Пристрій для вимірювання радіочастотного динамічного діапазону радіоприймача

Пристрій для вимірювання радіочастотного динамічного діапазону радіоприймача, який містить в собі радіоприймач і вольтметр, який відрізняється тим, що в нього введені лінія затримки з регульованим часом затримки сигналу, адаптивний фільтр, блок віднімання, n селективних смугових фільтрів, n пікових детекторів, блок вибору мінімуму величини напруги сигналу, блок вибору максимуму величини напруги сигналу, комутатор, калібрований атенюатор, при цьому як вольтметр використано вольтметр середніх значень, причому C2 2 (19) 1 3 89496 4 динамічного діапазону дуже складна: вона має у вих фільтрів, що розташовані на виході лінійного своєму складу два генератори, блок програмового тракту радіоприймача. керування амплітудою блокіруючого сигналу та Розв'язання цієї технічної задачі здійснюється напругою на виході радіоприймача, еквівалент тим, що у пристрої, який має в своєму складу раантени і вольтметр. Схема блоку програмового діоприймач, блок обчислювання динамічного діакерування також є складною, а режим її функціопазону і вольтметр, введені лінія затримки з регунування в значному ступеню впливає на точність льованим часом затримки сигналу, адаптивний вимірювання динамічного діапазону. Крім того, фільтр, блок віднімання, n селективних смугових динамічний діапазон радіоприймача визначається фільтрів, n пікових детекторів, блок вибору мініне безпосередньо, а на підставі оцінювання інтермуму величини напруги сигналу, блок вибору макмодуляції корисного і блокіруючого сигналів на симуму величини напруги сигналу, комутатор, кавиході радіоприймача. Динамічний діапазон радіолібрований атенюатор і вольтметр середніх приймача - це діапазон рівней вхідного сигналу, значень, причому для вимірювання величини рапри яких забезпечується нормальна якість придіочастотного динамічного діапазону радіоприймання. Можна також говорити про динамічний ймача використовується тільки лінійний його тракт, діапазон лінійного тракту радіоприймача щодо вихід якого сполучений з лінією затримки та з пеосновного каналу приймання. У прототипі динаміршим входом блока віднімання, а виходи лінії зачний діапазон визначається на основі інтермодутримки і блока віднімання з'єднані відповідно з ляції корісного і блокіруючого сигналів на виході першим (інформаційним) входом та з другим (керадіоприймача, тобто при вимірюванні використоруючим) входом адаптивного фільтра, при цьому вується весь тракт радіоприймача (радіочастотвихід останнього сполучений з другим (керуючим) ний, проміжної частоти та низької частоти). Певна входом блока віднімання, а також розпаралелений річ, що при цьому значно зменшується точність і сполучений зі входами n селективних смугових вимірювання. Останнє обумовлено спотворенням фільтрів, які настроєні на різні ділянки частот викорісного і блокіруючого сигналів при їх прохосокочастотного діапазону радіоприймача, причому дженні через означені вище тракти. виходи селективних смугових фільтрів з'єднані зі Якщо радіочастотний тракт (преселектор і підвходами n пікових детекторів, а виходи останніх силювач високих частот) можна виконати з лінійпідключені до відповідних входів блоків вибору ним режимом роботи, то при детектуванні (демомінімуму та максимуму величини напруги сигналу дуляції) обов'язково будуть мати місце постійного струму, що діє на виходах пікових детеспотворення сигналів, що обумовлено нелінійністю кторів, при цьому виходи блоків вибору мінімуму детектора. На виході нелінійного пристрою (детекта максимуму величин напруги сигналу підключені тора) обов'язково виникне новий сигнал, що предвідповідно до першого і другого входів комутатора, ставляє собою складні продукти взаємодії усіх а його вихід сполучений зі входом каліброваного гармонічних складових корисного і блокіруючого атенюатора, вихід якого з'єднаний зі входом сигналів, які надходять до входу детектора. При вольтметра середніх значень. цьому інтермодуляційний сигнал також буде споПри порівнянні з прототипом запропонований твореним. пристрій забезпечує підвищення точності вимірюДо інших недоліків прототипу необхідно також вання радіочастотного динамічного діапазону равіднести те, що в цьому пристрої неможливо вимідіоприймача за рахунок того, що при усуненні герювати динамічний діапазон у реальному часу, нераторів корисного та блокіруючого сигналів у тобто під час нормальної роботи радіоприймача, запропонованому пристрої зменшуються похибки на вході якого існує адитивна суміш корисного сигвимірювання, які обумовлені нестабільністю часналу і завади. тот генераторів, а також неточністю настроювання Таким чином, прототип запропонованого винана частоти, що повинні забезпечувати функціонуходу має занадто складну схему, для якої треба вання блоку програмового керування. Крім того, в мати спеціальну програму. Прототип не забезпезапропонованому пристрої вимірювання динаміччує вимірювання динамічного діапазону в реального діапазону реалізується тільки в лінійному ному часу при функціонуванні радіоприймача в тракті радіоприймача, що в значному ступеню нормальному режимі приймання корисного сигназменшує похибку вимірювання при порівнянні з лу. Точність вимірювання динамічного діапазону прототипом, де для тієї ж мети задіяний увесь значно зменшується в наслідок того, що у процесі тракт радіоприймача, в якому є нелінійні пристрої, вимірювання бере участь весь тракт радіоприйманаприклад такі, як детектор та підсилювачі проміча, в якому є нелінійні пристрої. жної і низької частот, що при достатньо великих В основу винаходу поставлена задача підвисигналах функціонують у нелінійних режимах. щення точності вимірювання динамічного діапазоЗапропонований пристрій принципово відрізну радіоприймача шляхом значного спрощення няється від прототипу тим, що вимірювання радіосхеми, що полягає в усуненні генераторів корисночастотного динамічного діапазону радіоприймача го і блокіруючого сигналів, еквіваленту антени, виконується в реальному часу його функціонуванчастотних фільтрів, блоку програмового керування та безпосередньо під час роботи приймача, ня, а також введенням схеми компенсації адитивякий працює від реальних сигналів, що надходять ної завади і блоків, які дозволяють обчислювати до антени. мінімальну та максимальну величину сигналів на Структурна схема запропонованого пристрою виходах пікових детекторів, на входи яких надхозображена на Фіг.1. На Фіг.2 зображена принциподять відфільтровані сигнали з селективних смугова електрична схема блока вибору мінімуму напруги сигналу на виходах пікових детекторів, а на 5 89496 6 час затримки якої можна регулювати згідно з тиФіг.3 - принципова електрична схема блока вибору пом завади (вузькосмугової чи широкосмугової). максимуму величини напруги сигналу на виходах Затриманий щодо часу, який регулюється в залепікових детекторів. Пристрій для вимірювання ражності від часу кореляції завади, сигнал подається діочастотного динамічного діапазону радіопридо першого входу (Вхід 1) адаптивного фільтра 4, ймача містить у своєму складу: радіоприймач (йона другий (керуючий) вхід якого (Вхід 2) надходить го лінійний високочастотний тракт) 1, блок сигнал з виходу блока віднімання 2. Лінія затримки віднімання 2, лінію затримки 3, адаптивний фільтр 3 призначена для зсуву корисного сигналу на час 4, селективні смугові фільтри 5, 5-1, 5-2,..., 5-n, кореляції вузькосмугової або широкосмугової адипікові детектори 6, 6-1, 6-2, ..., 6-n, блок вибору тивної завади таким чином, щоб на виході адаптимінімуму величини напруги сигналу 7, блок вибору вного фільтра 4 одержати вузькосмуговий корисмаксимуму величини напруги сигналу 8, комутатор ний сигнал, а широкосмугова завада 9, калібрований атенюатор 10 і вольтметр середкомпенсувалася, тобто в значному ступеню поніх значень 11. слаблювалася. Схема адаптивного фільтра 4 віПри цьому вихід лінійного тракту радіоприймадома і аналіз її фукціонування розглянуто в роботі ча 1 сполучений зі входом лінії затримки 3, а також [Богданович Б.М., Окулич Н.И. Радиоприемные з першим входом (Вхід 1) блока віднімання 2, приустройства: Учеб. пособие для вузов; Под общ. чому вихід блока віднімання з'єднаний з другим ред. Б.М. Богдановича. - Минск: Выcш. школа, (керуючим) входом (Вхід 2) адаптивного фільтра 4, 1991. - С.267-269]. перший вхід якого (Вхід 1) сполучений з виходом Таким чином, на виході блока винімання 2 відлінії затримки 3. При цьому вихід адаптивного фітворюється корисний сигнал, в якому скомпенсольтра 4 розпаралелений і сполучений зі входами вана адитивна завада (флюктуаційна або зосереселективних смугових фільтрів 5, 5-1, 5-2, ..., 5-n, джена). виходи яких відповідно з'єднані зі входами пікових На виході адаптивного фільтра корисний сигдетекторів 6, 6-1, 6-2, ..., 6-n, причому виходи нал розпаралелюється і надходить до входів селеостанніх розпаралелені та сполучені відповідно зі ктивних смугових фільтрів 5, 5-1, 5-2, ..., 5-n, які входами (Вхід 1, Вхід 2, Вхід 3, ..., Вхід n) блока відфільтровують відносно вузькі смуги амплітудновибору мінімуму величини напруги сигналу 7 і блого спектру корисного сигналу (при роботі радіока вибору максимуму величини напруги сигналу 8. приймача в режимі амплітудної модуляції). З виПри цьому вихід блока вибору мінімуму величини ходів селективних фільтрів відфільтровані смугові напруги сигналу сполучений з першим входом сигнали подаються до відповідних входів пікових (Вхід 1) комутатора 9, а вихід блока вибору максидетекторів 6, 6-1, 6-2, ..., 6-n, на виходах яких після муму величини напруги сигналу 8 сполучений з детектування формуються відповідні величини другим входом (Вхід 2) комутатора, а вихід останнапруг постійного струму, що розпаралелюються і нього з'єднаний зі входом каліброваного атенюанадходять до відповідних входів (Вхід 1, Вхід 2, тора 10, вихід якого сполучений зі входом вольтВхід 3, .... Вхід n) блоків вибору мінімуму величини метра середніх значень 11. напруги сигналу 7 і вибору максимуму величини Блок вибору мінімуму величини напруги сигнапруги сигналу 8. налу 7 (Фіг.2) містить у своєму складу: джерело Блок вибору мінімуму величини напруги сигнапруги +Е, резистор R1 напівпровідникові діоди налу 7 (Фіг.2) працює таким чином. На його входи VD1, VD2, ..., VDn, резистор R2, резистор R3, опера(Вхід 1, Вхід 2, Вхід 3, ..., Вхід n) надходять велиційний підсилювач ОП і інвертор І. При цьому вхочини напруг постійного струму з відповідних виходи блока (Вхід 1, Вхід 2, Вхід 3,..., Вхід n) сполучені дів пікових детекторів. Ці сигнали подаються на з катодами діодів, а їхні аноди розпаралелені і катоди діодів VD1, VD2, ..., VDn, а їхні аноди розпаз'єднані зі входом операційного підсілювача через ралелені і сполучені зі входом операційного підсирезистор R2. На виході підсилювача підключений лювача ОП, який функціонує в режимі додавання. інвертор, який виконаний на базі операційного Від джерела напруги +Е на аноді усіх діодів подапідсилювача І змінювання знаку. Резистор R3 виється напруга такої величини, щоб найменший з конує функцію резистора в колі негативного зворовхідних сигналів після відкриття свого діоду був тного зв'язку підсилювача ОП. прикладений до анодів усіх інших діодів і призвоБлок вибору максимуму величини напруги сигдив до їхнього запирання. Таким чином, сигнал, налу (Фіг.3) у своєму складу містить: напівпровідпропорційний мінімуму величини напруги постійноникові діоди VD1, VD2, ..., VDn, на аноди яких пого струму, після підсилення у операційному підсидаються вхідні сигнали з виходів пікових лювачі ОП та інвертуванні в інверторі І надходить детекторів. Катоди діодів розпаралелені і сполудо першого входу (Вхід 1) комутатора 9 (Фіг.1). чені через резистор R1 зі входом операційного Блок вибору максимуму величини напруги сигналу підсилювача ОП, вихід якого з'єднаний зі входом 8 (Фіг.3) функціонує аналогічно, які блок 7 (Фіг.2), з інвертора І. Інвертор виконаний на базі операційтою різницею, що діоди VD1, VD2, ..., VDn мають ного підсилювача І змінювання знаку. Резистор R2 включений в коло негативного зворотного зв'язку іншу полярність включення. Крім того, джерело підсилювача ОП. напруги -Е відсутнє, що обумовлено позитивними Запропонований пристрій працює таким чизначеннями вхідних напруг постійного струму. При ном. Підсилена у преселекторі та підсилювачі вицьому найбільший з вхідних сигналів відкриває соких частот адитивна суміш корисного сигналу та свій діод і одночасово запирає всі інші діоді схеми завади з виходу лінійного тракту радіоприймача 1 в наслідок того, що цей сигнал прикладений до надходить до першого входу (Вхід 1) блока віднікатодів діодів. Вихід схеми має таку ж структуру, мання 2 і одночасово до входу лінії затримки 3, як і відповідний вихід блока 7 (Фіг.2). Таким чином, 7 89496 8 ваними близько до частоти настроювання радіосигнал, пропорційний максимуму величини напруприймача. Ця обставина в значному ступеню змеги постійного струму після підсилення у операційншує ефективність вимірювання, тим більш, що у ному підсилювачі ОП і інвертуванні в інверторі І надходить до другого входу (Вхід 2) комутатора 9 прототипі має місце 2fd=f1+f2, де f1, f2 – частоти (Фіг.1). Сигнал з виходу комутатора надходить до вимірювальних сигналів. Відомо також, що інтервходу каліброваного атенюатора 10, а з його вимодуляція в тракті радіоприймача призводить до ходу подається на вхід вольтметра середніх знатого, що на виході лінійного тракту потужність кочень 11. рисного сигналу зменшується на 20дБ при порівПроцес вимірювання радіочастотного динамінянні з дією тільки одного корисного сигналу, який чного діапазону радіоприймача (його лінійного відповідає частоті настроювання тракту [Головин тракту) виконується таким чином. Комутатор 9, щоО.В. Радиоприемные устройства. - М.: Высшая в простішому випадку представляє собою механішкола, 1987. - С.25]. чний ключ, підключає до входу каліброваного атеРозглянемо також виграш, який можна одернюатора 10 напругу постійного струму, яка подажати в запропонованому пристрої при порівнянні з ється до першого входу комутатора (Вхід 1) з прототипом за рахунок зменшення часу одного виходу блока вибору мінімуму величини напруги виміру. Для забезпечення одного виміру у протосигналу 7. При цьому затухання атенюатора повнітипі необхідно виконати наступні операції (у скобстю виводять за допомогою регулятора і відзнаках вказано час, що затрачується на них у хвиличають одночасно показання вольтметра середніх нах): значень 11. Після цього на другий вхід (Вхід 2) - настроїти на необхідну частоту приймання комутатора підключають напругу постійного стругенератор корисного сигналу (0,5); му з виходу блока вибору максимуму величини - настроїти на частоту, яка потрібна, генератор напруги сигналу 8 і вводять затухання атенюатора блокіруючого сигналу (0,5); 10 таким чином, щоб показання вольтметра 11 - підключити обидва генератора до входу еквістало таким же, як при першому вимірі. Величину валента антени, а також з'єднати їх виходи зі схерадіочастотного динамічного діапазону обчислюмою блока програмового керування (2,0); ють по шкалі каліброваного атенюатора у децибе- зробити вибір і установлення обчислювальлах. ної програми блоку програмового керування (2,0); Запропонований пристрій при порівнянні з - визначити згідно з програмою розрахункове прототипом забезпечує більшу точність вимірюзначення динамічного діапазону (1,0); вання за рахунок того, що при оцінюванні резульТаким чином, загальний час одного виміру у тату не приймають участі нелінійні пристрої тракту прототипі складає 6 хвилин. радіоприймача. Крім того, в запропонованому приЧас, що затрачується для виконання одного строї значно зменшується час, що потрібний для виміру у запропонованому пристрої, містить такі виміру, а також забезпечується визначення реоперації: зультату вимірювання безпосередньо у децибе- підключити запаралелені входи селективних лах. Оператор-користувач для виміру діапазону смугових фільтрів до виходу лінійного тракту раповинен тільки два рази переключити комутатор і діоприймача (0,5); визначити показання шкали вольтметру. - з допомогою комутатора 9 (Фіг.1) підключити Наведемо розрахунок виграшу, який може бувихід блока 7 до входу каліброваного атенюатора ти одержаним від використання запропонованого 10, встановити регулятором на шкалі атенюатора пристрою. У прототипі використовуються два ви0дБ і зафіксувати показання вольтметру середніх сокочастотні генератори (корисного і блокіруючого значень (0,5); сигналів). Оскільки у схемах цих генераторів не - підключити з допомогою комутатора 9 до передбачається кварцування частот, то при перевходу каліброваного атенюатора вихід блока 8 рахуванні на інтермодуляційну частоту їхня неста(Фіг.1) і регулюванням шкали каліброваного атенюатора одержати попереднє фіксоване значення більність не може бути більшою, ніж Df/f£± 10-3...104 напруги на шкалі вольтметра (0,5); , що призведе до відносної похибки вимірювання - зробити по шкалі каліброваного атенюатора динамічного діапазону не менше, ніж (3...5)%. відлік величини динамічного діапазону у децибеОскільки для вимірювання у прототипі задіяно лах (0,5). увесь тракт радіоприймача, який містить нелінійні Таким чином, загальний час, який потрібно запристрої (детектор, підсилювачі проміжної та низьтратити на один вимір, для запропонованого прикої частот при достатньо великих амплітудах сигстрою складає 2 хвилини, отже виграш в затратах налу), то на виході, наприклад, детектора виникачасу на один вимір в запропонованому пристрої ють складні інтермодуляційні коливання с при порівнянні з прототипом є 6:2=3 рази, тобто комбінаційними частотами виду mfc±nfd, де fс, fd – запропонований пристрій дозволяє в три рази відповідно частоти корисного і блокіруючого сигшвидше виконати один вимір. налів; m, n=0, 1, 2, 3... [Чистяков Н.И., Сидоров Крім того, необхідно відмітити, що для визнаВ.М. Радиоприемные устройства: Учебник для чення величини напруги блокіруючого сигналу в вузов. - М.: Связь, 1974. - С.13]. Найбільші рівні прототипі використовується вольтметр. Якщо в мають інтермодуляційні частоти, що визначаються якості останнього вибрано вольтметр середніх малими значеннями номерів гармонік сигналів m і значень, як у запропонованому пристрої, то його n, а саме fc±fd (інтермодуляція 2-го порядку), а тавідносна похибка вимірювань в залежності від тикож fc±2fd або 2fc±fd (інтермодуляція 3-го порядку). пу складає (2,5-10)%. [Основы метрологии и элекНебезпечність цих інтермодуляційних коливань трические измерения / Под. ред. Е.М. Душина. - Л.: визначається тим, що вони можуть бути розташо 9 89496 10 Энергоатомиздат, 1987. - С.158-160], тобто таку Минск: Высш. школа, 1979. - С.190, табл. П - 2]. відносну похибку матиме прототип при вимірюОтже, виграш у зменшенні відносної похибки виміванні динамічного діапазону, що обумовлено рювань у запропонованому пристрої при порівнянвключенням напруги блокіруючого сигналу у форні з прототипом складає (8,3-10) разів. Останнє мулу обчислювальної програми. В запропоновавизначає, що точність вимірювання величини диному пристрої такий же вольтметр потрібен тільки намічного діапазону в запропонованому пристрої для виміру відносного показання величини напрузбільшується при порівнянні з прототипом у (8,3ги, тобто його відносна похибка вимірювань не 10) разів. впливає на точність визначення величини динаміТаким чином, техніко-економічна ефективність чного діапазону. Це обумовлено тим, що непосезапропонованого пристрою полягає в наступному: редній вимір величини динамічного діапазону ви1) у виграші, який складає 20дБ за рахунок токонується за допомогою каліброваного го, що усунено інтермодуляційний принцип виміатенюатора, який має відносну похибку вимірюрювання; вань (0,3-1)% [Богданович Б.М., Ваксер Э.Б., Оку2) у зменшенні у 3 рази часу, що потрібен для лич Н.И. Проектирование элементов радиоприемодного виміру; ных устройств (управляемых электронных 3) у підвищенні точності вимірювання величиаттенюаторов) / Под общ. ред. Б.М. Богдановича. ни динамічного діапазону у (8,3-10) разів. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601