Вимірювач ширини смуги випромінювання

Вимірювач ширини смуги випромінювання, що містить синтезатор частоти, антену, комутатор, два мости, атенюатор, два конвертори частоти, два фільтри, блок керування генератор контрольних сигналів, який відрізняється тим, що додатково введені цифровий радіоприймальний пристрій, другий та третій комутатори, блок смугових фільтрів, при цьому перший вхід першого комутатора під'єднаний до виходу цифрового радіоприймального пристрою, другий вхід - до генератора контрольних сигналів, третій вхід - до першого виходу блока керування, а вихід - до першого входу другого комутатора, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом блока керування, виходи другого комутатора - зі входами смугових фільтрів, ви ходи смугових фільтрів - зі входами третього комутатора, ще один вхід третього комутатора - з другим U 2 (19) 1 3 34992 Поставлена задача вирішується тим, що у вимірювач ширини смуги випромінювання, що містить синтезатор частоти (назва у найближчому аналогові - два керованих генератори), антену, комутатор, два мости, атенюатор, два конвертори частоти, два фільтри, блок управління (назва у найближчому аналогові - процесор), генератор контрольних сигналів (назва у найближчому аналогові - модулятор та генератор еталонних сигналів), згідно з корисною моделлю додатково введені цифровий радіоприймальний пристрій, другий та третій комутатори, блок полосових фільтрів, при цьому перший вхід першого комутатора під'єднаний до виходу ци фрового радіоприймального пристрою, другий вхід - до генератора контрольних сигналів, третій вхід - до першого виходу блоку управління, а вихід - до першого входу другого комутатора, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом блоку управління, виходи другого комутатора - зі входами полосових фільтрів, ви ходи полосових фільтрів - зі входами третього комутатора, ще один вхід третього комутатора - з другим виходом блоку управління, а вихід - з входом першого мосту, перший вихід якого через атенюатор з'єднаний з першим входом аналогово-цифрового перетворювача, атенюатор з'єднаний з третім виходом блока управління, другий ви хід першого мосту під'єднаний до входу др угого мосту, перший вихід якого під'єднаний через послідовно з'єднані перший конвертор частоти і перший фільтр до другого входу аналогово-цифрового перетворювача, другий вхід першого конвертора з'єднаний з першим виходом синтезатора частоти, другий вихід другого мосту під'єднаний через послідовно з'єднані другий конвертор частоти та другий фільтр до третього входу аналогово-цифрового перетворювача, другий вхід другого конвертора частоти з'єднаний з другим виходом синтезатора частоти, ви хід аналогово-цифрового перетворювача з'єднаний з ПЕВМ, яка також з'єднана з блоком управління та цифровим радіоприймальним пристроєм, вихід опорної частоти якого з'єднаний з першим входом синтезатора частоти, а др угий вхід синтезатора частоти - з блоком управління, блок управління також з'єднаний з генератором контрольних сигналів. На відміну від найближчого аналога, сумісне використання запропонованого приладу з цифровим радіоприймальним пристроєм та ПЕВМ дозволяє вимірювати ширину смуги випромінювання різноманітних радіоелектронних систем. Згідно з рекомендаціями Міжнародного консультативного комітету з радіозв'язку ширина смуги випромінювання визначається як смуга частот, за верхньою і нижньою границями якої спектральна густина потужності відносно певного рівня зменшується на Х дБ. Така ширина смуги випромінювання дістала назву „Смуга Х дБ". Вона може здійснюватися прямими або непрямими методами. Прямі методи є універсальними і придатні для сигналів будь-якого класу. Їх недоліком є апаратурна складність та деякі труднощі в реалізації автоматичних вимірювачів. Непрямі методи можуть застосовуватися для контролю ширини спектра тільки певних типів сиг 4 налів, тобто такі методи придатні для систем встроєного контролю, або для контролю сигналів вузького кола радіо технічних засобів (РТЗ). До прямих методів відносяться спектральні методи і фільтрові методи. Спектральні методи або не забезпечують необхідної швидкодії, що дуже важливо для радіоконтролю, або вимагають надмірних апаратурних затрат. Тому найбільш доцільними є фільтрові методи. При розробці вимірювача необхідно передбачити можливість робити в умовах реальної експлуатації РТЗ, тобто необхідно врахувати динамічність форми сигналів, їх змінність у часі та можливість вимірювача перестроюватись з достатньою швидкістю з одного каналу на інший. Крім того, при роботі вимірювача в режимі контролю обстановки необхідно забезпечувати гарантовану точність вимірювання при неперервній роботі протягом тривалих проміжків часу. Сформульовані вимоги до якості вимірювача задовольняються за умови, що рівні „X дБ” за межами основного спектра сигналу вимірюватимуться одночасно і що вимірювач буде обладнаний ефективною системою самоконтролю. На Фіг.1 представлена структурна схема вимірювача. Вимірювач ширини смуги випромінювання включає антену 1, цифровий радіоприймальний пристрій 2, перший комутатор 3, другий комутатор 4, полосові фільтри 5, третій комутатор 6, перший міст 7, атенюатор 8, другий міст 9, перший конвертор частоти 10, перший фільтр 11, аналоговоцифровий перетворювач 12, другий конвертор частоти 13, другий фільтр 14, синтезатор частоти 15, генератор контрольних сигналів 16, блок управління 17, ПЕВМ 18. Вимірювач включає стандартну апаратуру автоматизованого радіомоніторингу: антену 1, цифровий радіоприймальний пристрій (ЦРП) 2 та ПЕВМ 18, і працює наступним чином. Оператор на екрані монітора ПЕВМ 18 під час розгляду спектральної діаграми сигналів маркером помічає границі ширини смуги сигналу який вимірюється (при цьому рівень сигналу повинен на 3-6дБ перевищувати рівень шумів). Також визначається частота настройки ЦРП 2 на сигнал. Далі вимірювання здійснюється автоматично. З виходу цифрового радіоприймального пристрою 2 (на прикладі ЦРП «Аргамак» виробництва ЗАТ «ИРКОС» РФ) аналоговий сигнал проміжної частоти 10,7МГц зі смугою пропускання 2, 5 чи 10МГц подається на перший комутатор 3, який призначений для вибору режиму вимірювання чи режиму контроля. Далі сигнал послідовно подається на другий комутатор 4, полосові фільтри 5 та третій комутатор 6, які призначені для надання відповідності смуги пропускання даного тракта до ширини спектра випромінювання. Другий комутатор 4 працює за схемою 1/n, а третій комутатор 6 - n/1, де n+2 - кількість градацій смуг пропускання (наприклад 10кГц, 20кГц, 30кГц, 60кГц і т.д.). Блок 5 включає n-1 полосових фільтрів (смуги шириною 2, 5 та 10Мгц формуються цифровим радіоприймальним пристроєм і не потребують додаткової фільтрації). Одночасне вимірювання рівнів „0 дБ" і „X дБ" забезпечується створенням трьох паралельних каналів, в одному з яких вимірюється повна поту 5 34992 жність сигналу, тобто „0 дБ", а в двох інших каналах встановлюються частоти зрізу спектра сигналу таким чином, щоб в кожному каналі отримати потужність на рівні (b/2)% від потужності „0 дБ" (згідно з визначенням Міжнародного союзу електрозв'язку під шириною займаної смуги розуміють ширину такої смуги частот, за верхньою і нижньою границями якої середні потужності випромінювань дорівнюють b/2 відсотку від усієї середньої потужності розглядуваного випромінювання). Точність вимірювання забезпечується за рахунок кола зворотнього зв'язку, по якому на вхід пристрою в режимі контролю надходять сигнали з відомою формою та спектрами - еталонні сигнали. Це дає змогу коректувати як частоти зрізу фільтрів, так і коефіцієнти передачі каналів. Напруга з виходу комутатора 6 надходить на перший міст 7, який ділить потужність електромагнітних коливань на дві рівні частини (3дБ). З першого виходу моста 7 потужність сигналу, яка вважається рівною „0 дБ”, через атенюатор 8, аналогово-цифровий перетворювач 12 передається в ПЕВМ 18 для детектування і вимірювання. За рівнем „0 дБ” визначається також потужність на рівні „X дБ”. З ви ходу 2 моста 7 потужність сигналу ще раз ділиться на дві рівні частини подільником потуж ності - другим мостом 9. Таким чином формуються два сигнали на входа х каналів для визначення нижньої і верхньої граничної частоти спектра сигналу. Структури цих двох каналів ідентичні, тому детально розглянемо принцип дії одного з них. З першого ви ходу моста 9 напруга підводиться до входу першого конвертора частоти 10, на другому вході якого діє напруга першого виходу синтезатора частоти 15. Перший конвертор 10 пересуває в частотній області спектр досліджуваного сигналу. Характер частотного перетворення залежить від вибору типа першого фільтра 11 і від призначення самого каналу. Будемо вважати, що верхній канал, який починається від першого виходу подільника потужності 9 призначений для вимірювання верхньої граничної частоти спектра досліджуваного сигналу. На вхід першого конвертора 10 від синтезатора частоти подається сигнал з частотою f1, яка визначається як в f1 = fпч +D fм, в в на в де fпч - проміжна частота; D fм = fм - fм ; fм верхня частота спектра, що позначена оператона ром; fм - частота настроювання ЦРП під час вимірювання. На виході першого конвертора 10 виділяється сигнал у частотній смузі з найбільшою частотою в в f1 = D fм, послідовно подається на фільтр нижніх частот 11, аналогово-цифровий перетворювач 12, ПЕВМ 18. Продетектована напруга ідентифікується як перша частина потужності на рівні b% від потужності сигналу. 6 Нижній канал, який починається від другого виходу подільника потужності 9 призначений для вимірювання нижньої граничної частоти спектра досліджуваного сигналу. На вхід др угого конвертора від синтезатора частоти подається сигнал з частотою f2 , яка визначається як н f2 = fпч -D fм , н н на н де fпч - проміжна частота; D fм = fм - fм ; fм нижня частота спектра, що позначена оператором. На виході другого конвертора 13 виділяється сигнал у частотній смузі з найбільшою частотою в н f2 = D fм , послідовно подається на фільтр нижніх частот 14, аналогово-цифровий перетворювач 12, ПЕВМ 18. Продетектована напруга ідентифікується як друга частина потужності на рівні b% від потужності сигналу. У ПЕВМ порівнюється потужність сигналу каналу „0 дБ” з сумою потужностей верхнього та нижнього каналів. Якщо при цьому виконується нерівність U2 - (U2 + U2 ) > U2, в н x 0 то відбувається збільшення частоти f1 та зменшення частоти f2 до настання рівності у синтезаторі частот 15 за сигналами від блоку управління 17. У протилежному випадку відбувається збільшення частоти f2 та зменшення частоти f1. За відомими частотами f1, f2, f пч обчислюються граничні частоти сигналу а також ширина смуги випромінювання Df = fв - fн. Точність визначення ширини смуги випромінювання залежить від крутизни частотних характеристик фільтрів, ослаблення фільтрів в смузі непрозорості, наявності завад у смузі прозорості фільтрів. В режимі контролю до другого входу комутатора 2 подається сигнал від генератора контрольних сигналів 15. Стандартні контрольні сигнали імітують сигнали систем радіомовлення та зв'язку. Їх спектр відомий з високою точністю. У випадку коли виміряне значення ширини смуги не дорівнює відомому значенню за сигналом від блока управління 17 на атенюатор 8 змінюється амплітудний коефіцієнт передачі каналу „0 дБ”. Із приведеного принципу дії запропонованого вимірювача ширини смуги випромінювання можна зробити такі висновки: 1. Завдяки сумісному функціонуванню з ЦРП та ПЕВМ запропонований прилад може в автоматизованому режимі вимірювати ширину смуги частот до 10МГц сигналів випромінювання різноманітних систем радіомовлення, зв'язку, навігації та спостереження. 2. Використання трьох паралельних каналів суттєво підвищує швидкодію вимірювача, в тому числі у порівнянні з програмним методом визначення ширини смуги частот. Джерела інформації: 1. А.с. СРСР №1576868, 6G01R23.16, 1988. 2. Патент України №25173, G01R23/16, 2006. 7 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 34992 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601