителей сигнал подаетс  на узкополосные фильтры, а также на входы ФНЧ, имеющих полосу пропускани , равную требуемому диапазону отстроек. В кольце ФАПЧ сигнал биений поступает на входы фазовых детекторов, где сравниваетс  с сигналом перестраиваемого генератора и через ФНЧ поступает на управл ющие входы перестраиваемых генераторов.Через узкополосные фильтры сигналы подаютс  на регулируемые аттенюаторы , а затем на входы усилителей, перемножаютс , усредн ютс  и регистрируютс  индикатором. Выделенные таким образом когерентные составл ющие флуктуации исследуемого сигнала характеризуют мощность флуктуации, выделенных в полосе ФНЧ при отстройке по частоте, равной частоте перестраиваемого генератора. Если частота генератора находитс  в пределах полосы пропускани  фильтров, то измеритель регистрирует мощность несущей исследуемого сигнала. Отношение сигнал/шум определ етс  по разности показаний калиброванных управл емых аттенюаторов, сн тых в первом и втором случа х при равенстве показаний индикатора.

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность измерений и малый амплитудно-динамический диапазон, обусловленные вли нием собственных шумов перестраиваемых генераторов, примен емых дл  преобразовани  шумов в НЧ область , на процесс измерений. Высокий уровень собственных шумов генераторов определ етс  противоречивыми требовани ми высокой точности установки и стабильности частоты при обеспечении ее перестройки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство , построенное на основе коррел ционного метода измерений. Сигнал

передатчика, промодулированный шумом и фоном, после детектировани , пройд  входное устройство, раздел етс  по каналам посто нной и переменной составл ющих.

Канал посто нной составл ющей состоит из фильтра низкой частоты и коммутатора; канал переменной составл ющей содержит коммутатор и логарифмический усилитель с коэффициентом усилени , определ емым

разрешающей способностью шкалы в деци- беллах.

Посто нна  и переменна  составл ющие сигнала через усилитель посто нного тока поочередно поступают на вертикальные пластины ЭЛТ. Напр жение на блок развертки подаетс  от генератора пр моугольного напр жени , подключенного к источнику питани . Дл  исключени  погрешности , которые могли бы возникнуть

из-за изменени  коэффициента усилени  канала переменной составл ющей, уровень сигнала делитс  с помощью делител , составленного из стабильных сопротивлений в соответствии с коэффициентом усилени 

усилител . Это позвол ет визуально зарегистрировать отношение посто нной и переменной составл ющих передатчика, соответствующих несущей и шумовому сигналу .

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

не позвол ет существенно повысить точность измерений, так как детектирование обеспечивает достаточно высокую точность только при коэффициенте амплитудной модул ции 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 прив зку по фазе анализируемого сигнала.

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

шумов вблизи несущей.

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

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  шума и фона радиопередатчиков, содержащее детекторную секцию, выход которой соединен с двум  параллельными каналами: каналом посто нной составл ющей, содержащим последовательно соединенные первый ФНЧ1 и первый УПТ1, и каналом переменной составл ющей, входом которого  вл етс  первый усилитель промежуточной частоты УПЧ1, введены соединенные последовательно первый полосовой фильтр Ф1 с полосой пропускани , соответствующей анализируемой шумовой полосеДF, первый смеситель СМ1, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частоты, переключение частот которого осуществл етс  по команде от ЭВМ, второй фильтр Ф2 с полосой пропускани , определ емой 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 смесител  св зан с выходом цепочки из соединенных последовательно опорного генератора, третьего смесител  СМЗ, п того фильтра Ф5, полоса пропускани  которого равна полосе ФЗ, и третьего УПЧ 3, причем выход опорного генератора также соединен с вторым входом синхронного детектора, вход третьего смесител  соединен с выходом второго фильтра, а выход третьего УПЧ через детектор АРУ соединен с управл ющим входом этого УПЧ.

На чертеже приведена структурна  схема устройства.

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

Детекторна  секци  1 - стандартна , 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 пропускани  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, представл ющий собой наложение узкополосного шума n (t), имеющего энергетический спектр Sn(w) , на детерминированный сигнал A0cos ftfc t. После детекти ровани  исследуемый сигнал поступает на вход усилител  промежуточной частоты

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

Дл  обеспечени  возможности сн ти  гистограммы исследуемого энергетического спектра используетс  часть схемы, состо ща  из синтезатора 6 частоты, управл емого от ЭВМ, смесител  5 и узко- полосного фильтра Ф2 8 (электромеханического фильтра, обеспечивающего

эквивалентную шумовую полосу пропускани  F/N, где N - количество точек гистограммы ). Дл  фиксированной частоты выдел етс  спектр плотности мощности сигнала на выходе смесител  СМ2, осуществл ющего перемножение исследуемого сигнала с сигналом синтезатора частоты. При этом фильтром Ф2 в энергетическом спектре поступающего на вход смесител  СМ1 сигнала, перенесенного на частоту

Mri/2 n (tOn/2  - i-  частота синтезатора частот ), за одно измерение выдел етс  полоса частот со средней точкой соф2/2 п и шириной До ф2/2  . К синетезатору частоты предъ вл етс  требование посто нства амплитуды сигнала дл  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, определ в- мой относительно несущей измер емого передатчика по формуле

од/2 л (0,6+ N

кГц

Дл  определени  дисперсии случайного шумового колебани  на выходе узкополосного фильтра Ф2 предназначена остальна  часть схемы, котора  осуществл ет синхронное детектирование шумового колебани . Опорный генератор 14 (частотой Mor/l п, смеситель СМЗ 13, фильтр Ф4 12, УПЧЗ 11, охваченный системой АРУ, и смеситель СМ2 10 служат дл  обеспечени  пра- вильной работы синхронного детектора 18.

Определение результата воздействи  случайного сигнала на нелинейный элемент , каким  вл етс  детектор, требует зна- чени  статистических характеристик случайного сигнала и его закона распределени . Поэтому детектор огибающей и квадратичный детектор не могут обеспечить значительного динамического диапазона и высокой точности измерений, Предлагав- ма  схема с использованием синхронного детектировани  лишена этих недостатков. Рассмотрим работу этой части схемы.

На выходе смесител  СМЗ 13, осуществл ющего перемножение сигнала с выхода фильтра Ф2 и сигнала опорного генератора 14, расположен узкополосный фильтр Ф4 12, настроенный на разностную частоту. После прохождени  УПЧЗ 11, охваче шого АРУ, мощность этого сигнала посто нна и не зависит от уровн  измер емого шумового сигнала. Дл  выравнивани  времени запаздывани  сигналов на обоих входах смесител  СМ2 перед первым входом смесител  установлен фильтр ФЗ 9 с той же полосой пропускани  (посто нной времени ), что и фильтр Ф4.

На выходе смесител  СМ2 узксполос- ный фильтр Ф5 16 с полосой пропускани  пор дка нескольких герц выдел ет.сигнал с амплитудой, пр мо пропорцио нальнрй среднеквадратическому значению из иер е- мого шумового сигнала, и частотой, равной частоте опорного генератора с прив зкой по фазе к опорному генератору. Индекс мо- дул ции такого сигнала не превь шает 100%. Это позвол ет 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.

Дл  выделени  из спектра анализируемого сигнала амплитуды колебани , синхронного с колебанием опорного генератора, в измерительном устройстве используетс  синхронный детектор 18совместносФНЧ219. Посто нна  времени ФНЧ2 достаточно велика , чтобы отфильтровать не только составл ющие сигнала на удвоенной частоте опорного генератора, но и низкочастотную часть спектра , примыкающую к частоте ш 0.

Выделенна  посто нна  составл юща  сигнала на выходе ФНЧ2 (Увых2) пропорциональна дисперсии измер емого шумового сигнала в полосе AF/N,

Дл  определени  отношени  сигнал/шум необходимо измерить мощность несущей передатчика, что выполн етс  каналом измерени посто нной составл ющей , представ/енным ФНЧ1 и УПТ1, подключенным к вы ходу детектора на входе схемы измерени  ФНЧ1 имеет посто нную времени тупт 1с, что обеспечивает пренебрежимо малый по решности измерени  посто нной составл ющей.

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

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Автокоррел 1 ионный измеритель полосовых шумов в ок местности несущей, содержащий детекторную секцию, выход которой соединен через переый фильтр нижних частот с первым усилителем посто нного тока и первым усилите лем промежуточной частоты , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точнс ти и расширени  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 посто нного тока, а также синтезатор члстоты и последовательно соединенные опорный генератор, третий смеситель, п тый полосовой фильтр и третий усилитель промежуточной частоты, а также детектор автоматической регулировки усилени , при шм выход третьего усилител  промежуточной частоты соединен с вторым входом второго смесител  и через детектор автоматической регулировки усилени  - с управл ющим входом этого усилител , второй в,од первого смесител  соединен с выхо ,ом синтезатора частоты,

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

   детектора - с выходом опорного генератора .