Автоматичний вимірювач ширини смуги випромінювання

Автоматичний вимірювач ширини смуги випромінювання, що містить перший керований генератор, гетеродин, перетворювач частоти, підсилювач проміжної частоти, який відрізняється тим, що в нього додатково введені антена, комутатор, два мости, атенюатор, другий керований генератор, два конвертори частоти, два фільтри, два пристрої корекції, три детектори, процесор, модулятор, при цьому перший вхід комутатора з'єднаний з антеною, другий - з перетворювачем частоти, третій - з генератором еталонних сигналів, четвертий - з процесором, другий вхід перетворю 3 25173 мосту, перший вихід якого через послідовно з’єднані атенюатор і перший детектор - до процесору, другий ви хід першого мосту під’єднаний до входу др угого мосту, перший вихід якого під’єднаний з послідовно з’єднаними першим конвертором частоти, першим фільтром, першим пристроєм корекції, другим детектором та процесором, другий вхід першого конвертора з’єднаний з першим генератор, другий вихід др угого мосту під’єднаний з послідовно з’єднаними другим конвертором частоти, другим фільтром, другим пристроєм корекції, третім детектором та процесором, другий вхід другого конвертора частоти з’єднаний з другим генератором, процесор з’єднаний з першим та другим пристроями корекції, модулятором, вихід якого під’єднаний до генератора еталонних сигналів. На відміну від найближчий аналог у, в запропонованому приладі завдяки схемним особливостям та застосування процесору з’являється можливість автоматизації процесу вимірювання та забезпечувати задану точність. 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 X дБ. Така ширина смуги випромінювання дістала назву „Смуга X 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 сигналів, 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 швидкості, 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. Автоматичний вимірювач ширини смуги випромінювання включає антену 1, комутатор 2, перетворювач частоти 3, підсилювач проміжної частоти 4, перший міст 5, атенюатор 6, другий міст 12, перший конвертор частоти 7, перший фільтр 8, 4 перший пристрій корекції 9, перший детектор 21, генератор еталонних сигналів 10, гетеродин 11, перший генератор 13, другий детектор 20, модулятор 14, другий конвертор частоти 15, другий фільтр 16, другий пристрій корекції 17, другий генератор 18, третій детектор 19, процесор 22. Вимірювач працює наступним чином. Одночасне вимірювання рівнів „0 дБ" і „X дБ" забезпечується створенням трьох паралельних каналів, в одному з яких вимірюється повна потужність сигналу, тобто „0 дБ", а в дво х інши х 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 нижньої границями якої середні потужності випромінювань дорівнюють b/2 відсотку від усієї середньої потужності розглядуваного випромінювання). Точність вимірювання забезпечується за рахунок кола зворотного зв’язку, по якому на вхід пристрою надходять сигнали з відомою формою т спектрами - еталонні сигнали. Це дає змогу коректувати як частоти зріз фільтрів, так і коефіцієнти передачі каналів. Пристрій працює схема в двох режимах: режимі вимірювання і режимі контролю. В режимі вимірювання ширини смуги частот сигнал приймається антеною 1 і через комутатор 2 підводиться до входу перетворювача частоти. На другий вхід перетворювача частоти підведена напруга гетеродина 11, з допомогою якого здійснюється настройка приладу на частоту відповідного сигналу. Вихідний сигнал перетворювача 3 повністю зберігає всі спектральні складові вхідного сигналу, тому після підсилення в підсилювачі проміжне частоти 4 придатний для вимірювання „Смуги X дБ". Напруга з виходу підсилювача 4 надходить на перший міст 5, який ділить потужність електромагнітних коливань на дві рівні частини (3дБ). З першого виходу моста потужність сигналу, яка вважається рівною „0 дБ", за допомогою атенюатора ослаблюється на X дБ і детектується першим детектором 21. В процесорі 22, який містить аналогово-цифровий перетворювач, продетектована напруга ідентифікується як значення потужності на рівні (b/2) % від потужності сигналу. З ви ходу 2 моста 5 потужність сигналу ще раз ділиться на дві рівні частини подільником потуж ності - другим мостом 12. Таким чином формуються два сигнали на входах 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 виходу моста 12 напруга підводиться до входу першого конвертора частоти 7, на другому вході якого діє напруга першого генератора 13. Перший конвертор 7 пересуває в частотній області спектр досліджуваного сигналу. Характер частотного перетворення залежить від вибору типа першого фільтра 9 і від призначення самого каналу. Будемо вважати, що верхній канал, який починається від першого виходу подільника потужності 5 25173 12 і закінчується виходом другого детектора 20, призначений для вимірювання верхньої граничної частоти спектра досліджуваного сигналу. В залежності від вибору типу першого фільтра 8 можливі два варіанти функціонування вимірювача і, зокрема, першого конвертора частоти 9. У першому варіанті блок 8 є фільтром високих частот з частотою зрізу f3 (Фіг.2). Частота f1 першого генератора 13 встановлюється таким чином, щоб середня частота спектра сигналу була меншою частоти зрізу (f0 U2 21 20 частота першого керованого генератора 13 зменшується, щоб зменшити потужність електронних сигналів, які попадають у смугу прозорості першого фільтра 9 (Фіг.2) У випадку, коли вихідна напруга першого детектора 21 менша напруги U20, частота першого генератора 13 збільшується. Очевидно, що при рівності потужностей (2) U2 = U2 21 20 верхня гранична частота спектра сигналу fв І буде дорівнювати, частоті зрізу fзв ч . Знаючи частоту f 1 першого генератора 13 та частоту гетеродина 11 обчислюється гранична верхня частота радіосигналу на вході вимірювача. У другому варіанті функціонування всього пристрою у якості першого фільтра 8 використон вують фільтр нижніх частот з частотою зрізу fз (Фіг.3). Перший генератор 7 генерує напругу з частоІI c тою f1 , значення якої перевищує часто ту fon приІI близно на частоту зрізу fзнч фільтра нижніх частот. В першому конверторі відбувається інверсія частот складових сигналу æ c ' c ö c f 1' - ç f on ± å D f s ÷ = f 0 ± å D f s ç ÷ s s è ø × (3) Отже маємо дзеркальне зображення спектра: найбільш високочастотні складові перетворюються у низькочастотні складові. Інверсія спектра дає можливість за умови виконання рівності (2) визначати верхню граничну частоту. Отже, верхня гранична частота при використання фільтра високих частот обчислюється з формули (1) як 6 І fв = f І ч - f1 , зв а при використання фільтра нижніх частот за допомогою рівняння (3) знаходиться як ІІ ІІ fв = f1 - fзв ч . Аналогічно працює і канал визначення нижньої частоти спектра. Якщо другий фільтр 16 є фільтром нижніх частот, то І І fн = fзв ч - f2 , І де fзв ч - частота зрізу фільтра низьких частот; f І - частота напруги другого генератора, за 2 якої задовольняється рівність напруг з виходів першого (21) і третього (19) детекторів U19 = U21 . . (4) При використанні фільтра високих частот з чаІІ стотою зрізу fзв ч конвертор 15 працює в інверсному режимі і тоді маємо ІІ ІІ fн = f2 - fзв ч . Очевидно, що ширина смуги випромінювання визначається як Df = fв - fн . Точність визначення ширини смуги випромінювання залежить від крутизни частотних характеристик фільтрів, ослаблення фільтрів в смузі непрозоростіі точності використання умов (2) і (4) та точності установки ослаблення „X дБ". Крім того, амплітудно-частотна характеристика підсилювача проміжної частоти повинна забезпечити передачу спектра сигналу без спотворень. В режимі контролю до входу перетворювача частоти 3 комутатором 2 приєднується генератор еталонних (за формою) сигналів 10. Модулятор 14 створює стандартні відеосигнали, спектр яких обчислюється з великою точністю. Це можуть бути прямокутні, трикутні, трапецоїдні, дзвіноподібні або іншої форми імпульси. В генераторі 10 вони перетворюються в радіоімпульси з певною середньою частотою f0 і відомими значеннями fн та fв. Якщо всі вузли пристрою працюватимуть бездоганно, то при встановлених значеннях fв і fн, задовольняються умови (2) і (4). У випадку коли рівняння (2) і (4) порушуються, спрацьовують пристрої корекції 9 та 17 і змінюють амплітудні коефіцієнти передач каналів. В режимі контролю процесор 22 перестроює частоти генераторів 13 й 18 згідно з вибраними стандартним сигналом модулятора 14, тобто встановлює фіксовані значення частот fн і f в. У режимі вимірювання процесор 22 перестроює частоти генераторів 13 і 18 таким чином, щоб отримати баланси напруг (2) і (4). Із приведеного принципу дії запропонованого вимірювача ширини смуги випромінювання можна зробити такі висновки: 1. Завдяки використанню процесора в автоматичному вимірювальному комплексі (АВК) обчислюється не тільки ширина смуги частот, яку займає той чи інший сигнал, але і визначаються граничні частоти і середня частота сигналу. 2. Використання трьох паралельних каналів суттєво підвищує швидкодію АВК. Очевидно, що 7 найбільш інерційними вузлами є детектори, стала часу яких і визначатиме швидкодію приладу. 3. Висока швидкодія та повністю автоматичний процес вимірювання дають можливість контролювати і досліджувати швидкоплинні процеси, вимірювати ширину смуги випромінювання епізодичних поодиноких сигналів, а також сигналів, які впродовж періоду спостереження динамічно змінюються. 25173 8 4. Використання процесора дає можливість документації результатів вимірювання і їх аналізу на відповідність установленими нормами. Джерела інформації: 1. Патент RU 2054683, 6 G 01 R 23.16, 20.02.96 Бюл. №5. 2. А. с. СРСР №1576868, 6 G 01 R 23.16, 1988. 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 25173 Підписне 10 Тираж 26 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