Измеритель отношения сигнал/шум

 

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ , содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр, сумматор и делительный блок, второй вход которого подключен к выходу полосового фильтра, отличающий- , с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения отношения сигнал/шум, в него введен регулируемый усилитель. включенный между выходом сумматора и входом полосового фильтра, при этом управляющий вход регулируемого усилителя соединен с выходом делительного блока, а второй вход сумматора является входом измерителя, I 2. Измеритель по п. 1, о т л и .ч а ю щ и и с я тем, что полосовой фильтр выполнен в виде объединенных по входу первого и второго перемножителей , соединенных соответственно через первый и второй интеграторы с третьим и четвертым перемножителями , ВЕЛСоды которых посредством сумматора соединены с фильтром нижних частот, при этом вторые входы rtepBo- го и третьего перемножителей соеди- g нены с генератором опорного напряжения и через фазовргидатель на вторыми входги ш второго и четвертого перемножителей.

(19) (И) СОЮЗ СООЕТСНИХ игеле

РЕСПУБЛИН

3(1): 6 01 R 29/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и \ ме

Юе ч (213 3212703/18-21 (22) 08.12.80 (46) 30 ° 08.83. Вюл. Р 32 (72) В.В.Кандыбин и М.ПвФедоринчик (71 ) Минск ий радиотекническ ий инс титут (53) 621.317.757(088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 518741, кл. G 01 R 29/26 29.09.74

2. Авторское свидетельство СССР

9 613508, кл. Н 04 В 3/46,. 30.06.78. (54)(57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ, содержаший последовательно соединенные полосовой фильтр, сумматор и делительный блок, второй вход которого подключен к выходу полосового фильтра, о т л и ч а ю ш и и " с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения отношения сигнал/шум, в него введен регулируемый усилитель, включенный между выходом сумматора и входом полосового фильтра, при этом управлякв(ий вход регулируемого усилителя соединен с выходом делительного блока, а второй вход сумматора является входом измерителя.

2. Измеритель по п. 1, о т л и— .ч а ю шийся тем, что полосовой фильтр выполнен в виде объединенных по входу первого и второго перемножителей, соединенных соответственно через первый и второй интеграторы с третьим и четвертым перемножителя" ми, выходы которых посредством сумматора соединены с фильтром нижних частот, при этом вторые входы rfepao-

ro и третьего перемножителей соеди- Я нены с генератором опорного напряжения и через фазоврашатель на 90 со вторввчи вХодами второго и четвертого перемножителей.

1038890

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ис пользовано для измерения отношения сигнал/шум (ОСШ) в радиотехнических устройствах.

HsBecTHo устройство для измерения 5

ОСШ,: содержащее измеритель отношения, первый и второй перемножи1ели, объединенные по входу, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго интеграторов, гене-10 ратор опорного напряжения, выход которого.соединен с вторым входом первого перемножителя и через фазовращатель - с вторым входом второго пере-. множителя (,11. 15

Недостатком данного устройства яв- . ляется узкий диапазон измеряемых значений ОСШ, ограниченный величиной, динамического диапазона входных пере- 0 множителей. Кроме того, устройство нуждается в периодической калибровке, что увеличивает время измерения. При этом точность измерения во многом on1 ределяется точностью выполнения фазовращателя на 45, Недостат ком устройства является также то, ! что измерение уровня шума производит, ся в узкой полосе частот вблизи частоты сигнала, что приводит к значительной погрешности при .измерении шумов с неравномерным распределением по частотному диапазону.

Наиболее бЛиэким к предлагаемому является устройство для контроля состояния каналов связи по отношению сигнал - помеха, содержащее.последовательно соединенные нелинейный преобразователь напряжения входного сигнала, узкополосный Фильтр, выпрямитель когерентного сигнала .и нелиней- 40 ный преобразователь когерентного сигнала, образующие полосовой фильтр, а также последовательно соединенные выпрямитель входного сигнала, блок вычитания (сумматор) и делительный блок, причем вход нелинейного преобразователя входного сигнала и вход выпрямителя входного сигнала объедивены, а вход нелинейного преобраэо", вателя когерентного сигнала подключен к вторым входам блока вычитания и делительного блока.

Принцип действия укаэанного устройства основан на том, что иэ смеси сигнала и помехи (далее ". шума} на выходе последовательно соединенных нелинейного преобразователя входного сигнала, узкопояосного фильтра, вы-прямителя когерентного сигнала и нелинейного преобразователя когерент" ного сигнала, выполняиацих роль поло- 60 с сового фильтра, выделяется постоянное напряжение, пропорциональное напряжению сигнала, которое в блоке.вычитается иэ постоянного напряжения, . пропорционального напряжения смеси g5 сигнала и шума, поступающего с выхода выпрямителя входного сигнала. В результате этого вычитания на выходе последовательно соединенных нелинейного преобразователя входного сигнала, узкополосного фильтра, выпрямите" .ля когерентного сигнала и нелинейного преобразователя когерентного сигнала, выполняющих роль .полосового фильтра, выделяется постоянное напря,жение, пропорциональное напряжению сигнала, которое в блоке вычитания вычитается иэ постоянного напряжения, пропорционального напряжению смеси сигнала и шума, поступающего с выхода. выпрямителя входного сигнала. В результате этого вычитания на вы3соде блока вычитания выделяется постоянное напряжение, пропорциональное уровню шума. Выделенные постоянные напряжения поступают на входы делительного блока, в котором производит- ся вычисление отношения сигнал/шум.

При этом точность работы устройства зависит от точности разделения. сигнала и шума (2).

Существенным недостатком известного устройства является узкий динами- ческий диапазон измеряемЫх значеннй

ОСШ, ограниченный большой погрешностью выделения шума. Это объясняется тем, что при больших значениях ОСШ, когда уровни сигнала и шума значительно отличаются по величине, выпрямитель входного сигнала не обеспечивает одновременное выпрямление сигнала и шума с высокой точностью.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений отношения сигнал/шум.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель отношения сигнал/шум, содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр, сумматор и делительный блок, второй вход .которого подключен к выходу полосового фильт" ра, введен регулируемый усилитель, включенный между выходом сумматора и входом полосового Фильтра, при этом управляющий вход регулируемого усили" теля соединен с выходдм делительного блока, а второй вход сумматора явЛяется входом измерителя..

Полосовой Фильтр выполнен в виде объединенных по входу первого и вто" рого перемножителей, соединенных соответственно через первый и второй интеграторы с третьим и четвертым перемножителями, выходы которых посредством сумматора соединены с фильтром нижних частот, прй этом вторые входы nepBoro и третьего перемножителей соединены с генератором опорного напряжения и -через фаэовращатель на 90 со вторыми входами второго и четвертого перемножителей, На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства на

1038890 фиг. 2 - пример реализации полосоаого фильтра. ь

Устройство содержит полосовой фильтр 1, сумматор 2, делительный . блок 3, регулируемый усилитель 4.

Сумматор 2 осуществляет сложение 5 напряжения сигнала, поступающего с выхода полосового фильтра 1 с входной смесью сигнала .из напряжения, поступающего через регулируемый уси лителв 4 с выхода сумматора 2..Регу- я лируемый усилитель 4 передает напряжение с выхода сумматора 2 иа вход полосового Фильтра 1 с коэффициентом передачи прямо пропорционально зависящим от уровня напряжения на его втором входе. Делительный блок 3 осуществляет операцию вычисления величины отношения выходных напряжений полосового фильтра 1 и сумматора 2.

Устройство работает следующим образом.

2О

Входная амесь сигнала и шума скла" дывается в сумматоре 2 с выходным напряжением полосового фильтра 1.

Это напряжение представляет собой по» лезный сигнал со сдвигом на 180О выделенный из смеси сигнала и шума. В результате, сложения на выходе суммато.. ра 2 осуществляется компенсация сиг,нала и выделяется напряженке шума.

Величина ОСШ вычисляется в делитель- 30 ном блоке путем деления отфильтрован ного найряжения сигнала с выхода по лосового.фильтра 1 на напряжение шу" ма с выхода сумматора 2. Напряжение с выхода делительного блока поступа- 35 ет на управляющий вход регулируемого, усилителя 4 и изменяет его коэффициент (усиления прямо пропорционально

ОСШ, при измененин последнего. Регулируемый Усилитель 4 поддерживает 4g постоянной в заданных пределах величину ОСШ на выходе сумматора 2 и на входе сумматора 2 и на входе полосового Фильтра 1 при изменении величины ОСШ на входе устройства. Благода-. ря этому резко снижаютея требования по динамическому диапазону к полосовому фильтру, что позволяет повысить кочность измерения больших. величин

ОСШ и тем самым существенно расширить диапазон измеряемых величин OCliI 5O, .Напряжение U»«2 на выходе сумМатора 2 при напряжении на входе измерителя ОСШ Пех можно записать !

0ех

Еь«2 К К+1 4 где К, К+ - коэффициент передачи полосового фильтра 1 и регулируемого усилителя 4, соответственно.

С учетом того, что полосовой фильтр 1 узкополосный и его коэффици,ент передачи для шума равен нулю(на-у

РЯжЕНHll ШУМа (е(х2ш И СИГНаЛа Utt 2 аь«2с на выходе сумматора 2 равны, "0 вью 2 ш вх ш

0 ю 1

0 ах с

4 еь(х2c к к+(Напряжение Uzb«2 является неском" пенсированным остатком сигнала и вно.сит погрешность в измерение напряжения шума, при этом погрешность тем .больше, чем меньше U „, т.е. чем больше величина ОСШ. Этим ограничивается максимальное измеряемое значе" ние ОСШ.

В реальных устройствах величина

Uebw 2c а@ Ьничена снизу уровнем сЬбственных помех, напряжениями дрейфа . и- смещения нулевого уровня (U ) ак" тивйых элементов полосового фйльтра.1,приведенных к его входу. При этом напряжение U>b«2 не может быть получено -меньше Un, приведенного к ,выходу сумматора 2:

0 вых 2с

4 мс ко где К4 „ " максимальное значение коэффициента передачи регулируемого усилителя 4.

Минимальная величина Ueb,„ 2, которая может. быть измерена с йогрешностью l(", при. среднеквадратическом детектировании, равна .

0: 0

ВЫХ 2ы нюх . ((*- ((((„„)2 <

Минимальное значение ОСШ ограничено максимальнЬ допустимым входным напряжением фильтра -Оах,с.„. Эта величина связана с MaKCQMaRbHbw измеряемым

УРовнем шума ОЕ(их2ш мака

0 ех (мах аЫх 2ш макс ,где К4 „„- минимальное значение ко:эффициента передачи регулируемого усилителя 4. что Оаых2 Па, м,г а также выражений (3) и (4), диапазон измеряемых значений ОСШ равен эх с .осш и мои(с Еы» 2 bl мин Ь )2

0 Шм н 0Ехс

SblX 2Ш Мс (с

Вх ма» а макс

0 .К

Оп . К в мин.

Введение регулируемого усилителя позволяет .расширить диапазон измеряеьых значений ОСШ в количество раз, разное глубине регулировки усилите ля 4 °,1038890 фиа.2

Составитель В.Максименко

Редактор B. Пилипенко Техред С. Мигунова Корректор Г.Огар

Заказ 6225/53 Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Параметры устройства в целом во много определяются характеристиками используемого полосового фильтра.

Для получения высоких качественных показателей этот фильтр должен быть выполнен синхронным. Использование полосовых фильтров другого типа. не позволяет получить узкую полосу про-, пускания из-эа их низкой добротности и стабильности, что затрудняет точ-нов разделение сигнала и шума..

Полосовой фильтр содержит первый перемножитель 5, первый интегратор 6, третий перемножитель 7, второй перемножитель 8, второй интегратор 9, четвертый перемножитель 10, опорный 15 генератор 11, фазовращатель 12 на 90, о сумматор 13 и фильтр 14 нижних частот.

Объединенные по входу первый перемножитель 5 и второй перемножитель 8 соединены соответственно через первый интегратор б и второй интегратор

9 с третьим перемножителем 7 и четвертым перемножителем 10, выходы которых посредством сумматора 13 соединены с фильтром 14 нижних частот, при этом вторые входы первого перемножителя 5 и третьего перемножителя 7 соединены с опорным генератором и через фаэовращатель 12 на 90 с вторым входом второго перемножнтеля-8 и чет- вертого перемножителя 10.

Предлагаемый фильтр обеспечивает получение узкой полосы пропускания (менее одного герца) s широкой полосе частот и высокую устойчивость благодаря постоянству сдвига фаз между входным и выходным напряжениями, что позволяет включить фильтр в цепь глубокой отрицательной обратной связи и получить высокое качество разделения сигнала и шума.